CN202511782U - 冻土及干土层测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冻土及干土层测量传感器，该传感器包括用于数据计算、通讯、分时采集控制、采集单元分时供电的控制处理单元，以及接收控制处理单元的控制信号，进行频率信号分时采集的频率采集单元和接收控制处理单元的控制信号，进行温度采集的温度采集单元，通过供电线及通讯线与采集器连接。该传感器是集数据采集、处理、传输于一体的智能自动观测设备。采用高频电容测量技术，准确检测不同土壤水分，分辨率可达0.1%，误差±2.5%，测量温度范围-55℃～+85℃，测量精度±0.5℃。结构上采用柔性电路板，可提高垂直测量分辨率达2.5cm，重复性误差≤0.5%，任意两个传感器测量的一致性误差≤1%。仪器连续、不间断、实时采集数据，有人工观测无法比拟的优点。

Description

冻土及干土层测量传感器

技术领域

本实用新型涉及一种用于冻土及干土层自动观测的仪器，特别是一种冻土及干土层测量的传感器。

背景技术

国内外，在气象观测上传统的测量冻土深度的一般方法是将灌满蒸馏水、两端密封的塑胶管，垂直放在埋入土中的铜管中，根据水的冻结情况来判断冻土深度，该方法实际上是观测地温0℃的位置，并不能准确测量冻土的位置。由于土壤质地、水溶液的成分和浓度及外界条件如压力的不同，其冻结（冰点）温度并不相同，因此该方法的观测冻土深度并不科学，而且当冻土层较深时，观测不方便、工作量大、耗时耗力，且测量数据密度不够，不能实时监测冻土深度及其发展变化情况。而干土层的观测完全依靠目测，无定量化标准、客观性差。

卫星遥感的方式也可对冻土及干土层进行一定的监测，但是只适用于大范围的监测，还不能对冻土深度和干土层厚度进行精细化监测。目前用于冻土及干土层的自动化监测设备基本上还属空白。

冻土深度及干土层厚度的判定需要确定土壤温度和土壤含水量。目前，自动测量土壤水分的传感器在结构工艺上大多采用插针地埋式或铜环插管式，插针地埋式传感器虽然能够与土壤紧密接触，但是，其安装维护特别困难，安装时需要首先挖一个剖面深坑，工作量非常大。另外，一旦传感器出现问题，就需要把传感器挖出来，重新安装，而且还需要一个土壤自然沉降和仪器稳定的过程，因此大面积推广难度较大。铜环插管式传感器首先使用专用安装工具在不破坏土壤结构的前提下把防护管打入地下土壤中，铜环传感器安装在防护管内，但由于机械加工和结构设计的问题，传感器的感应部分与防护管壁很难紧密接触，会影响测量精度，垂直分辨率也较低。而且，通常自动地温和土壤水分观测是分离的，不能自动获取冻土深度和干土层厚度。

发明内容

本实用新型旨在解决冻土及干土层人工观测存在的原理不客观、观测不方便、工作量大、垂直分辨率低、数据密度不够、测量精度低，不能够实时自动观测和分析冻土深度及干土层厚度随时间演变规律等技术问题，提供一种可为农业生产管理、环境保护、交通建设、气候变化研究等提供客观自动观测数据的冻土及干土层测量传感器。 

本实用新型采用的技术方案如下：

该冻土及干土层测量传感器包括：

控制处理单元，用于数据的计算、通讯、分时采集控制、采集单元分时供电控制，通过供电线及通讯线与采集器连接；

频率采集单元，接收控制处理单元的控制信号，进行频率信号分时采集；

温度采集单元，接收控制处理单元的控制信号，进行温度采集。

所述控制处理单元包括微处理器CPU、插座、多芯排线端子和电源转换单元；所述微处理器CPU具有多个IO接口连接所述多芯排线端子；所述插座为多芯插座连接采集器的电源及通讯线；所述多芯排线端子包括多个电源端子，多个开关控制信号端子以及频率信号端子和温度信号端子，该多芯排线端子通过排线分别连接频率采集单元和温度采集单元；所述电源转换单元将通过插座输入的电源电压转换成系统需要的电压；所述多个电源端子分别为频率采集单元的多路开关供电、为温度采集单元的温度传感器供电；所述多个开关控制信号端子控制多路电子开关，实现对频率采集电路的分时供电；所述频率信号端子和温度信号端子将多组频率采集电路采集到的频率信号和多个温度传感器采集到的温度信号分别汇聚到一根频率信号线和一根温度信号线，传送至控制处理单元进行处理计算。

