基于信号波形幅度检测放大技术的电容式土壤水分传感器研究.pdf

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1、第26卷第6期传感技术学报V01．26No．62013年6月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJun．2013DevelopmentofaCapacitiveSoilMoistureSensorBasedonWaveAmplitudeDetectionandAmplificationXUran，YIWeidong，ZHUOGuowen(SchoolofElectronicandCommunicationEngineering，UniversityofChineseAcademyofSciences，

2、Beifng100049，China)Abstract：Measurementofsoilwatercontentisessentialforevaluationandselectionofagro—systems．andforthereasonableuseofwaterresources．Accordingtotherelationshipbetweensoilwatercontentandsoilrelativepermittivity，anewtypeofcapacitivesoilmoisturesensorispresen

3、tedbasedonthewaveamplitudedetectionandam—plification．Thesensorwastestedinsolutionsamples，clayloam，sandyloamandclaysoils．Resultsshowthatthereisaverylinearrelationshipbetweensensoroutputvoltageandwatercontentofthemeasuredmedium(Risfrom0．81to0．99)．Thesensorshouldbecalibrat

4、edbeforebeingputintoapplicationsbecausethesensitivityofthesensorvariessignificantlywithsoiltexture．Thepowerconsumptionofthesensorislowerthan8mWunderanoperatingvoltageof2．5V．Thesensorcanbeextendedtoreal-timemeasurementofsoilmoistureinpreciseagriculturalsystems．Keywords：s

5、oilmoisturesensor；capacitancemethod；waveamplitudedetectionandamplification；low—powerdesignEEACC：7230；7310doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2013．06．005基于信号波形幅度检测放大技术的电容式土壤水分传感器研究术徐燕，易卫东，卓国文(中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京100049)摘要：土壤水分量测对于农田系统的评估和选择、水资源的合理利用是十分重要的。根据土壤水分与土壤相对介电常数的关系，基于

6、信号波形幅度检测放大技术设计了一种电容式土壤水分传感器。在标准溶液样品、粘壤土、砂壤土、粘土土样中对提出的传感器进行测试。实验结果显示，传感器输出电压与被测介质含水量有良好的线性关系(R为0．81～0．99)，传感器灵敏度受土质影响明显，实际应用中时需要根据土质进行校准，传感器功耗低，在2．5V供电电压下功耗低于8mW。本文设计的传感器可推广至精准农业系统应用中。关键词：土壤水分传感器；电容法；信号波形幅度检测放大技术；低功耗设计中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1004-1699(2013)06-0779-06随着世

7、界各地淡水资源的日趋紧张，以致各方面水在土壤内的流动方向和渗透深度，但是该方法所测的用水进行了严格控制，农业用水也不能像往常那样量的是土壤水的吸力，需要依据土壤水分特征曲线来任意使用，所需代价与日俱增。根据实测土壤水分的换算土壤含水量，由于土壤水分能量关系非常复杂，使状况和农作物生长情况进行节水灌溉，意义重大。得用张力推求土壤含水量时极为困难，误差大。射目前已有多种土壤水分量测方法用于科学研究，线法是利用各种射线进入土壤的衰减来计算土壤含水包括烘干法、热特性法、中子法、电容法、时域反射法、率，缺点是设备维护成本高而且有辐射危险¨⋯。电

8、容近红外法、光学法、射线法、核子法、张力法。烘干法可以实时实地量测，量测范围宽，成本低，是目前研法量测准确，但是不能实时实地量测J。热特性法量究最广的土壤水分量测方法_2'1。。J。测不受水的电导的影响，但是热特性法需要