一種反應快捷的濕度測量電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種反應快捷的濕度測量電路，由采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路和頻率電壓轉換電路依次連接構成；采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路包括高阻抗運算放大器、負反饋電阻、第一正反饋電阻、第二正反饋電阻和電容器；頻率電壓轉換電路的頻率電壓轉換的集成電路的CMPRIN引腳分別與第五電阻和第七電阻的一端連接；第五電阻的另一端與接地；第七電阻接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路的IOUT引腳分別與第四電容、第九電阻和第十電阻的一端連接，第四電容和第九電阻的另一端都與第五電容的一端連接。本實用新型電路不易受土壤中電解質的影響，且不受土壤團聚結塊所形成間隙的影響。
【專利說明】一種反應快捷的濕度測量電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及濕度測量，特別是涉及一種反應快捷的濕度測量電路，該適度測量電路可以用于測量土壤濕度。
【背景技術】
[0002]在土壤的濕度測量方面，目前比較多的是采用電阻法，即用兩個電極插入土壤中，通過測量其電阻值來測量土壤中所含的水分，所含水分越多其電阻值越小。利用電阻法測量土壤濕度的方法存在以下缺點:
[0003]1、該方法極易受土壤所含電解質的影響，因為少量的電解質可以大幅度改變水的電阻值，使測量產生大的誤差；
[0004]2、該方法易受土壤團聚構造的影響，在土壤中難免形成土壤團聚和結塊的現象，在這些團聚和結塊的土壤之間，會形成一定的間隙，這些間隙也會大大影響土壤電阻值的測量。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種反應快捷的濕度測量電路，該電路能將物體的濕度轉換成與濕度成正比的電壓信號，利用此電路可以方便地測量物體的濕度。
[0006]本實用新型在需要測量濕度的物體的兩側放置兩塊金屬板，而金屬板之間的物體則作為兩塊金屬板所形成的電容器的介質，由于水作為電容器的介質，其介電常數很大，其他物質相對較小，其值可以忽略，因此兩塊金屬板之間形成的電容量，除了金屬板的面積與相互距離之外，影響最大的是金屬板之間的含水量，只要知道了電容器電容量的變化量，就能估算出金屬板之間物體的含水量，利用這一方法可以測量出泥土中的濕度。這種測量土壤濕度的方法克服了電阻法測量土壤濕度的缺點。本實用新型利用測量電容器介質的介電常數的方法來測量土壤的濕度，是一種測量準確受外界影響小的新方法。
[0007]本實用新型目的通過下述技術方案實現
[0008]一種反應快捷的濕度測量電路，由采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路和頻率電壓轉換電路依次連接構成；
[0009]所述采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路包括高阻抗運算放大器、負反饋電阻、第一正反饋電阻、第二正反饋電阻和電容器；負反饋電路由負反饋電阻和第一電容器組成，正反饋電路由第一正反饋電阻和第二正反饋電阻組成；高阻抗運算放大器的負極分別與負反饋電阻和第一電容器的一端連接；高阻抗運算放大器的正極分別與第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的一端連接，第一電容器的另一端和第二正反饋電阻的另一端分別接地；第一正反饋電阻的另一端和負反饋電阻的另一端都與運算放大器的輸出端連接；
[0010]所述頻率電壓轉換電路包括頻率電壓轉換的集成電路、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第二電容器、第三電容器、第四電容器和第五電容器；頻率電壓轉換的集成電路的CMPRIN引腳分別與第五電阻和第七電阻的一端連接；第五電阻的另一端與接地；第七電阻接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路的1UT引腳分別與第四電容、第九電阻和第十電阻的一端連接，第四電容和第九電阻的另一端都與第五電容的一端連接，第十電阻與第五電容的另一端連接，第十電阻另一端還與電壓輸出端連接；頻率電壓轉換的集成電路的VDD引腳接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路的R/C引腳分別與第六電阻和第三電容的一端連接；頻率電壓轉換的集成電路的IREF引腳與第八電阻一端連接；第四電容、第九電阻、第八電阻和第三電容的另一端都與頻率電壓轉換的集成電路的GND引腳連接；頻率電壓轉換的集成電路的THR引腳分別與第二電容的另一端和第四電阻的一端連接，第四電阻和第六電阻的另一端都與12v電源連接。