所述频率采集单元包括多路电子开关、多芯排线端子和多组频率采集电路；所述多芯排线端子与控制处理单元的多芯排线端子利用排线相连；多芯排线端子中相应的电源端子为多路电子开关供电，相应的电源端子接入多路电子开关的选择输入端；所述控制处理单元通过控制其多芯排线端子的开关控制端子上的控制信号，实现接入多路电子开关输入端的电源从多路电子开关的多个输出端分时输出，为多组频率采集电路提供分时供电和控制；所述多组频率采集电路的频率输出信号汇聚到频率采集单元多芯排线端子的频率信号端子，最终传送至控制处理单元。

作为上述频率采集单元进一步改进的方案，所述频率采集单元还包括多组连接温度采集单元上覆铜的电容接点、多个连接温度采集单元相应温度传感器的温度信号输出接点和连接温度采集单元的一组供电接点。

上述频率采集电路包括电源转换单元G1、LC振荡电路Z1和分频电路D，所述电源转换单元G1由所述控制处理单元在采集频率前供给电源V1，并将分时供电的电源V1进行转换，转换后的电压VCC1分别给LC振荡电路Z1以及分频电路D供电；所述LC振荡电路Z1由电容C与电感L并联后连接谐振电路Y1组成，该LC振荡电路Z1的频率信号经分频电路D分频后生成频率输出信号F1，多组频率采集电路的频率输出信号输出至所述频率采集单元的多芯排线端子的频率信号端子，传送至控制处理单元进行频率处理计算。

所述LC振荡电路Z1中的电容C是由该LC振荡电路Z1所设对应的电容接点连接温度采集单元的对应覆铜所组成。

所述温度采集单元包括多个温度传感器和一组供电接点，每个温度传感器分别采集温度信号，通过对应的温度信号接点汇聚并传送至所述控制处理单元的温度信号端子，或者汇聚到所述频率采集单元的多芯排线端子的温度信号端子并最终传送至控制处理单元，由控制处理单元进行温度信号处理计算；所述供电接点连接所述控制处理单元的排线端子相应的电源端子，或者连接所述频率采集单元对应的电源端子，为温度传感器供电。

作为上述温度采集单元进一步改进的方案，所述温度采集单元还包括多组等间隔的覆铜与对应电容接点；所述多组等间隔的覆铜和相应电容接点连接频率采集单元的对应电容接点，每两根等间隔的覆铜构成所述频率采集电路的LC振荡电路Z1的电容C。

该冻土及干土层测量传感器实际制作，是将所述控制处理单元通过多芯电缆与频率采集单元连接，频率采集单元由相应的接点与温度采集单元连接，频率采集单元采用硬质电路板，固定在一根扁平的异型槽上，整个异型槽被绝缘泡沫材料包裹，温度采集单元采用柔性电路板，该柔性电路板再包裹在绝缘泡沫材料外部，整体用热缩薄膜包裹并热缩定型，安装时整个传感器被装入PVC保护管中，视要求垂直插入土壤中使用。

整个冻土及干土层测量传感器基于电容式土壤水分测量技术和半导体测温技术，结构上采用柔性电路板工艺，土壤水分和温度测量传感元件设计集成到柔性电路板上，使其与管壁紧密接触，减少因机械加工问题引起的测量误差。数据采集器基于嵌入式微处理器技术设计，实现对各层传感器的数据采样、远程命令控制、数据计算处理、质量控制、通信和传输，并通过大容量存储器扩展技术，实现数据记录的存储和传输。

土壤水分含量的测量是基于电容传感器工作原理，即土壤充当电介质，土壤含水量变化可以转换为电容量变化。我们将土壤视为由空气、水或冰及固态土组成，其中，空气的介电系数约为1，水的介电系数则约为80，冰的约为3～4，固态土约为3～8。由于电容量的变化会受介电系数的影响，当部分水与冰之间发生相变，土壤的介电系数发生变化，导致土壤总电容量的值的改变。土壤水分测量传感元件主要由一对电极构成一个电容，电容与固定电感组成一个振荡电路，振荡电路工作频率随土壤电容的变化而变化。因此，当土壤中的水变为冰晶时，其介电系数发生了明显的变化，传感元件测得的水分值会明显下降；而当温度上升，冻土解冻时，冰融化成水，介电系数变化，水分值会明显上升。

