土壤水分检测转换电路的设计

土壤水分检测转换电路的设计!

白泽生

（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安!"#$$$）

摘!要：在土壤水分检测的各种方法中，传感器法具有许多优点。设计了一种土壤水分检测转换电路，并阐述了电路组成和工作原理。试验表明：利用本电路测量土壤含水量的分辨力为59:;，与烘干称重法测量值的差值在7;以内，具有测量准确度高、测量速度快、显示直观、价格低廉、操作方便的特点。关键词：土壤水分；传感器；检测转换电路；设计

中图分类号："<4:4!!!文献标识码：=!!!文章编号：:555>8?@?（4556）58>556A>54

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$@引@言

水分是天然土壤的一个重要组成部分，它不仅影响到土壤的物理性质，制约着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，而且，是构成土壤肥力的一个重要因素，更是一切植物赖以生存的基本条件。因此，测定土壤含水量，对实施精准农业，节水灌溉，提高农业生产效率有重要的意义。

目前，测定土壤水分的方法归纳起来有两大类，一类是变动位置取样测定（如烘干称重法等），另一类是原位取样测定（如，中子法、时域反射仪法、频域发射仪法、!射线法、传感器法等）。不同的方法各有优缺点，烘干称重法原理简单、精度高，但其操作烦琐，又不能在田间实时连续监测。中子法和!射线法虽可在室外快速准确监测，但存在放射性物质危害人体健康。时域反射仪法和频域发射仪法价格比较昂贵，而传感器法安全可靠，测定土壤水分快速直读，具有不必采土样，不破坏土壤结构，可连续监测并输出电信号，十分适合于监测田间土壤水分动态分布和变化情况，便于长期的观测和积累田间水势资料等，因此，被广泛应用在田间监测土壤水分。

本文设计采用传感器法，主要面向设施农业的应用，其使用对象主要是农业种植和管理者，所以，设计力求简单易用、快速直读、价格低廉。

收稿日期：4556>5M>44

陕西省教育厅专项科研计划资助项目（5ANOM::）!基金项目：

"@检测转换电路工作原理

:9:!土壤水吸力传感器的基本原理

目前，水分传感器多种多样，本设计选用土壤水吸力传感器，因其具有结构简单、使用方便、灵敏度较高等优点，可以定点定位连续测定土壤水分的运行，及时反映土壤水分的纵横变化。

土壤水吸力传感器是根据土壤水吸力的大小与土壤水分含量有关的原理制成的。一般来说，土壤含水量越小，吸

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力越大；反之，吸力越小。其结构如图:所示。集气管上

有注水口，使用时，打开橡皮塞，注满水后再塞紧，当管中气体排出后，将陶土头埋入土中。陶土头是感应部件，具有许多微小的孔隙，陶土头被水浸润后，在孔隙中形成一层水膜，当充满水且密封的土壤水分传感器插入水分不饱和的土壤时，水膜就与土壤水连接起来，使仪器内部的水产生负压，此负压作用于固态压阻式传感器，传感器将负压转换成电信号，从而可获得5P:55Q<$范围内任意点土壤吸力的电信号，并且，二者有良好的线性关系。

固态压阻式传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的一种力敏器件，是以单晶硅为基体，用集成工艺技术扩散A个等值应变电阻，并组成惠斯登电桥。不受压力作用时，电桥处于平衡状态；受到压力作用时，一对桥臂电阻变大，另一

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