一種基于差分相干解調(diào)的土壤水分感知電路制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種基于差分相干解調(diào)的土壤水分感知電路，包括：乘法器和低通濾波器；土壤水分感知電路采用差分相干解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法來提取高頻信號(hào)中包含土壤水分信息的相位差；乘法器與低通濾波器連接，用于對(duì)接收的同相參考信號(hào)和土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過低通濾波器后得到包含土壤水分信息的相位差的余弦信號(hào)，同時(shí)對(duì)接收的正交參考信號(hào)和所述土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過低通濾波器后得到土壤水分信息的相位差的正弦信號(hào)。本實(shí)用新型專利技術(shù)通過對(duì)經(jīng)探針回傳的高頻信號(hào)的處理得到與土壤水分相關(guān)的相位差信號(hào)，從而再經(jīng)顯示電路中單片機(jī)運(yùn)算得到水分值。電路易實(shí)現(xiàn)，成本較低，測(cè)量精度高，同時(shí)測(cè)量值穩(wěn)定，便于大力推廣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電子
，具體涉及一種基于差分相干解調(diào)的水分感知電路。
技術(shù)介紹
目前國內(nèi)外土壤水分測(cè)量主流技術(shù)是：時(shí)域反射(Time Domain Reflectrometry，簡稱TDR)法、駐波率(Standing Wave Ratio，簡稱SWR)法、頻域分解(Frequency Domain Decomposition，簡稱FD)法及時(shí)域傳輸(Time Domain Transmissometry，簡稱TDT)法?；赥DR原理的土壤水分傳感器是目前土壤水分測(cè)量方法中普遍接受且應(yīng)用最廣的儀器測(cè)量方法。測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，測(cè)量范圍寬，一般不需要標(biāo)定，操作簡便，野外和室內(nèi)都可使用，TDR測(cè)量結(jié)果受土壤鹽度影響很小，在測(cè)量高有機(jī)質(zhì)含量土壤、高粘土、礦物含量土壤、容重特別高或特別低的土壤時(shí)，需要標(biāo)定。TDR最大的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、成本高，由于缺乏高精度、快速、集成度高的芯片，因此在硬件電路的實(shí)現(xiàn)上存在較大地困難。TDT法工作原理與TDR相比雖然都是通過測(cè)量電磁波在土壤介質(zhì)中傳播的時(shí)間差測(cè)量土壤介電常數(shù)，但原理上卻有很大不同。其一高頻電磁波不同，TDR選用的是高頻脈沖，信號(hào)源中含有極豐富的諧波，各諧波在傳輸過程中幅度和相位都會(huì)發(fā)生不同程度的變化而導(dǎo)致波形畸變，通過比較反射回來的信號(hào)上升沿畸變來確定土壤含水量信息。而TDT信號(hào)源卻是單一頻率的正弦波，不是通過探針終端開路引起反射，而是通過信號(hào)完整的回路提取包含在相位變化中的土壤水分值，因此可以通過分析其相位信息既可以確定土壤含水量信息。其二不同的是TDR探頭末端是開路的，信號(hào)因末端阻抗不匹配發(fā)生反射，而TDT的探頭是封閉的回路，信號(hào)不反射，由于從理論上消除了探針末端阻抗不匹配而引起的信號(hào)多次反射、入射波與反射波互相干擾、信號(hào)衰耗等諸多影響測(cè)量精度、穩(wěn)定度的因素，因此在對(duì)土壤水分信息微小變化的檢測(cè)與提取具有高精度、高可靠性、高靈敏度以及高穩(wěn)定性。TDT的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間測(cè)量電路可以不依賴進(jìn)口芯片也可以實(shí)現(xiàn)，設(shè)備成本低，測(cè)量精度和技術(shù)性能與TDR相當(dāng)。缺點(diǎn)是探頭無法做成末端開路的針式結(jié)構(gòu)，必須埋入土壤中測(cè)量，只能做固定監(jiān)測(cè)使用，而且埋入時(shí)對(duì)土壤擾動(dòng)較大，破壞原狀土壤的結(jié)構(gòu)，也無法通過與探頭連接的電路直接測(cè)量土壤水分。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
