基于高频电场的土壤水分传感器研究

【摘要】： 我国水资源紧缺,农业生产用水量大,研究土壤水分的快速测量技术,对合理灌溉、精量灌溉,以及节约淡水资源和提高农作物产量均具有十分重要的意义。 为了实现土壤水分的快速检测,对国内外土壤水分测量现有方法与研究现状进行了分析。以土壤介电特性为契入点,通过对土壤介电特性的理论分析,表明利用介电常数来测量土壤含水量是一种灵敏度高、适应面宽、受土壤理化特性空间变异影响较小的快速测量方法。在分析研究电容传感器工作原理的基础上,确定了变介质电容传感器的研究方案,研究了一种基于高频电场法的土壤水分传感器。设计了基于电容传感器模型的探针和传感器的硬件电路。选用有源晶振作为信号源；用高频二极管设计了检波电路；以AT89C51设计微控制系统,编制了系统应用程序。该系统集数据处理与结果显示功能为一体。 实验研究了电容法测量土壤水分含量与信号源频率关系。对于供试的紫色土,传感器信号源频率不同对土壤水分测量结果影响很大,该电容传感器选用最佳测试频率为100MHz。 利用烘干法测量土壤含水量值作为标准,测量对应的传感器探头输出电压信号,采用最小二乘法对数据进行回归分析,完成对传感器的标定。对传感器的精确度、重复性和稳定性进行测试,结果表明传感器具有较好的精确度、重复性和稳定性,因此该传感器可以实现对土壤水分的实时测量。