根据建立的冻土深度及干土层厚度判定数学模型，判定冻土及干土层需要确定土壤的冻结温度、土壤含水量、地温、冻结(融化)周期T和经验常数C，其中土壤含水量、地温通过土壤水分和温度传感器测量实现；土的冻结温度、冻结(融化)周期T和经验常数C通过土壤类型冻结特性试验研究分析确定。

冻土及干土层测量传感器是集数据采集、处理、传输于一体的智能自动观测设备。为了减少测量误差，在结构工艺上所采用的柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性、绝佳可挠性的印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。传感元件设计到柔性电路板上，当传感器安装到管内后，柔性电路板通过自身的张力能够与管壁紧密接触，避免了过去由于机械加工的问题而引起的传感器误差。

该传感器在冻土及干土层测量实践中的应用可取得如下实际有益效果：

（1）采用高频电容测量技术，准确检测不同的土壤水分，保证了信号的真实、准确性。传感器测量的土壤水分分辨率达到0.1%，误差±2.5%（实验室）。

（2）采用高性能、高精度嵌入式微处理器技术，完成频率信号的计算处理，保证各种测量数据的计算精度。

（3）采用半导体数字温度传感器技术，测量温度范围-55℃～+85℃，测量精度±0.5℃。

（4）传感器与采集器之间的通信采用RS485总线技术，不仅扩展性强，而且特别增强了防雷击设计，保证了探测系统稳定工作和数据传输的可靠性。

（5）采集器与数据中心服务器之间采用GPRS无线通信，灵活性强，通信距离远，安装方便，降低了布线成本和工作量。

（6）仪器连续、不间断、实时采集数据，有人工观测无法比拟的优点。

（7）仪器采用模块化设计，任意组建，方便安装维护，增加灵活性，探测器测量深度可根据不同用户或地区的需求确定，测量深度可为40cm倍数，但≤320cm。

（8）采用柔性电路板，提高了垂直测量分辨率，减小了传感器测量误差，垂直测量分辨率能够达2.5cm，重复性误差≤0.5%，任意两个传感器测量的一致性误差≤1%。

（9）该仪器可以作为冻土及干土层厚度测量的设备，也可以单独测量土壤的含水量或者单独测量各层土壤温度。

附图说明

图1为冻土及干土层测量传感器原理框图；

图2为冻土及干土层自动观测仪结构示意图；

图3为控制处理单元框图；

图4为频率采集单元框图；

图5为频率采集电路框图； 

图6为频率采集电路原理图

图7为温度采集单元框图；

图8为土壤水分、地温反演冻土及干土层厚度的数学模型。

具体实施方式

图1所示，该冻土及干土层测量传感器，由控制处理单元、频率采集单元、温度采集单元三部分组成。控制处理单元，实现控制、通讯、数据处理计算，与采集器通过供电线及通讯线连接；频率采集单元实现频率信号的采集，接受控制处理单元的控制及供电信号，控制两个级联的8路电子开关，实现对16组频率采集电路的分时供电，频率采集电路将采集到的频率信号，通过频率信号线传送至控制处理单元进行频率处理计算；温度采集单元，接受控制处理单元的供电及控制信号，对16个温度传感器进行供电，通过温度信号线将温度信号传送至控制处理单元进行温度处理计算。温度采集单元也可以通过频率采集单元接受控制处理单元的供电及控制信号，对16个温度传感器进行供电，通过频率采集单元的温度信号线将温度信号传送至控制处理单元进行温度处理计算。

图2所示，整个冻土及干土测观测仪，由冻土及干土层测量传感器、采集器及服务器组成。冻土及干土层测量传感器将采集到的频率信号及温度信号通过RS485总线传送至采集器，采集器通过有线或GPRS无线通信的方式，将数据传送至服务器，最终实现冻土及干土层的观测。

图3所示，控制处理单元包括1个4芯插座，1个嵌入式处理器，1个10芯排线端子，2个电源转换单元；4芯插座接受采集器的+15V供电，485通讯线实现控制处理单元与采集器的数据指令交换；处理器实现各种控制信号的控制、频率温度信号的处理计算、数据的存储；10芯排线端子，实现与频率、温度采集单元的连接，将供电信号+15V、+5V、+3.3V、GND传送至频率采集单元和温度采集单元，频率、温度信号线实现将频率、温度信号传送至控制处理单元，开关控制信号线开关使能、开关时钟、开关控制1、开关控制2实现将控制处理单元的控制信号传送至频率采集单元；所述2个电源转换单元，一个实现电压从+15V到+5V的转换，一个实现+5V到+3.3V的转换；供电信号+15V连接频率采集单元2个8路电子开关的选择输入端，供电信号线+5V为2个8路电子开关供电，供电信号线+3.3V为温度传感器供电。