由于現(xiàn)有的土壤水分測(cè)量方法無法同時(shí)滿足測(cè)量電路容易實(shí)現(xiàn)，成本低，測(cè)量精度高，測(cè)量值穩(wěn)定及即插即用的問題，本技術(shù)提出一種基于差分相干解調(diào)的水分感知電路。本技術(shù)提出一種基于差分相干解調(diào)的土壤水分感知電路，包括：乘法器、低通濾波器及可變?cè)鲆鎯x表放大器；土壤水分感知電路采用差分相干解調(diào)的方法來提取高頻信號(hào)中包含土壤水分信息的相位差；所述乘法器與所述低通濾波器連接，用于對(duì)接收的同相參考信號(hào)和土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后得到包含土壤水分信息的相位差的余弦信號(hào)，同時(shí)對(duì)接收的所述正交參考信號(hào)和所述土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后得到土壤水分信息的相位差的正弦信號(hào)。優(yōu)選地，還包括：可變?cè)鲆鎯x表放大器；所述可變?cè)鲆鎯x表放大器與所述低通濾波器連接，用于對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行功率放大處理。優(yōu)選地，還包括：顯示器；所述顯示器與所述可變?cè)鲆鎯x表放大器連接，用于完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、兩路信號(hào)除法運(yùn)算、相位差與水分含量值的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示及通訊等功能。優(yōu)選地，所述乘法器與土壤探針連接，所述土壤探針接收高頻信號(hào)并經(jīng)所述土壤探針小板上的水分感知信號(hào)線路傳輸，以感知土壤水分信息，再將土壤探針回傳回來的所述土壤水分感知信號(hào)送至所述乘法器。優(yōu)選地，所述乘法器與相移器連接，所述相移器對(duì)同相參考信號(hào)進(jìn)行90度相移處理作為正交參考信號(hào)，并將所述正交參考信號(hào)發(fā)送至所述乘法器。優(yōu)選地，所述乘法器采用AD834型號(hào)。優(yōu)選地，所述放大器采用AD623型號(hào)。由上述技術(shù)方案可知，本技術(shù)通過乘法器和低通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理得到包含土壤水分信息的相位差的余弦信號(hào)和正弦信號(hào)，電路容易實(shí)現(xiàn)，成本低，測(cè)量精度高，同時(shí)測(cè)量值穩(wěn)定，便于大力推廣。附圖說明為了更清楚地說明本技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術(shù)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。圖1為本技術(shù)一實(shí)施例提供的一種基于差分相干解調(diào)的水分感知電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本技術(shù)另一實(shí)施例提供的一種基于差分相干解調(diào)的水分感知電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本技術(shù)一實(shí)施例提供的一種基于差分相干解調(diào)的水分感知電路電路圖；圖4為本技術(shù)一實(shí)施例提供的一種水分感知電路的上支路電壓與水含量關(guān)系曲線圖；圖5為本技術(shù)一實(shí)施例提供的一種水分感知電路的上支路相位差與水含量關(guān)系曲線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)技術(shù)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本技術(shù)的技術(shù)方案，而不能以此來限制本技術(shù)的保護(hù)范圍。圖1示出了本技術(shù)一實(shí)施例提供的一種基于差分相干解調(diào)的水分感知電路的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：乘法器11和低通濾波器12；水分感知電路采用差分相干解調(diào)的方法來提取高頻信號(hào)中包含土壤水分信息的相位差；所述乘法器11與所述低通濾波器12連接，用于對(duì)接收的同相參考信號(hào)和土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后濾出二次諧波分量得到包含土壤水分信息的相位差的余弦信號(hào)，同時(shí)對(duì)接收的所述正交參考信號(hào)和所述土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后濾出二次諧波分量得到土壤水分信息的相位差的正弦信號(hào)。本技術(shù)通過乘法器和低通濾波器對(duì)包含在高頻信號(hào)相位中中的相位差信號(hào)進(jìn)行差分相干解調(diào)，再通過數(shù)字顯示電路中單片機(jī)的運(yùn)算處理便可得到土壤水分值。