CN205808985U - 一种新型一体土壤温湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型一体土壤温湿度传感器，包括PCB探针、密封绝缘外套、温度传感器、控制电路和通讯数据线，所述温度传感器内嵌在PCB探针头部，所述控制电路外面有密封绝缘外套，所述通讯数据线设置在控制电路后端，所述PCB探针检测土壤水分参数，所述内嵌在PCB探针头部的温度传感器检测土壤温度参数，所述PCB探针由PCB板直接加工制作而成，不需要额外的金属外壳。本实用新型生产装配工艺简单、测量更精确、检测数据实时准确，可靠性更高、成本更低廉，为土壤水分及温度检测领域的工程技术人员提供了一种同时实现土壤温湿度检测、及时有效地对土壤水分参数做出补偿的新型一体土壤温湿度传感器。

Description

一种新型一体土壤温湿度传感器

技术领域

本实用新型涉及土壤水分及温度检测技术领域，特别涉及一种水分及温度一体的新型检测技术，具体是一种新型一体土壤温湿度传感器。

背景技术

目前国内外应用于现场土壤水分测定方法主要有：电容法、电阻法、γ射线法、时域反射法(TDR)、土壤张力法、石膏法和红外遥感法等，以适应现代农业发展，需要准确对土壤水分及温度参数进行检测和调控，来更好的为农作物的精耕细作服务；同时也是解决农田土壤水分信息的获取问题是提高水资源利用率的有效措施。但是有些方法仅限于实验室使用，有些仪器价格昂贵、有些需要取样分析且无法便携，测试时间较长。这里推荐电容法，电容式土壤含水量传感器是通过敏感土壤的介电特性而设计的，土壤的介电特性又通过交变电场来反映.土壤颗粒置于电场中会被极化，极化后产生的正电荷移至一侧，负电荷移至相反的一侧，土壤粒子的极化与土壤的介电常数有关，介电常数由物质的特性决定，不同物质的介电常数不一样。土壤、空气和水分的介电常数大致如下，水：ε＝80；土壤粒子：ε＝4；空气：ε＝1。由此可见，水的介电常数最大，含水量的变化引起介电常数发生明显变化，而介电常数变化则导致土壤的电容发生变化，因此检测电容的变化即可得到含水量的变化。

经过多年的发展，市场上也有很多传感器以同时适用于土壤水分与土壤温度的测定，其由两个传感器组成，在实际的土壤水分测试过程中，由于光照的缘故，不同时刻农田土壤的温度不同，使得传感器的测量结果会出现误差。为了能够减少温度对传感器的影响，提高土壤水分的测试精度，有必要对传感器进行温度补偿。而传统的采集及测量补偿，使用两个传感器，插在不同的位置，采集的数据具有一定的差异；而且，传统的土壤水分检测传感器为单一的水分测量，温度补偿的做法为另插入一根土壤温度传感器在水分传感器旁边进行土壤温度采集。实际土壤水分测量与土壤温度的采集不在同一位置或深度，这样会造成一定的测量误差。我们新型的土壤温湿度一体型传感器，结构上采用在PCB探针上内嵌一颗NTC，来同步检测土壤温度和水分。

由于农田土壤水分检测具有被测面积大、测点多、观测时间长等要求，因而需要研制一款电容法的土壤传感器，同时满足于土壤水分与土壤温湿度的测量，其具有成本低、便携、动态响应范围宽和功耗低等特点。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种检测数据实时准确，可靠性更高、成本更低廉，为土壤水分及温度检测领域的工程技术人员提供了一种同时实现土壤温湿度检测、及时有效地对土壤水分参数做出补偿的新型一体土壤温湿度传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种新型一体土壤温湿度传感器，包括PCB探针、密封绝缘外套、温度传感器、控制电路和通讯数据线，所述温度传感器内嵌在PCB探针头部，所述控制电路外面有密封绝缘外套，

所述通讯数据线设置在控制电路后端。

作为本实用新型进一步的方案：所述PCB探针检测土壤水分参数，所述内嵌在PCB探针头部的温度传感器检测土壤温度参数。

作为本实用新型进一步的方案：所述PCB探针由PCB板直接加工制作而成，不需要额外的金属外壳，在水分检测时PCB板所连电路直接与土壤接触。

作为本实用新型进一步的方案：所述PCB探针后端集成信号转换电路。

作为本实用新型进一步的方案：所述信号转换电路外边包有密封防水软胶，可以采用硅胶或者防水胶材料。

作为本实用新型进一步的方案：所述PCB探针可内嵌一个温度传感器，也可以加装2个以上传感器。

作为本实用新型进一步的方案：所述温度传感器外面涂有密封防水导热胶。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型生产装配工艺简单、测量更精确、检测数据实时准确，可靠性更高、成本更低廉、便携、动态响应范围宽且功耗低，为土壤水分及温度检测领域的工程技术人员提供了一种同时实现土壤温湿度检测、及时有效地对土壤水分参数做出补偿的新型一体土壤温湿度传感器。