图4所示，频率采集单元包括2组10芯排线端子，两个8路电子开关，16路频率采集电路，32个电容接点，16个温度信号接点，2个供电接点；1组10芯排线端子连接控制处理单元，为频率采集单元的两个8路电子开关提供+5V供电，为频率采集电路提供+15V供电，该+15V先接两个8路电子开关的选择输入端，电子开关由4根开关控制信号线开关使能、开关时钟、开关控制1、开关控制2进行控制，将+15V分时从2个8路电子开关的16路输出端输出，16路输出端分别为16路频率采集电路供电，最终实现分时供电、分时采集频率信号；另一组10芯排线端子可以接额外的一个频率采集单元，实现扩展功能，信号线与前一组相同，功能也相同；16路频率采集电路的供电单元分别连接到两个8路电子开关的16个输出端，接受分时供电，16路频率采集电路采集到的频率信号汇聚到一根频率信号线，通过10芯排线端子的频率信号线传送至控制处理单元进行频率处理计算；32个电容接点连接温度采集单元上相应的电容接点，每两个接点为一组，连接温度采集单元上的覆铜，组成频率采集电路的LC振荡电路的电容；16个温度信号接点，连接温度采集单元相应的温度信号接点，16个温度信号最终通过频率采集单元的10芯排线端子的温度信号线传送至控制处理单元进行处理计算。

图5所示，频率采集电路包括一个电源转换单元G1、一个LC振荡电路Z1及一个分频电路D；电源转换单元G1，将分时供电的V1进行转换，转换后的电压VCC1为LC振荡电路Z1以及分频电路D供电；LC振荡电路Z1所设相应的电容接点，接温度采集单元上的电容接点，连接温度采集单元上相应的覆铜，作为LC振荡电路Z1的电容C，LC振荡电路Z1由电容C与电感L并联后接入谐振电路Y1组成；LC振荡电路Z1生成频率信号传送至分频电路D，生成输出频率信号，最终16路频率信号线汇聚到一根信号线，从频率采集单元10芯排线端子的频率信号线传送至控制处理单元进行频率信号处理计算。

图6所示，为频率采集电路框图具体实施的原理图，包括电源转换单元G1、LC振荡电路Z1、分频电路D；电源转换单元G1接受分时供电V1，并将其转换为电压VCC1，分别为LC振荡电路和分频电路供电；所述LC振荡电路Z1，由图示电容节点1）2）连接温度采集单元上相应的覆铜电容接点，形成的电容C，并联电感L并连接谐振电路Y1组成；所述分频电路D包括一次分频电路D1、二次分频电路D2；所述谐振电路Y1包括型号为MC100EL1648DT振荡器U1，电源VCC1接振荡器U1的2、3引脚，引脚5通过一个电阻R1与VCC1连接，电源VCC1通过电容C1接地，引脚7和引脚6接地，引脚5通过电容C3接地，引脚1和8接电容C和电感L产生的频率信号，经过谐振电路Y1处理后，由振荡器U1的引脚4输出频率信号至一次分频电路信号输入端；所述一次分频电路D1包括型号为MC12015分频器U2；所述二次分频电路D2包括型号为SN74HC4040D分频器U3、三极管Q1；分频器U2的引脚1和7接电源VCC1，引脚6通过电容C5接地，引脚7通过电容C6接地，引脚4直接接地，振荡器U1引脚4输出的频率信号通过电容C4输入至一次分频电路D1分频器U2的引脚5，经过分频器U2处理后，通过引脚2和3并联后输出一次分频信号；一次分频信号接入二次分频电路D2分频器U3的引脚10，分频器U3的引脚接电源VCC1并通过电容C7接地，引脚8和11接地，引脚2输出经过分频器U3处理后的二次分频信号；该信号通过电阻R2接三极管Q1的基极1，三极管Q1的基极1通过电阻R3接地，发射基2接地，集电极3输出最终形成数字化的方波频率信号F1，频率信号F1传送至频率采集单元10芯排线端子的频率信号端子。

图7所示，温度采集单元包括16组覆铜、16个温度传感器、32个电容接点、16个温度信号接点、2个电源接点；16组覆铜作为频率采集单元频率采集电路LC振荡电路的电容，通过32个电容接点与频率采集单元连接；16个温度传感器采集16个温度信号，通过16个温度信号接点与频率采集单元的16个温度信号接点连接，最终将16个温度信号线汇聚成一根温度信号线，传送至控制处理单元进行温度信号处理计算；两个电源接点与频率采集单元的两个电源接点连接，为温度传感器提供+3.3V供电。

