一种微带谐振式含水量测量传感器设计
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3 实验测量
文中所设计的环型微带谐振器如图5所示。谐振环内半径为1．34 cm，外半径为1．64 cm，环宽0．3 cm，谐振环与接地金属板之间为单层PCB板。谐振环由同轴线馈电，同轴线外芯与谐振器接地金属板连接，同轴线内芯穿过谐振环上的小孔但并不与其产生电接触，对谐振环进行小孔激励。当将此谐振器放人待测介质(如：土壤或沙子等)时，谐振环上小孔与同轴内芯所形成的间隙会呈现特定的电容值，而这一电容值会随着周围待测介质中的含水量变化而变化。同时，这一电容值会改变谐振器的谐振频率，因此待测介质的含水量可通过测量环型谐振器谐振频率的大小而得到。
图6为谐振式传感器系统框图。电路系统中所使用的微处理器为ATmega8L，频率同步器采用AD9956，其输出信号连接环形谐振探头，并直接与测湿环境相接触。环形谐振器的谐振频率变化信号由RF探测头AD8318检测。当待测媒质含水量发生变化时，其介电常数也会随之变化，从而引起输出信号的改变。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/159573.htm
表1给出了使用环型谐振传感器测量沙子样本含水量的实验数据。表中“频率”与“幅度”分别代表传感器的谐振频率及在谐振点时的信号幅度。表1中的实验测量数据表明，当将此环型谐振器埋于不同含水量的沙子中时，所测得的谐振频率及接收信号幅度均与沙子含水量呈单调变化关系(接近于线性关系)。其中信号幅度及谐振频率与含水量的关系曲线如图7所示。
由图7可看出，无论是谐振频率还是信号幅度，均与含水量之间呈现一种接近于线性的单调关系。在实现一定校准的前提下，通过测量此环型谐振器的谐振频率或信号幅度均可直接测得介质的含水量参数。
4 结论
从新型传感器的发展方向来看，本文中所设计的微带环型谐振器具有结构小巧、安装使用简单、稳定耐用的特点，并且与目前使用较多的电容式传感器相比，这种基于微波原理的传感器结果更为精确；与价格昂贵的时域反射式传感器(TDR)相比，这种微波谐振传感器的造价低廉，便于推广，可用于大面积大规模的含水量监测工程，具有可观的应用潜力。
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