高频电容式土壤湿度传感器：真有效值检测技术应用

"基于真有效值检测的高频电容式土壤水分传感器_李加念.pdf" 本文介绍了一种用于精确测量土壤湿度的高频电容式土壤水分传感器，该传感器采用了真有效值（True Root Mean Square, TRMS）检测技术。传感器的设计基于AD8361真有效值芯片，能够处理高达100MHz的信号频率，这使得它能更快速、准确地响应土壤湿度变化。土壤的湿度直接影响其介电常数，因此，通过测量土壤的介电特性，可以推算出土壤的水分含量。 该传感器的核心组件包括电源滤波电路、100MHz有源晶振、XC74UL14AA逻辑芯片、探针电极以及AD8361真有效值检测芯片。探针电极使用印刷电路板制造，并与主电路板一体化设计，确保了传感器结构的稳定性和可靠性。传感器的输出为直流电压，测试结果显示，其在空气和去离子水中的输出电压范围为工作电压的20%至70%。 为了验证传感器的性能，研究人员通过2-异丙氧基乙醇、二氧六环和去离子水配置了一系列具有不同等效土壤体积含水率的溶液进行标定。实验表明，传感器的输出电压与工作电压有明显关联，随着工作电压的增加，输出电压也会相应提高。同时，特定工作电压下，传感器的输出电压与土壤体积含水率呈线性负相关，具有高度的线性关系（决定系数R² > 0.987），证明了其良好的测量精度。 然而，温度对传感器的测量结果有一定影响，温差越大，测量偏差也会增大，最大偏差可达到4.44%。此外，通过配制土样进行实地验证，发现最大误差为4.95%，这表明尽管存在一定的温度影响，但传感器仍能在实际应用中提供可靠的数据。 这款基于真有效值检测的高频电容式土壤水分传感器具有高频率响应、直流电压输出和良好的线性关系等特点，适用于精细农业中的节水灌溉管理。其设计考虑了实际环境因素，如温度变化，但仍需注意温度校正以减小误差。该研究为土壤水分监测提供了新的技术手段，有助于优化农田管理，提高农作物的生产效率。