本實(shí)用新型涉及土壤水分及溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水分及溫度一體的新型檢測(cè)技術(shù)，具體是一種新型一體土壤溫濕度傳感器。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)土壤水分測(cè)定方法主要有：電容法、電阻法、γ射線法、時(shí)域反射法(TDR)、土壤張力法、石膏法和紅外遙感法等，以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，需要準(zhǔn)確對(duì)土壤水分及溫度參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)控，來更好的為農(nóng)作物的精耕細(xì)作服務(wù)；同時(shí)也是解決農(nóng)田土壤水分信息的獲取問題是提高水資源利用率的有效措施。但是有些方法僅限于實(shí)驗(yàn)室使用，有些儀器價(jià)格昂貴、有些需要取樣分析且無法便攜，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。這里推薦電容法，電容式土壤含水量傳感器是通過敏感土壤的介電特性而設(shè)計(jì)的，土壤的介電特性又通過交變電場(chǎng)來反映.土壤顆粒置于電場(chǎng)中會(huì)被極化，極化后產(chǎn)生的正電荷移至一側(cè)，負(fù)電荷移至相反的一側(cè)，土壤粒子的極化與土壤的介電常數(shù)有關(guān)，介電常數(shù)由物質(zhì)的特性決定，不同物質(zhì)的介電常數(shù)不一樣。土壤、空氣和水分的介電常數(shù)大致如下，水：ε＝80；土壤粒子：ε＝4；空氣：ε＝1。由此可見，水的介電常數(shù)最大，含水量的變化引起介電常數(shù)發(fā)生明顯變化，而介電常數(shù)變化則導(dǎo)致土壤的電容發(fā)生變化，因此檢測(cè)電容的變化即可得到含水量的變化。

經(jīng)過多年的發(fā)展，市場(chǎng)上也有很多傳感器以同時(shí)適用于土壤水分與土壤溫度的測(cè)定，其由兩個(gè)傳感器組成，在實(shí)際的土壤水分測(cè)試過程中，由于光照的緣故，不同時(shí)刻農(nóng)田土壤的溫度不同，使得傳感器的測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)誤差。為了能夠減少溫度對(duì)傳感器的影響，提高土壤水分的測(cè)試精度，有必要對(duì)傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。而傳統(tǒng)的采集及測(cè)量補(bǔ)償，使用兩個(gè)傳感器，插在不同的位置，采集的數(shù)據(jù)具有一定的差異；而且，傳統(tǒng)的土壤水分檢測(cè)傳感器為單一的水分測(cè)量，溫度補(bǔ)償?shù)淖龇榱聿迦胍桓寥罍囟葌鞲衅髟谒謧鞲衅髋赃呥M(jìn)行土壤溫度采集。實(shí)際土壤水分測(cè)量與土壤溫度的采集不在同一位置或深度，這樣會(huì)造成一定的測(cè)量誤差。我們新型的土壤溫濕度一體型傳感器，結(jié)構(gòu)上采用在PCB探針上內(nèi)嵌一顆NTC，來同步檢測(cè)土壤溫度和水分。

由于農(nóng)田土壤水分檢測(cè)具有被測(cè)面積大、測(cè)點(diǎn)多、觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等要求，因而需要研制一款電容法的土壤傳感器，同時(shí)滿足于土壤水分與土壤溫濕度的測(cè)量，其具有成本低、便攜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬和功耗低等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，可靠性更高、成本更低廉，為土壤水分及溫度檢測(cè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提供了一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)土壤溫濕度檢測(cè)、及時(shí)有效地對(duì)土壤水分參數(shù)做出補(bǔ)償?shù)男滦鸵惑w土壤溫濕度傳感器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種新型一體土壤溫濕度傳感器，包括PCB探針、密封絕緣外套、溫度傳感器、控制電路和通訊數(shù)據(jù)線，所述溫度傳感器內(nèi)嵌在PCB探針頭部，所述控制電路外面有密封絕緣外套，

所述通訊數(shù)據(jù)線設(shè)置在控制電路后端。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述PCB探針檢測(cè)土壤水分參數(shù)，所述內(nèi)嵌在PCB探針頭部的溫度傳感器檢測(cè)土壤溫度參數(shù)。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述PCB探針由PCB板直接加工制作而成，不需要額外的金屬外殼，在水分檢測(cè)時(shí)PCB板所連電路直接與土壤接觸。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述PCB探針后端集成信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路外邊包有密封防水軟膠，可以采用硅膠或者防水膠材料。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述PCB探針可內(nèi)嵌一個(gè)溫度傳感器，也可以加裝2個(gè)以上傳感器。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：所述溫度傳感器外面涂有密封防水導(dǎo)熱膠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型生產(chǎn)裝配工藝簡(jiǎn)單、測(cè)量更精確、檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，可靠性更高、成本更低廉、便攜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬且功耗低，為土壤水分及溫度檢測(cè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提供了一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)土壤溫濕度檢測(cè)、及時(shí)有效地對(duì)土壤水分參數(shù)做出補(bǔ)償?shù)男滦鸵惑w土壤溫濕度傳感器。

