土壤湿度传感器测量原理是什么? - 内蒙古德明电子科技有限公司 


土壤湿度传感器测量原理是什么?

发布日期:2022-08-09

一般来说,传感器的安装成本取决于测量场地的面积和实现的功能。您是否需要确定需要在测量位置安装多少个土壤湿度传感器?有多少传感器匹配一个数据采集器?传感器之间的连接线有多长?是否需要搭配其他控制器来实现某些自动控制功能?弄清楚这些问题后,你就可以根据需求选择。

土壤水分是指土壤的水分含量。在种植业中,农作物本身不能直接获取土壤中的无机元素,土壤中的水充当溶解这些无机元素的溶剂。作物通过根系吸收土壤水分,获取养分,促进生长。在农作物生长和发育完成的过程中,由于品种不同,对土壤温度、含水量和盐分的要求也不同。因此对于这些环境因素监测需要用到传感器,比如温湿度传感器、土壤湿度传感器等。

 

农业工作者都熟悉土壤湿度传感器,但是在选择和使用土壤湿度传感器时存在很多问题。以下是有关土壤湿度传感器的一些常见问题。

市场上最常用的土壤湿度传感器是tdr土壤湿度传感器和fdr土壤湿度传感器。

1、工作原理

 

FDR是指频域反射,它利用电磁脉冲的原理。根据在介质中传播的电磁波的频率测量土壤的表观介电常数(ε),从而获得土壤体积含水量(θv)。土壤湿度传感器采用的就是FDR原理,产品密封性好,可直接埋入土壤中使用,且不受腐蚀。测量精度高,性能可靠,确保正常工作,响应速度快,数据传输效率高。

1、TDR时域反射技术原理
TDR (Time Domain Reflectometry)时域反射技术的原理是,信号在某一传输路径传输,当传输路径中发生阻抗变化时,一部分信号会被反射,另一部分信号会继续沿传输路径传输。TDR是通过测量反射波的电压幅度,从而计算出阻抗的变化;同时,只要测量出反射点到信号输出点的时间值,就可以计算出传输路径中阻抗变化点的位置。

TDR(Time Domain Reflectometry)即时域反射技术,是一种对反射波进行分析的测量技术,主要用于测量传输线的特性阻抗,其主要设备为网络分析仪。TDR的测试原理是通过向传输路径中发送一个脉冲或阶跃信号,当传输路径中发生阻抗变化时,部分能量会被反射,其余能量继续传输。当知道发射波的幅度并测量反射波的幅度时,则可以计算出路径中阻抗的变化。且通过测量发射到反射波回到发射点的时间差,还可以计算阻抗变化的相位。根据反射原理,可以获得待测位置的阻抗Z=Zref(1+ρ)/(1-ρ),ρ为发射系数,ρ=Vreflected/Vincident,Vreflected及Vincident 分别为反射波幅度及入射波幅度,Zref为TDR的输出阻抗,通常为50ohm标准电阻。从式中可以看出,当ρ=1时,待测位置阻抗为∞,则该位置开路,当ρ=-1时,待测位置阻抗为0,则说明其短路。(本文仅对开短路原理进行讲解,其余阻抗相关原理略)

利用上述原理,可以对需要破坏才能确认的失效点进行初步的位置判断。例如芯片内部失效或者芯片焊点失效这种情况(取下芯片则破坏焊点,切片焊点则破坏芯片)以及超大样品某一具体位置失效这类问题。前者在具体分析时因不易判断具体失效点(焊点或芯片)而使得分析的难度加大,而后者主要难度则是花费很大时间及精力在寻找具体的失效点的位置上。以下介绍两个案例来帮助读者理解TDR在失效分析中快速定位作用。

如果把传输线比作交通运输线,糟糕的路况(类似传输线里的特性阻抗)会影响运输车队的速度,路越窄,路的阻碍作用越大(特性阻抗大,通过的信号能量就小);路越宽、路况越好,通过的车队速度越快(通过的信号能量越多)。

导线只是传输能量的,导线本身并不消耗能量或者近似于不损耗能量。当射频信号到达导线末端,能量没有办法释放,就会沿着导线反传回来。就跟我们对着墙喊,声音碰到墙反传回来产生回音。假如我们在线的末端接上一个电阻,便可消耗(或者接收)线上传输过来的射频能量。
 

TDR 指时域反射率,是快速检测土壤水分的常用原理。原理是不匹配的传输线上的波形会反射。传输线上任意一点的波形是原始波形和反射波形的叠加。TDR原理设备的响应时间约为10-20秒,适用于移动测量和定点监测。

2、土壤湿度传感器的输出是多少?

电压型 电流型 RS485型

工作电压 7~24V 12~24V 7~24V

工作电流 3~5mA 3~25mA 3~5mA

输出信号 输出信号:0~2V DC(可定制0.4~2V DC ) 0~20mA,(可定制4~20mA) MODBUS-RTU协议

建议在安装土壤湿度传感器时应该注意以下几点:

1、传感器垂直插入:将传感器垂直90度插入待测土壤中。插入时请勿晃动传感器,以免传感器探头弯曲损坏探头。

2、多个传感器水平插入:将传感器平行插入待测土壤中。该方法用于多层土壤水分检测。插入时请勿晃动传感器,以免传感器探头弯曲而损坏钢针。

3、最好选择比较松软一些的土壤插入测量,如果当您感觉被测土中有硬块或异物时,请重新选择被测土的位置。

4、土壤传感器存放时,用干纸巾将三支不锈钢针擦干净,盖上泡沫,存放在0-60℃的干燥环境中。

 

 

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