[0011]為進一步實現本實用新型目的，優選地，所述頻率電壓轉換的集成電路選用電路型號為LM331AN集成電路。
[0012]所述高阻抗運算放大器選擇CA3140運算放大器。
[0013]所述第一電容器為帶絕緣層的金屬電極。
[0014]所述負反饋電阻的電阻值為IM Ω - 300ΜΩ。
[0015]所述第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的電阻值都為20ΚΩ - 50ΚΩ。
[0016]所述的第一電容器由兩金屬電極組成相對設置形成。
[0017]所述的兩金屬電極間隔0.5毫米-8厘米。
[0018]相對于現有技術，本實用新型具有如下優點:
[0019]I)本實用新型電路不易受土壤中電解質的影響，由于本實用新型測量的是土壤對電容量的影響，而不是土壤的電阻值，土壤中電解質含量的變化只對土壤的介電常數造成小的影響，而對土壤電阻值會造成很大的影響。
[0020]2)本實用新型電路完全不受土壤團聚結塊所形成間隙的影響，這是因為土壤之間的間隙不會影響兩個金屬電極之間土壤的含水量，對土壤所含水分的分布也不會有大的影響，因此，基本上不會對測量值造成影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型反應快捷的濕度測量電路的原理圖。
[0022]圖2是本實用新型的反應快捷的濕度測量電路圖。
【具體實施方式】
[0023]為更好的理解本實用新型，下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明，但是本實用新型的實施方式不限如此。
[0024]如圖1所示，一種反應快捷的濕度測量電路由采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路和頻率電壓轉換電路依次連接構成，頻率電壓轉換電路輸出與濕度相對應的電壓。
[0025]如圖2所示，采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路，包括高阻抗運算放大器U1、負反饋電阻R1、第一正反饋電阻R2、第二正反饋電阻R3、以及由兩金屬電極DJ1、DJ2組成的第一電容器Cl ;負反饋電路由負反饋電阻Rl和第一電容器Cl組成，第一電容器Cl由兩根金屬電極DJ1、DJ2間隔2 - 8厘米相對設置形成；正反饋電路主要由第一正反饋電阻R2和第二正反饋電阻R3組成；高阻抗運算放大器Ul的負極分別與負反饋電阻Rl和第一電容器Cl的一端(金屬電極DJl)連接；高阻抗運算放大器Ul的正極分別與第一正反饋電阻R2和第二正反饋電阻R3的一端連接，第一電容器Cl的另一端(金屬電極DJ2)和第二正反饋電阻R3的另一端分別接地；第一正反饋電阻R2的另一端和負反饋電阻Rl的另一端都與高阻抗運算放大器Ul的輸出端連接。負反饋電阻Rl取值優選可以為1ΜΩ - 300ΜΩ，在第一電容器Cl的不同電容取值，第一電容器Cl的電容取值和負反饋電阻的電阻取值共同決定第一電容器的電充的時間，設k為振蕩周期系數，R為負反饋電阻Rl的電阻值；C為第一電容器Cl的電容取值；則T = kX RX C (負反饋電路構成典型的RC電路)；T為采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路一個振蕩周期的時間。可見，本實用新型通過調節第一電容器Cl的電容大小可以方便調節其電路振蕩頻率的高低。電容器的電容取值的最小值可為2 - 3pf。
[0026]高阻抗運算放大器Ul具有較高的工作頻率和較大的輸入阻抗，輸入阻抗一般大于1\1012，可選擇0八3140運算放大器，或者選用功能相同的其它類型的運算放大器。
[0027]第一電容器Cl為帶絕緣層的金屬電極。
