一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，屬于農業氣象災害監測與控制領域。包括PCB制作的用于敏感植物臨界凍害溫度的傳感電路主板、用于夾持植物葉片的電容式測試探頭、密封外殼和連接電路用電纜；所述植物臨界凍害溫度的傳感電路主板由電源模塊、LC振蕩電路、分頻電路、V/F轉換電路和溫度檢測電路組成。植物凍害臨界溫度是機械化防霜控制中重要控制參數，本實用新型結構簡單、尺寸小、成本低、精度高，可有效測量植物臨界凍害溫度的傳感器。
【專利說明】
一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器
技術領域
[0001]本實用新型屬于農業氣象災害監測與控制領域，具體涉及一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器。
【背景技術】
[0002]中國是茶葉的原產地，是世界上茶園面積最大、分布范圍最廣、茶產量最大的國家。早春時節的低溫霜凍災害頻發，導致全國多地區名優茶品質下降，茶產量大幅降低，對茶葉產業造成巨大經濟損失。近年來國外開發了機械化防霜裝備與技術，專利號為201310539973.8的中國專利，公開了一種植物自動噴灌防霜系統及方法；專利號為200810124434.7的中國專利，公開了一種防除植物霜凍害的風扇系統控制方法及裝置;專利號為201410620814.5的中國專利公開了一種小型無人直升機防除植物霜凍害的飛行方法;專利號為US20110247263的美國專利，提出了基于臨界低溫逆溫差控制和反逆溫延停控制，這兩種控制方式都是以茶樹發生凍害的臨界溫度為必要條件；臨界凍害溫度是機械化防霜的重要控制參數之一；專利號為201410405693.2的中國專利，公開了一種植物臨界凍害溫度測試方法及系統，可以有效測試臨界凍害溫度，但是測試系統所用傳感器昂貴;專利號為201120230963.2的中國專利，公開了一種植物葉片溫度傳感器，但這款傳感器不適合植物臨界凍害溫度的測量;專利號為201310744683.7的中國專利，公開了基于光纖熒光式溫度傳感器的植物葉溫測量儀，但不能有效用于測試植物臨界凍害溫度。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，以有效測量植物葉片臨界凍害溫度，彌補可用于測試植物臨界凍害溫度的傳感器領域的空缺同時使得本實用新型的結構更簡單、尺寸更小、成本更低、精度更高。
[0004]為了解決以上技術問題，本實用新型采用的具體技術方案如下:
[0005]—種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，包括傳感電路主板(I)和電容式測試探頭(2)，其特征在于:所述傳感電路主板(I)設于密封外殼(3)內，并通過電纜(4)與電容式測試探頭(2)的檢測信號端相連;所述傳感電路主板(I)包括電源模塊(11)、LC振蕩電路(12)、分頻電路(13)、V/F轉換電路(14)和溫度檢測電路(15);電源模塊(11)的電壓信號輸出端，分別與溫度檢測電路(15)的電壓信號接收端、分頻電路(13)的電壓信號接收端、V/F轉換電路(14)的電壓信號接收端和LC振蕩電路(12)的電壓信號接收端相連;LC振蕩電路
(12)的頻率信號輸出端與分頻電路(13)的頻率信號接收端相連;分頻電路(13)頻率信號輸出端與V/F轉換電路(14)的頻率信號接收端連接;電源模塊(11)，用以為所述傳感電路主板
(I)提供穩定工作電壓;LC振蕩電路(12)，用以輸出高頻正弦波信號;分頻電路(13)，用以把高頻正弦波信號轉換為方波信號;V/F轉換電路(14)，用以把頻率信號轉換為電壓信號;溫度檢測電路(15 )，用以測量植物葉片溫度。
[0006]所述分頻電路(13)包括一級分頻電路和二級分頻電路，一級分頻電路通過電纜(4)和二級分頻電路連接;所述一級分頻電路用以實現63/64分頻;所述二級分頻電路用以實現21到212的分頻和正弦波信號轉換為方波信號輸出。
[0007]所述電容式測試探頭(2)包括電容器上極板(21)和電容器下極板(22)，電容器上極板(21)和下極板(22)相對設置。
[0008]所述LC振蕩電路(12)采用頻譜純度高壓控振蕩器芯片;V/F轉換電路(14)中使用的V/F轉換芯片，其變換精度為12位。
[0009]本實用新型的設計原理。本實用新型傳感器設計原理采用諧振法測量植物電容，電容值的大小根據頻率值來確定，將被測電容Cx與一個已知大小的電感L1并聯接入壓控振蕩芯片，L和Cx構成LC振蕩電路，從壓控振蕩器輸出的高頻正弦波通過分頻電路進行波形轉換和分頻，然后通過電壓/頻率轉換電路把頻率信號轉換為電壓信號。溫度檢測電路測量植物溫度，判定電容信號出現有效尖峰時對應的溫度點，即為植物臨界凍害溫度。
[0010]本實用新型具有的有益效果。本實用新型通過諧振法測量植物電容，并通過判定電容信號出現有效尖峰時的溫度，為測量植物葉片臨界凍害溫度提供一種結構簡單、尺寸小、成本低、精度高的傳感器，從而彌補可用于測試植物臨界凍害溫度的傳感器領域的空缺，為氣流擾動防霜控制提供臨界凍害溫度這一重要控制參數。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型結構不意圖；
[0012]圖2為電容式測試探頭示意圖；
[0013]圖3為實施例電路原理圖；
[0014]圖4為傳感器輸出穩定性測試圖；
[0015]圖5為傳感器性能試驗圖。