本实用新型是一种低电压、低功耗、高集成度的电容式变换器，其内部涉及方波信号发生电路、RC充放电电路、时间电压转换电路。其中传感部件电容C以耐腐蚀的PCB为极板、待测土壤为电介质，土壤介电常数ε随水分的变化表现为电容量的变化。当测试电极几何因数、电阻R、输入电压V为定值时，土壤介电常数ε可由充电时间t决定，再通过时间电压转换电路得到输出电压U。因此，输出电压U的变化，反应土壤水分的变化。被测土壤水分含量变化，土壤中水分体积系数增加，导致水分介电常数εw(T)对土壤介电常数的影响程度加深，传感器的土壤水分测试结果随土壤温度的变化趋势较大，传感器土壤水分测试结果随着温度的升高呈现增加的趋势，通过探头上的土壤温度检测，实现对水分的温度补偿处理。补偿效果的关键是利用最小二乘支持向量机确定出合适的补偿函数，使尽可能地等于土壤水分真实含量。采用结构风险最小化原理，同时使经验风险与置信范围最小化，较好地解决了小样本、非线性、高维数及局部极小点等问题，具有很强的泛化能力。其中，对于土壤水分测试结果随温度的变化趋势较小并且与土壤样本真实水分含量相近。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型中新型一体土壤温湿度传感器的结构示意图。

图2为本实用新型中电容法传感器中土壤颗粒和水分子示意图。

图3为本实用新型中新型一体土壤温湿度传感器接入使用的结构示意图。

图4为本实用新型中新型一体土壤温湿度传感器用于测试时的结构示意图。

图中：1、PCB探针；2、密封绝缘外套；3、温度传感器；4、通讯数据线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1至图4，一种新型一体土壤温湿度传感器，包括PCB探针1、密封绝缘外套2、温度传感器3、控制电路和通讯数据线4，所述温度传感器3内嵌在PCB探针1头部，所述控制电路外面有密封绝缘外套2，所述通讯数据线4设置在控制电路后端，所述PCB探针1检测土壤水分参数，所述内嵌在PCB探针头部的温度传感器3检测土壤温度参数，所述PCB探针1由PCB板直接加工制作而成，不需要额外的金属外壳，在水分检测时PCB板所连电路直接与土壤接触。

所述的所述PCB探针1后端集成信号转换电路。

所述的所述信号转换电路外边包有密封防水软胶，可以采用硅胶或者防水胶材料。

所述的PCB探针1可内嵌一个温度传感器3，也可以加装2个以上传感器，使测量更精确。

所述温度传感器3外面涂有密封防水导热胶，可以防止土壤水分侵蚀电路板，引起硬件故障；同时也不影响温度的检测。

所述PCB探针1生产装配工艺简单，由于PCB板电路直接跟土壤接触，检测数据实时准确，可靠性更高；成本更低廉。

本实用新型生产装配工艺简单、测量更精确、检测数据实时准确，可靠性更高、成本更低廉、便携、动态响应范围宽且功耗低，为土壤水分及温度检测领域的工程技术人员提供了一种同时实现土壤温湿度检测、及时有效地对土壤水分参数做出补偿的新型一体土壤温湿度传感器。

本实用新型是一种低电压、低功耗、高集成度的电容式变换器，其内部涉及方波信号发生电路、RC充放电电路、时间电压转换电路。其中传感部件电容C以耐腐蚀的PCB为极板、待测土壤为电介质，土壤介电常数ε随水分的变化表现为电容量的变化。当测试电极几何因数、电阻R、输入电压V为定值时，土壤介电常数ε可由充电时间t决定，再通过时间电压转换电路得到输出电压U。因此，输出电压U的变化，反应土壤水分的变化。被测土壤水分含量变化，土壤中水分体积系数增加，导致水分介电常数εw(T)对土壤介电常数的影响程度加深，传感器的土壤水分测试结果随土壤温度的变化趋势较大，传感器土壤水分测试结果随着温度的升高呈现增加的趋势，通过探头上的土壤温度检测，实现对水分的温度补偿处理。补偿效果的关键是利用最小二乘支持向量机确定出合适的补偿函数，使尽可能地等于土壤水分真实含量。采用结构风险最小化原理，同时使经验风险与置信范围最小化，较好地解决了小样本、非线性、高维数及局部极小点等问题，具有很强的泛化能力。其中，对于土壤水分测试结果随温度的变化趋势较小并且与土壤样本真实水分含量相近。

以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，但是本专利并不限于上述实施方式，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

本实用新型未涉及部分，均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，包括PCB探针(1)、密封绝缘外套(2)、温度传感器(3)、控制电路和通讯数据线(4)，所述温度传感器(3)内嵌在PCB探针(1)头部，所述控制电路外面有密封绝缘外套(2)，所述通讯数据线(4)设置在控制电路后端。

2.根据权利要求1所述的新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，所述PCB探针(1)检测土壤水分参数，所述内嵌在PCB探针(1)头部的温度传感器(3)检测土壤温度参数。

3.根据权利要求1所述的新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，所述PCB探针(1)由PCB板直接加工制作而成，不需要额外的金属外壳，在水分检测时PCB板所连电路直接与土壤接触。

4.根据权利要求1所述的新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，所述PCB探针(1)后端集成信号转换电路。

5.根据权利要求4所述的新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，所信号转换电路外边包有密封防水软胶，可以采用硅胶或者防水胶材料。

6.根据权利要求1所述的新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，所述PCB探针(1)可内嵌一个温度传感器(3)，也可以加装2个以上传感器。

7.根据权利要求1所述的新型一体土壤温湿度传感器，其特征在于，所述温度传感器(3)外面涂有密封防水导热胶。