[0028]負反饋電阻Rl的電阻值為IM Ω -300ΜΩ，如本圖2實施方式中，負反饋電阻Rl的電阻值選用1.2ΜΩ ;負反饋電阻Rl與金屬電極DJl，DJ2形成的電容配合，使得采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路的振蕩頻率處于十到三十千赫，以滿足頻率電壓轉換電路的工作需要。
[0029]第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的電阻值可都為20ΚΩ - 500ΚΩ ;如本實施方式中，第一正反饋電阻R2和第二正反饋電阻R3的電阻值分別選用300ΚΩ和20ΚΩ。第一正反饋電阻R2和第二正反饋電阻R3組成正反饋電路，能夠將高阻抗運算放大器Ul的輸出電壓的1/4 - 1/2輸入到高阻抗運算放大器Ul的正輸入端。
[0030]頻率電壓轉換電路包括頻率電壓轉換的集成電路U2、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第二電容器C2、第三電容器C3、第四電容器C4、第五電容器C5 ;其中第二電容器C2為連接多諧震蕩器和頻率電壓轉換器的橋梁。頻率電壓轉換的集成電路U2的CMPRIN引腳分別與第五電阻R5和第七電阻R7的一端連接；第五電阻R5的另一端與接地；第七電阻R7接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路U2的1UT引腳分別與第四電容C4、第九電阻和第十電阻RlO的一端連接，第四電容C4和第九電阻的另一端都與第五電容C5的一端連接,第十電阻RlO與第五電容C5的另一端連接，第十電阻RlO另一端還與電壓輸出端Vout連接；頻率電壓轉換的集成電路U2的VDD引腳接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路U2的R/C引腳分別與第六電阻R6和第三電容C3的一端連接；頻率電壓轉換的集成電路U2的IREF引腳與第八電阻R8 —端連接；第四電容C4、第九電阻、第八電阻R8和第三電容C3的另一端都與頻率電壓轉換的集成電路U2的GND引腳連接；頻率電壓轉換的集成電路U2的THR引腳分別與第二電容C2的一端和第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4和第六電阻R6的另一端都與12v電源連接。第二電容C2的另一端與高阻抗運算放大器Ul的輸出端連接。
[0031 ] 頻率電壓轉換的集成電路U2選用電路型號為LM33IAN集成電路，或者其它功能相同的集成電路。
[0032]第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第二電容器C2、第三電容器C3、第四電容器C4和第五電容器C5的電阻值或者電容值可以根據頻率電壓轉換的集成電路U2的要求選用；如圖2的實施方式中，第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻RlO分別選用電阻值為10ΚΩ、20ΚΩ、1ΚΩ、10ΚΩ、1ΚΩ、25ΚΩ和25ΚΩ的電阻；第二電容器C2、第三電容器C3、第四電容器C4和第五電容器C5分別選用電容為470pf、470pf、luF和IUf。
[0033]反應快捷的濕度測量電路工作時，采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路形成方波振蕩，該振蕩頻率主要由兩帶絕緣層的金屬電極DJl、DJ2之間所形成的電容和負反饋電阻Rl決定，任何能夠改變金屬電極DJ1、DJ2之間所形成的電容大小，或負反饋電阻Rl的阻值大小都可以改變其振蕩頻率。由于在兩金屬電極DJ1、DJ2之間的空隙的水分含量會對兩金屬電極DJ1、DJ2之間的電容量造成非常明顯的影響，從而影響多諧震蕩器的振蕩頻率，只要測出振蕩頻率的改變量就可以測出電極DJ1、DJ2之間空隙的含水量。與采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路相連的頻率電壓轉換器是將振蕩頻率轉換為電壓，通過測量電壓的高低來確定振蕩頻率的高低。這樣就實現了水分含量-振蕩頻率變化-電壓變化的轉變，只要測量電壓的變化，就可以測量金屬電極DJ1、DJ2之間空隙的含水量的變化，在這個過程中含水量轉換為振蕩頻率的改變，由于振蕩頻率比較高(約為幾十千赫)可以反映含水量的極微小的變化，因而可以實現測量的高精度，和高靈敏度。這種測量含水量的方式，相對于傳統實驗室測量的方法，更方便也更快。
