一種微帶諧振式含水量測量傳感器設(shè)計
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3 實驗測量
文中所設(shè)計的環(huán)型微帶諧振器如圖5所示。諧振環(huán)內(nèi)半徑為1．34 cm，外半徑為1．64 cm，環(huán)寬0．3 cm，諧振環(huán)與接地金屬板之間為單層PCB板。諧振環(huán)由同軸線饋電，同軸線外芯與諧振器接地金屬板連接，同軸線內(nèi)芯穿過諧振環(huán)上的小孔但并不與其產(chǎn)生電接觸，對諧振環(huán)進行小孔激勵。當將此諧振器放人待測介質(zhì)(如：土壤或沙子等)時，諧振環(huán)上小孔與同軸內(nèi)芯所形成的間隙會呈現(xiàn)特定的電容值，而這一電容值會隨著周圍待測介質(zhì)中的含水量變化而變化。同時，這一電容值會改變諧振器的諧振頻率，因此待測介質(zhì)的含水量可通過測量環(huán)型諧振器諧振頻率的大小而得到。
圖6為諧振式傳感器系統(tǒng)框圖。電路系統(tǒng)中所使用的微處理器為ATmega8L，頻率同步器采用AD9956，其輸出信號連接環(huán)形諧振探頭，并直接與測濕環(huán)境相接觸。環(huán)形諧振器的諧振頻率變化信號由RF探測頭AD8318檢測。當待測媒質(zhì)含水量發(fā)生變化時，其介電常數(shù)也會隨之變化，從而引起輸出信號的改變。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/159573.htm
表1給出了使用環(huán)型諧振傳感器測量沙子樣本含水量的實驗數(shù)據(jù)。表中“頻率”與“幅度”分別代表傳感器的諧振頻率及在諧振點時的信號幅度。表1中的實驗測量數(shù)據(jù)表明，當將此環(huán)型諧振器埋于不同含水量的沙子中時，所測得的諧振頻率及接收信號幅度均與沙子含水量呈單調(diào)變化關(guān)系(接近于線性關(guān)系)。其中信號幅度及諧振頻率與含水量的關(guān)系曲線如圖7所示。
由圖7可看出，無論是諧振頻率還是信號幅度，均與含水量之間呈現(xiàn)一種接近于線性的單調(diào)關(guān)系。在實現(xiàn)一定校準的前提下，通過測量此環(huán)型諧振器的諧振頻率或信號幅度均可直接測得介質(zhì)的含水量參數(shù)。
4 結(jié)論
從新型傳感器的發(fā)展方向來看，本文中所設(shè)計的微帶環(huán)型諧振器具有結(jié)構(gòu)小巧、安裝使用簡單、穩(wěn)定耐用的特點，并且與目前使用較多的電容式傳感器相比，這種基于微波原理的傳感器結(jié)果更為精確；與價格昂貴的時域反射式傳感器(TDR)相比，這種微波諧振傳感器的造價低廉，便于推廣，可用于大面積大規(guī)模的含水量監(jiān)測工程，具有可觀的應(yīng)用潛力。
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