電路容易實(shí)現(xiàn)，成本低，測(cè)量精度高，同時(shí)測(cè)量值穩(wěn)定，便于大力推廣可選地，如圖2所示，還包括：可變?cè)鲆鎯x表放大器55；所述可變?cè)鲆鎯x表放大器與所述低通濾波器連接，用于對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行功率放大處理。通過可變?cè)鲆鎯x表放大器對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行放大處理，能夠便于后續(xù)處理和顯示。進(jìn)一步地，還包括：顯示器56；所述顯示器與所述可變?cè)鲆鎯x表放大器連接，用于完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、兩路信號(hào)除法運(yùn)算、相位差與水分含量值的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示及通訊等功能。通過顯示器直觀獲取土壤水分值。具體地，所述乘法器521與土壤探針54連接，所述土壤探針54接收高頻信號(hào)并經(jīng)所述土壤探針小板上的水分感知信號(hào)線路傳輸，以感知土壤水分信息，再將土壤探針54回傳回來的所述土壤水分感知信號(hào)送至所述乘法器521。進(jìn)一步地，所述乘法器521與相移器53連接，所述相移器53對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行90度相移處理作為正交參考信號(hào)，并將所述正交參考信號(hào)發(fā)送至所述乘法器521。具體地，所述乘法器采用AD834型號(hào)，所述放大器采用AD623型號(hào)。實(shí)際電路的乘法器采用AD834型號(hào)，200MHz載波信號(hào)從引腳8輸入，經(jīng)過土壤探針的高頻信號(hào)從引腳1輸入。電源采用經(jīng)過穩(wěn)壓后的雙電源±5V。AD834輸入端信號(hào)失真小于-60dB，相位誤差典型值為0.05度。AD623是一款低噪聲可變?cè)鲆鎯x表放大器，工作于雙電源±5V，功耗≤2mV。采用AD623是為了將水分感知電路提取的土壤水含量信息微弱信號(hào)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于差分相干解調(diào)的土壤水分感知電路，其特征在于，包括：乘法器和低通濾波器；土壤水分感知電路采用差分相干解調(diào)的方法來提取高頻信號(hào)中包含土壤水分信息的相位差；所述乘法器與所述低通濾波器連接，用于對(duì)接收的同相參考信號(hào)和土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后濾出二次諧波得到包含土壤水分信息的相位差的余弦信號(hào)，同時(shí)對(duì)接收的正交參考信號(hào)和所述土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后濾出二次諧波得到土壤水分信息的相位差的正弦信號(hào)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于差分相干解調(diào)的土壤水分感知電路，其特征在于，包括：乘法器和低通濾波器；土壤水分感知電路采用差分相干解調(diào)的方法來提取高頻信號(hào)中包含土壤水分信息的相位差；所述乘法器與所述低通濾波器連接，用于對(duì)接收的同相參考信號(hào)和土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后濾出二次諧波得到包含土壤水分信息的相位差的余弦信號(hào)，同時(shí)對(duì)接收的正交參考信號(hào)和所述土壤水分感知信號(hào)進(jìn)行相乘，經(jīng)過所述低通濾波器后濾出二次諧波得到土壤水分信息的相位差的正弦信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水分感知電路，其特征在于，還包括：可變?cè)鲆鎯x表放大器；所述可變?cè)鲆鎯x表放大器與所述低通濾波器連接，用于對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行功率放大處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水分感知電路，其特征在于，還包括：顯示器；所述顯示...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石慶蘭，高萬林，董喬雪，馮磊，陳一飛，杜尚豐，徐云，楊衛(wèi)中，孫明，楊麗麗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，
類型：新型
國別省市：北京;11