整个冻土及干土层测量传感器由一块控制处理单元（见图3）和若干采集电路（见图4、图7）组成，采用插管式结构，在不破坏土壤结构的前提下使用专用安装工具把防护管打入地下土壤中，传感器安装在防护管内。该传感器结构为硬质电路板和柔性电路板结合，传感器外部有热缩性保护膜，控制处理单元处理采集单元传输来的数据并通过RS485总线与数据采集器通信。

每组传感器由40mm*400mm硬质电路板（见图4）和164mm*400mm柔性电路板（见图7）组成。为了减少测量误差，在结构工艺上所采用的柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性、绝佳可挠性的印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。硬质电路板上具有LC 振荡电路和分频电路，柔性电路板中的覆铜作为LC振荡电路的一部分，即电容的两个电极，土壤作为电容的介质，土壤中水分的变化引起振荡频率的变化，将前端采集到频率信号经过分频后，通过扁平电缆送到控制处理单元，柔性电路板上还安装有最多16个18B20温度传感器，在供电后，控制处理单元可以通过特征码，分别采集各个温度传感器的数据。

振荡电路的振荡频率变化在65MHz-110MHz 之间。

垂直测量分辨率为2.5cm的冻土及干土层测量传感器，其每组的传感元件的数量16个。

最终冻土及干土层测量传感器采集到的数据，通过采集器传向服务器，实现数据的实时采集以及冻土及干土层厚度的判定。

冻土及干土层测量传感器与采集器的嵌入式程序采用Keil 开发环境，利用C语言进行设计，既具有一般高级语言的特点，又能直接对单片机系统的硬件进行操作，表达和运算能力较强。具有生成代码效率高，支持浮点数运算等特点，设计的软件结构清晰、有条理，便于以后的扩展、移植和维护。

图8所示，是基于土壤水分、地温反演冻土及干土层厚度的数学模型。

土壤含水量的变化主要是由于介电系数发生变化引起的。水的介电系数是80，冰的约3～4。因此，当土壤中的水变为冰晶时，其介电系数发生了明显的变化，传感器测得的水分值会明显下降，而当温度上升，冻土解冻时，水分值会明显上升。我们首先依据土壤含水量把土壤类型分为干土、湿土和冻土，初步判别数学模型如下：

a）当TD＞Tc， W≤Wc时，可判定为干土；而当W＞Wc时，可判定为湿土（其中：TD为地温；Tc为冻结温度；W为土壤含水量；Wc为凋萎湿度）； 

b）当TD= Tc，记录当前含水量W0和时间t0，作为后续判别的基准；

c）当TD＜Tc,经过一个时间周期T，记录当前土壤含水量W1和时间t1，然后进行计算土壤水分变化率F=（W0-W1）/（t1-t0），如果F＞C（常数）,可判定为冻土，否则为未冻土（其中：t为时间；T为周期；C为经验常数）。

Claims (2)

1.一种冻土及干土层测量传感器，其特征在于：它包括：

控制处理单元，用于数据的计算、通讯、分时采集控制、采集单元分时供电控制，通过供电线及通讯线与采集器连接；

频率采集单元，接收控制处理单元的控制信号，进行频率信号分时采集；

温度采集单元，接收控制处理单元的控制信号，进行温度采集。

2.根据权利要求1所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述控制处理单元包括微处理器CPU、插座、多芯排线端子和电源转换单元；所述微处理器CPU具有多个IO接口连接所述多芯排线端子；所述插座为多芯插座连接采集器的电源及通讯线；所述多芯排线端子包括多个电源端子，多个开关控制信号端子以及频率信号端子和温度信号端子，该多芯排线端子通过排线分别连接频率采集单元和温度采集单元；所述电源转换单元将通过插座输入的电源电压转换成系统需要的电压；所述多个电源端子分别为频率采集单元的多路开关供电、为温度采集单元的温度传感器供电；所述多个开关控制信号端子控制多路电子开关，实现对频率采集电路的分时供电；所述频率信号端子和温度信号端子将多组频率采集电路采集到的频率信号和多个温度传感器采集到的温度信号分别汇聚到一根频率信号线和一根温度信号线，传送至控制处理单元进行处理计算。