[0016]圖中:1傳感電路主板，2電容式測試探頭，3密封外殼，4電纜，11電源模塊，12LC振蕩電路，13分頻電路，14 V/F轉換電路，15溫度檢測電路，21電容器上極板，22電容器下極板。
【具體實施方式】
[0017]下結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步詳細說明。
[0018]采用Atilm designer軟件設計植物葉片臨界凍害溫度的傳感器的電路原理和PCB板結構。
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖，所述傳感電路主板I設于密封外殼3內，并通過電纜4與電容式測試探頭2的檢測信號端相連;所述傳感電路主板I包括電源模塊11、LC振蕩電路12、分頻電路13、V/F轉換電路14和溫度檢測電路15;圖2為電容式測試探頭示意圖，所述電容式測試探頭2包括電容器上極板21和電容器下極板22，電容器上極板21和下極板22相對設置；圖3為實施例電路原理圖。電源模塊11主要由芯片AMS1117和ICL7660組成。由電池組成的9V供電電源經過AMSl 117-轉換為+5V的穩定電壓輸出，為單電源芯片進行供電。AMS1117內部集成了限流電路和過熱保護，可以達到為便攜式儀器及傳感器供電的要求。+5V電壓信號經過ICL7660電源轉換器，輸出-5V電壓，為雙電源供電提供所需的負電壓。LC振蕩電路12采用MC1648壓控振蕩芯片作為振蕩器，在5V直流電源電壓下，最大電流消耗為19mA，頻譜純度高，其輸出頻率由外界并聯L和C的值決定。從MC1648壓控振蕩器中輸出的是高頻正弦波信號，為了達到電壓/頻率轉換芯片的輸入范圍，需對其進行分頻和轉換為方波信號等處理。分頻電路13使用兩級分頻，其中一級分頻采用一種雙模前置分頻器，型號為MC12017，實現63/64分頻;二級分頻使用12位高速CMOS異步計數器74HC4040，實現21到212的分頻和正弦波信號轉換為方波信號輸出。經分頻電路轉換后，信號頻率范圍在千赫茲以下，屬于中低頻信號，頻率信號可通過V/F轉換電路轉換為直流電壓信號輸出。V/F轉換電路14采用LM331作為電壓-頻率轉換芯片，V/F轉換公式為Vcmt = 2.09*fin*R2*R4*Cn/R3。溫度檢測電路15模塊采用NTC-1O熱敏電阻，電阻值隨著溫度的降低升高，電阻值與溫度呈固定的函數關系，通過檢測電阻可以得到植物葉片的溫度值。
[0020]圖4為傳感器輸出穩定性分析圖。本實施例以標準電容為測試對象，實施例結果表明，在測量不同大小標準電容的情況下，電容傳感器輸出穩定，測得輸出電壓平均偏差為
0.43%。
[0021]圖5為傳感器性能試驗圖。傳感器輸出趨勢基本呈線性分布，電容值和1/Uc2的關系式:7 = 5.5897*(1/1]。2)-9.0312，擬合結果1?2 = 0.9928。電容值與1/1]。2成正比，線性相關系數達到0.99以上，傳感器輸出電壓值較好地響應電容值的變化。
[0022]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明而非限制本實用新型技術方案，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，包括傳感電路主板(I)和電容式測試探頭(2)，其特征在于:所述傳感電路主板(I)設于密封外殼(3)內，并通過電纜(4)與電容式測試探頭(2)的檢測信號端相連;所述傳感電路主板(I)包括電源模塊(11)、LC振蕩電路(12)、分頻電路(13)、V/F轉換電路(14)和溫度檢測電路(15);電源模塊(11)的電壓信號輸出端，分別與溫度檢測電路(15)的電壓信號接收端、分頻電路(13)的電壓信號接收端、V/F轉換電路(14)的電壓信號接收端和LC振蕩電路(12)的電壓信號接收端相連;LC振蕩電路(12)的頻率信號輸出端與分頻電路(13)的頻率信號接收端相連;分頻電路(13)頻率信號輸出端與V/F轉換電路(14)的頻率信號接收端連接;電源模塊(11)用以為所述傳感電路主板(I)提供穩定工作電壓;LC振蕩電路(12)，用以輸出高頻正弦波信號；分頻電路(13)，用以把高頻正弦波信號轉換為方波信號;V/F轉換電路(14)，用以把頻率信號轉換為電壓信號;溫度檢測電路(15)，用以測量植物葉片溫度。2.根據權利要求1所述的一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，其特征在于:所述分頻電路(13)包括一級分頻電路和二級分頻電路，一級分頻電路通過電纜(4)和二級分頻電路連接;所述一級分頻電路用以實現63/64分頻;所述二級分頻電路用以實現21到212的分頻和正弦波信號轉換為方波信號輸出。3.根據權利要求1所述的一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，其特征在于:所述電容式測試探頭(2)包括電容器上極板(21)和電容器下極板(22)，電容器上極板(21)和下極板(22)相對設置。4.根據權利要求1所述的一種測量植物葉片臨界凍害溫度的傳感器，其特征在于:所述LC振蕩電路(12)采用頻譜純度高壓控振蕩器芯片;V/F轉換電路(14)中使用的V/F轉換芯片，其變換精度為12位。
【文檔編號】G01N27/22GK205538792SQ201620196128
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月15日
【發明人】鹿永宗, 胡永光, 張西良, 田金濤, 江豐, 王升, 劉建鋒
【申請人】江蘇大學