CN205538792U - 一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，属于农业气象灾害监测与控制领域。包括PCB制作的用于敏感植物临界冻害温度的传感电路主板、用于夹持植物叶片的电容式测试探头、密封外壳和连接电路用电缆；所述植物临界冻害温度的传感电路主板由电源模块、LC振荡电路、分频电路、V/F转换电路和温度检测电路组成。植物冻害临界温度是机械化防霜控制中重要控制参数，本实用新型结构简单、尺寸小、成本低、精度高，可有效测量植物临界冻害温度的传感器。
Description
技术领域
本实用新型属于农业气象灾害监测与控制领域，具体涉及一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器。
背景技术
中国是茶叶的原产地，是世界上茶园面积最大、分布范围最广、茶产量最大的国家。早春时节的低温霜冻灾害频发，导致全国多地区名优茶品质下降，茶产量大幅降低，对茶叶产业造成巨大经济损失。近年来国外开发了机械化防霜装备与技术，专利号为201310539973.8的中国专利，公开了一种植物自动喷灌防霜系统及方法；专利号为200810124434.7的中国专利，公开了一种防除植物霜冻害的风扇系统控制方法及装置；专利号为201410620814.5的中国专利公开了一种小型无人直升机防除植物霜冻害的飞行方法；专利号为US20110247263的美国专利，提出了基于临界低温逆温差控制和反逆温延停控制，这两种控制方式都是以茶树发生冻害的临界温度为必要条件；临界冻害温度是机械化防霜的重要控制参数之一；专利号为201410405693.2的中国专利，公开了一种植物临界冻害温度测试方法及系统，可以有效测试临界冻害温度，但是测试系统所用传感器昂贵；专利号为201120230963.2的中国专利，公开了一种植物叶片温度传感器，但这款传感器不适合植物临界冻害温度的测量；专利号为201310744683.7的中国专利，公开了基于光纤荧光式温度传感器的植物叶温测量仪，但不能有效用于测试植物临界冻害温度。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，以有效测量植物叶片临界冻害温度，弥补可用于测试植物临界冻害温度的传感器领域的空缺同时使得本实用新型的结构更简单、尺寸更小、成本更低、精度更高。
为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，包括传感电路主板(1)和电容式测试探头(2)，其特征在于：所述传感电路主板(1)设于密封外壳(3)内，并通过电缆(4)与电容式测试探头(2)的检测信号端相连；所述传感电路主板(1)包括电源模块(11)、LC振荡电路(12)、分频电路(13)、V/F转换电路(14)和温度检测电路(15)；电源模块(11)的电压信号输出端，分别与温度检测电路(15)的电压信号接收端、分频电路(13)的电压信号接收端、V/F转换电路(14)的电压信号接收端和LC振荡电路(12)的电压信号接收端相连；LC振荡电路(12)的频率信号输出端与分频电路(13)的频率信号接收端相连；分频电路(13)频率信号输出端与V/F转换电路(14)的频率信号接收端连接；电源模块(11)，用以为所述传感电路主板(1)提供稳定工作电压；LC振荡电路(12)，用以输出高频正弦波信号；分频电路(13)，用以把高频正弦波信号转换为方波信号；V/F转换电路(14)，用以把频率信号转换为电压信号；温度检测电路(15)，用以测量植物叶片温度。
所述分频电路(13)包括一级分频电路和二级分频电路，一级分频电路通过电缆(4)和二级分频电路连接；所述一级分频电路用以实现63/64分频；所述二级分频电路用以实现21到212的分频和正弦波信号转换为方波信号输出。
所述电容式测试探头(2)包括电容器上极板(21)和电容器下极板(22)，电容器上极板(21)和下极板(22)相对设置。
所述LC振荡电路(12)采用频谱纯度高压控振荡器芯片；V/F转换电路(14)中使用的V/F转换芯片，其变换精度为12位。
本实用新型的设计原理。本实用新型传感器设计原理采用谐振法测量植物电容，电容值的大小根据频率值来确定，将被测电容Cx与一个已知大小的电感L1并联接入压控振荡芯片，L和Cx构成LC振荡电路，从压控振荡器输出的高频正弦波通过分频电路进行波形转换和分频，然后通过电压/频率转换电路把频率信号转换为电压信号。温度检测电路测量植物温度，判定电容信号出现有效尖峰时对应的温度点，即为植物临界冻害温度。
本实用新型具有的有益效果。本实用新型通过谐振法测量植物电容，并通过判定电容信号出现有效尖峰时的温度，为测量植物叶片临界冻害温度提供一种结构简单、尺寸小、成本低、精度高的传感器，从而弥补可用于测试植物临界冻害 温度的传感器领域的空缺，为气流扰动防霜控制提供临界冻害温度这一重要控制参数。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为电容式测试探头示意图；
图3为实施例电路原理图；
图4为传感器输出稳定性测试图；