3.根据权利要求1所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述频率采集单元包括多路电子开关、多芯排线端子和多组频率采集电路；所述多芯排线端子与控制处理单元的多芯排线端子利用排线相连；多芯排线端子中相应的电源端子为多路电子开关供电，相应的电源端子接入多路电子开关的选择输入端；所述控制处理单元通过控制其多芯排线端子的开关控制端子上的控制信号，实现接入多路电子开关输入端的电源从多路电子开关的多个输出端分时输出，为多组频率采集电路提供分时供电和控制；所述多组频率采集电路的频率输出信号汇聚到频率采集单元多芯排线端子的频率信号端子，最终传送至控制处理单元。

4.根据权利要求3所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述频率采集单元还包括多组连接温度采集单元上覆铜的电容接点、多个连接温度采集单元相应温度传感器的温度信号输出接点和连接温度采集单元的一组供电接点。

5.根据权利要求3所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述频率采集电路包括电源转换单元G1、LC振荡电路Z1和分频电路D，所述电源转换单元G1由所述控制处理单元在采集频率前供给电源V1，并将分时供电的电源V1进行转换，转换后的电压VCC1分别给LC振荡电路Z1以及分频电路D供电；所述LC振荡电路Z1的频率信号经分频电路D分频后生成频率输出信号F1，多组频率采集电路的频率输出信号输出至所述频率采集单元的多芯排线端子的频率信号端子，传送至控制处理单元进行频率处理计算。

6.根据权利要求5所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述LC振荡电路Z1主要由电容C与电感L并联后连接谐振电路Y1组成;所述谐振电路Y1包括型号为MC100EL1648DT振荡器U1，电源VCC1接振荡器U1的引脚2、3，引脚5通过电阻R1与VCC1连接，电源VCC1通过电容C1接地，引脚7和引脚6接地，引脚5通过电容C3接地，引脚1和引脚8接电容C和电感L产生的频率信号，该信号经过谐振电路Y1处理后，由振荡器U1的引脚4输出频率信号至一次分频电路信号输入端。

7.根据权利要求5所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述分频电路D包括一次分频电路D1、二次分频电路D2；一次分频电路D1包括型号为MC12015分频器U2；二次分频电路D2包括型号为SN74HC4040D分频器U3、三极管Q1；分频器U2的引脚1和引脚7接电源VCC1，引脚6通过电容C5接地，引脚7通过电容C6接地，引脚4接地，振荡器U1引脚4输出的频率信号通过电容C4输入至一次分频电路D1分频器U2的引脚5，经过分频器U2处理后，通过引脚2和引脚3并联后输出一次分频信号；一次分频信号接入二次分频电路D2分频器U3的引脚10，分频器U3的引脚16接电源VCC1，并通过电容C7接地，引脚8和引脚11接地，引脚2输出经过分频器U3处理后的二次分频信号；该信号通过电阻R2接三极管Q1基极1，三极管Q1基极1通过电阻R3接地，发射极2接地，集电极3输出最终形成数字化的方波频率信号F1。

8.根据权利要求4或5所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述LC振荡电路Z1中的电容C是由该LC振荡电路Z1所设对应的电容接点连接温度采集单元的对应覆铜所组成。

9.根据权利要求1所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述温度采集单元包括多个温度传感器和一组供电接点，每个温度传感器分别采集温度信号，通过对应的温度信号接点汇聚并传送至所述控制处理单元的温度信号端子，或者汇聚到所述频率采集单元的多芯排线端子的温度信号端子并最终传送至控制处理单元，由控制处理单元进行温度信号处理计算；所述供电接点连接所述控制处理单元的排线端子相应的电源端子，或者连接所述频率采集单元对应的电源端子，为温度传感器供电。

10.根据权利要求7所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述温度采集单元还包括多组等间隔的覆铜与对应电容接点；所述多组等间隔的覆铜和相应电容接点连接频率采集单元的对应电容接点，每两根等间隔的覆铜构成所述频率采集电路的LC振荡电路Z1的电容C。

11.根据权利要求8所述的冻土及干土层测量传感器，其特征在于：所述控制处理单元通过多芯电缆与频率采集单元连接，频率采集单元由相应的接点与温度采集单元连接，频率采集单元采用硬质电路板，固定在一根扁平的异型槽上，整个异型槽被绝缘泡沫材料包裹，温度采集单元采用柔性电路板，该柔性电路板再包裹在绝缘泡沫材料外部，整体用热缩薄膜包裹并热缩定型，安装时整个传感器被装入PVC保护管中，视要求垂直插入土壤中使用。

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