本實(shí)用新型是一種低電壓、低功耗、高集成度的電容式變換器，其內(nèi)部涉及方波信號(hào)發(fā)生電路、RC充放電電路、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路。其中傳感部件電容C以耐腐蝕的PCB為極板、待測(cè)土壤為電介質(zhì)，土壤介電常數(shù)ε隨水分的變化表現(xiàn)為電容量的變化。當(dāng)測(cè)試電極幾何因數(shù)、電阻R、輸入電壓V為定值時(shí)，土壤介電常數(shù)ε可由充電時(shí)間t決定，再通過時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路得到輸出電壓U。因此，輸出電壓U的變化，反應(yīng)土壤水分的變化。被測(cè)土壤水分含量變化，土壤中水分體積系數(shù)增加，導(dǎo)致水分介電常數(shù)εw(T)對(duì)土壤介電常數(shù)的影響程度加深，傳感器的土壤水分測(cè)試結(jié)果隨土壤溫度的變化趨勢(shì)較大，傳感器土壤水分測(cè)試結(jié)果隨著溫度的升高呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，通過探頭上的土壤溫度檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水分的溫度補(bǔ)償處理。補(bǔ)償效果的關(guān)鍵是利用最小二乘支持向量機(jī)確定出合適的補(bǔ)償函數(shù)，使盡可能地等于土壤水分真實(shí)含量。采用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原理，同時(shí)使經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)與置信范圍最小化，較好地解決了小樣本、非線性、高維數(shù)及局部極小點(diǎn)等問題，具有很強(qiáng)的泛化能力。其中，對(duì)于土壤水分測(cè)試結(jié)果隨溫度的變化趨勢(shì)較小并且與土壤樣本真實(shí)水分含量相近。

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型中新型一體土壤溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型中電容法傳感器中土壤顆粒和水分子示意圖。

圖3為本實(shí)用新型中新型一體土壤溫濕度傳感器接入使用的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型中新型一體土壤溫濕度傳感器用于測(cè)試時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、PCB探針；2、密封絕緣外套；3、溫度傳感器；4、通訊數(shù)據(jù)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

請(qǐng)參閱圖1至圖4，一種新型一體土壤溫濕度傳感器，包括PCB探針1、密封絕緣外套2、溫度傳感器3、控制電路和通訊數(shù)據(jù)線4，所述溫度傳感器3內(nèi)嵌在PCB探針1頭部，所述控制電路外面有密封絕緣外套2，所述通訊數(shù)據(jù)線4設(shè)置在控制電路后端，所述PCB探針1檢測(cè)土壤水分參數(shù)，所述內(nèi)嵌在PCB探針頭部的溫度傳感器3檢測(cè)土壤溫度參數(shù)，所述PCB探針1由PCB板直接加工制作而成，不需要額外的金屬外殼，在水分檢測(cè)時(shí)PCB板所連電路直接與土壤接觸。

所述的所述PCB探針1后端集成信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。

所述的所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路外邊包有密封防水軟膠，可以采用硅膠或者防水膠材料。

所述的PCB探針1可內(nèi)嵌一個(gè)溫度傳感器3，也可以加裝2個(gè)以上傳感器，使測(cè)量更精確。

所述溫度傳感器3外面涂有密封防水導(dǎo)熱膠，可以防止土壤水分侵蝕電路板，引起硬件故障；同時(shí)也不影響溫度的檢測(cè)。

所述PCB探針1生產(chǎn)裝配工藝簡(jiǎn)單，由于PCB板電路直接跟土壤接觸，檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，可靠性更高；成本更低廉。

本實(shí)用新型生產(chǎn)裝配工藝簡(jiǎn)單、測(cè)量更精確、檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，可靠性更高、成本更低廉、便攜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬且功耗低，為土壤水分及溫度檢測(cè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提供了一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)土壤溫濕度檢測(cè)、及時(shí)有效地對(duì)土壤水分參數(shù)做出補(bǔ)償?shù)男滦鸵惑w土壤溫濕度傳感器。

本實(shí)用新型是一種低電壓、低功耗、高集成度的電容式變換器，其內(nèi)部涉及方波信號(hào)發(fā)生電路、RC充放電電路、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路。其中傳感部件電容C以耐腐蝕的PCB為極板、待測(cè)土壤為電介質(zhì)，土壤介電常數(shù)ε隨水分的變化表現(xiàn)為電容量的變化。當(dāng)測(cè)試電極幾何因數(shù)、電阻R、輸入電壓V為定值時(shí)，土壤介電常數(shù)ε可由充電時(shí)間t決定，再通過時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路得到輸出電壓U。因此，輸出電壓U的變化，反應(yīng)土壤水分的變化。被測(cè)土壤水分含量變化，土壤中水分體積系數(shù)增加，導(dǎo)致水分介電常數(shù)εw(T)對(duì)土壤介電常數(shù)的影響程度加深，傳感器的土壤水分測(cè)試結(jié)果隨土壤溫度的變化趨勢(shì)較大，傳感器土壤水分測(cè)試結(jié)果隨著溫度的升高呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，通過探頭上的土壤溫度檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水分的溫度補(bǔ)償處理。補(bǔ)償效果的關(guān)鍵是利用最小二乘支持向量機(jī)確定出合適的補(bǔ)償函數(shù)，使盡可能地等于土壤水分真實(shí)含量。采用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原理，同時(shí)使經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)與置信范圍最小化，較好地解決了小樣本、非線性、高維數(shù)及局部極小點(diǎn)等問題，具有很強(qiáng)的泛化能力。其中，對(duì)于土壤水分測(cè)試結(jié)果隨溫度的變化趨勢(shì)較小并且與土壤樣本真實(shí)水分含量相近。

以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

本實(shí)用新型未涉及部分，均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。