图5为传感器性能试验图。
图中：1 传感电路主板，2 电容式测试探头，3 密封外壳，4 电缆，11 电源模块，12 LC振荡电路，13 分频电路，14 V/F转换电路，15 温度检测电路，21 电容器上极板，22 电容器下极板。
具体实施方式
下结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
采用Atilm designer软件设计植物叶片临界冻害温度的传感器的电路原理和PCB板结构。
图1为本实用新型的结构示意图，所述传感电路主板1设于密封外壳3内，并通过电缆4与电容式测试探头2的检测信号端相连；所述传感电路主板1包括电源模块11、LC振荡电路12、分频电路13、V/F转换电路14和温度检测电路15；图2为电容式测试探头示意图，所述电容式测试探头2包括电容器上极板21和电容器下极板22，电容器上极板21和下极板22相对设置；图3为实施例电路原理图。电源模块11主要由芯片AMS1117和ICL7660组成。由电池组成的9V供电电源经过AMS1117-转换为+5V的稳定电压输出，为单电源芯片进行供电。AMS1117内部集成了限流电路和过热保护，可以达到为便携式仪器及传感器供电的要求。+5V电压信号经过ICL7660电源转换器，输出-5V电压，为双电源供电提供所需的负电压。LC振荡电路12采用MC1648压控振荡芯片作为振荡器，在5V直流电源电压下，最大电流消耗为19mA，频谱纯度高，其输出频率由外界并联L和C的值决定。从MC1648压控振荡器中输出的是高频正弦波 信号，为了达到电压/频率转换芯片的输入范围，需对其进行分频和转换为方波信号等处理。分频电路13使用两级分频，其中一级分频采用一种双模前置分频器，型号为MC12017，实现63/64分频；二级分频使用12位高速CMOS异步计数器74HC4040，实现21到212的分频和正弦波信号转换为方波信号输出。经分频电路转换后，信号频率范围在千赫兹以下，属于中低频信号，频率信号可通过V/F转换电路转换为直流电压信号输出。V/F转换电路14采用LM331作为电压-频率转换芯片，V/F转换公式为Vout＝2.09*fin*R2*R4*C11/R3。温度检测电路15模块采用NTC-10热敏电阻，电阻值随着温度的降低升高，电阻值与温度呈固定的函数关系，通过检测电阻可以得到植物叶片的温度值。
图4为传感器输出稳定性分析图。本实施例以标准电容为测试对象，实施例结果表明，在测量不同大小标准电容的情况下，电容传感器输出稳定，测得输出电压平均偏差为0.43％。
图5为传感器性能试验图。传感器输出趋势基本呈线性分布，电容值和1/Uc 2的关系式：y＝5.5897*(1/Uc 2)-9.0312，拟合结果R2＝0.9928。电容值与1/Uc 2成正比，线性相关系数达到0.99以上，传感器输出电压值较好地响应电容值的变化。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，包括传感电路主板(1)和电容式测试探头(2)，其特征在于：所述传感电路主板(1)设于密封外壳(3)内，并通过电缆(4)与电容式测试探头(2)的检测信号端相连；所述传感电路主板(1)包括电源模块(11)、LC振荡电路(12)、分频电路(13)、V/F转换电路(14)和温度检测电路(15)；电源模块(11)的电压信号输出端，分别与温度检测电路(15)的电压信号接收端、分频电路(13)的电压信号接收端、V/F转换电路(14)的电压信号接收端和LC振荡电路(12)的电压信号接收端相连；LC振荡电路(12)的频率信号输出端与分频电路(13)的频率信号接收端相连；分频电路(13)频率信号输出端与V/F转换电路(14)的频率信号接收端连接；电源模块(11)用以为所述传感电路主板(1)提供稳定工作电压；LC振荡电路(12)，用以输出高频正弦波信号；分频电路(13)，用以把高频正弦波信号转换为方波信号；V/F转换电路(14)，用以把频率信号转换为电压信号；温度检测电路(15)，用以测量植物叶片温度。
2.根据权利要求1所述的一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，其特征在于：所述分频电路(13)包括一级分频电路和二级分频电路，一级分频电路通过电缆(4)和二级分频电路连接；所述一级分频电路用以实现63/64分频；所述二级分频电路用以实现21到212的分频和正弦波信号转换为方波信号输出。
3.根据权利要求1所述的一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，其特征在于：所述电容式测试探头(2)包括电容器上极板(21)和电容器下极板(22)，电容器上极板(21)和下极板(22)相对设置。
4.根据权利要求1所述的一种测量植物叶片临界冻害温度的传感器，其特征在于：所述LC振荡电路(12)采用频谱纯度高压控振荡器芯片；V/F转换电路(14)中使用的V/F转换芯片，其变换精度为12位。
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