[0034]應用圖2所示反應快捷的濕度測量電路測量土壤中水分的含量時，只要將兩帶有絕緣層的金屬電極DJl、DJ2包裹絕緣層并且埋入土壤中即可測量，金屬電極DJl、DJ2選用兩片金屬片，其大小為1-2平方厘米。本實用新型電路不易受土壤中電解質的影響，由于本實用新型測量的是土壤對電容量的影響，而不是土壤的電阻值，土壤中電解質含量的變化只對土壤的介電常數造成小的影響，而對土壤電阻值會造成很大的影響。本實用新型電路完全不受土壤團聚結塊所形成間隙的影響，這是因為土壤之間的間隙不會影響兩個金屬電極之間土壤的含水量，對土壤所含水分的分布也不會有大的影響，因此，基本上不會對測量值造成影響。
【權利要求】
1.一種反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，由采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路和頻率電壓轉換電路依次連接構成； 所述采用小電容大電阻的多諧振蕩器電路包括高阻抗運算放大器、負反饋電阻、第一正反饋電阻、第二正反饋電阻和電容器；負反饋電路由負反饋電阻和第一電容器組成，正反饋電路由第一正反饋電阻和第二正反饋電阻組成；高阻抗運算放大器的負極分別與負反饋電阻和第一電容器的一端連接；高阻抗運算放大器的正極分別與第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的一端連接，第一電容器的另一端和第二正反饋電阻的另一端分別接地；第一正反饋電阻的另一端和負反饋電阻的另一端都與運算放大器的輸出端連接； 所述頻率電壓轉換電路包括頻率電壓轉換的集成電路、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第二電容器、第三電容器、第四電容器和第五電容器；頻率電壓轉換的集成電路的CMPRIN引腳分別與第五電阻和第七電阻的一端連接；第五電阻的另一端與接地；第七電阻接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路的1UT引腳分別與第四電容、第九電阻和第十電阻的一端連接，第四電容和第九電阻的另一端都與第五電容的一端連接，第十電阻與第五電容的另一端連接，第十電阻另一端還與電壓輸出端連接；頻率電壓轉換的集成電路的VDD引腳接12v電源；頻率電壓轉換的集成電路的R/C引腳分別與第六電阻和第三電容的一端連接；頻率電壓轉換的集成電路的IREF引腳與第八電阻一端連接；第四電容、第九電阻、第八電阻和第三電容的另一端都與頻率電壓轉換的集成電路的GND引腳連接；頻率電壓轉換的集成電路的THR引腳分別與第二電容的另一端和第四電阻的一端連接，第四電阻和第六電阻的另一端都與12v電源連接。
2.根據權利要求1所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述頻率電壓轉換的集成電路選用電路型號為LM331AN集成電路。
3.根據權利要求1所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述高阻抗運算放大器選擇CA3140運算放大器。
4.根據權利要求1所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述第一電容器為帶絕緣層的金屬電極。
5.根據權利要求1所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述負反饋電阻的電阻值為IM Ω - 300ΜΩ。
6.根據權利要求1所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述第一正反饋電阻和第二正反饋電阻的電阻值都為20ΚΩ - 50ΚΩ。
7.根據權利要求1所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述的第一電容器由兩金屬電極組成相對設置形成。
8.根據權利要求7所述的反應快捷的濕度測量電路，其特征在于，所述的兩金屬電極間隔0.5暈米-8厘米。
【文檔編號】G01N27/22GK204129001SQ201420506991
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】伍明華 申請人:華南理工大學