电容式冻土测量传感器设计.pdfVIP

2014年 第33卷 第 1期 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 89 电容式冻土测量传感器设计 李 鹏，余国河，陈 涛，朱东红 (中国电子科技集团公司 第二十七研究所，河南 郑州450045) 摘 要 ：冻土与未冻土中的介电常数和温度物理参数有一定的差异 ，且差异在数值上较明显。基于这一 特性，提出了利用空气、固态土、水和冰物理特性存在差异的原理检测冻土的方法，设计了一种电容式冻土 测量传感器 ，实现了土壤水分、地温及冻土深度多参数融合测量。通过与人工测量的冻土深度进行对比分 析，结果表明：其相关系数达到了0．99，平均绝对误差小于2．5cm，满足冻土 自动测量技术要求，可应用于 冻土观测站，代替人工观测。 关键词：冻土；电容式传感器；土壤水分 中图分类号：TP212 文献标识码：B 文章编号：1000-9787(2014)01-9089-03 Design ofcapacitivefrozensoilmeasurementsensor LIPeng，YU Guo—he，CHEN Tao，ZHU Dong—hong (The27thResearchInstitute，ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Zhengzhou450045，China) Abstract：Therearesomedifferencesin dielectricconstantand temperatureofrfozen sollandunfrozen soll physicalparameters，anddifferencesisobviousinvalue．Basedonthisfeature，proposeamethodforrfozensoil detectionwhichtakesuseofthetheoryofphysicalpropertiesdifferenceofair，soil，waterandice，basedonthis， designacapacitivesensorwhichrealizefusionmeasurementofmultipleparametersonrfozensoil，soilmoisture， soiltemperature and frozen soildepth．Through comparison and analysis，the resultshowsthatcorrelation coefficientreaches0．99，averageabsoluteerrorislessthan2．5cm，whichmeettherequirementsofrfozen soil automeasurementtechnology，and itcan be applied to rfozen soilobservation station，instead ofmanual observation． Keywords：rfozensoil；capacitivesensor；soilmoisture 0 引 言 够等问题 ，本文设计了一种电容式冻土测量传感器。其利 冻土测量是冻土区生产建设的基本需求 ，在气候环境 用空气、固态土、水和冰介电常数存在差异的原理，采用高 变化研究和冻土气象灾害预报等领域也是不可或缺的。目 频电容测量技术、插管式结构和柔性电路板工艺，可以准确 前，测量冻土的方法有遥感法、达尼林冻土器、坑测法、冻土 检测土壤冻融变化、减少了安装维护工作量 、提高了垂直测 钻法等。其中，遥感法是近几年国外研究者关注的热点，但 量分辨力，可以代替人工观测，实现无人值守冻土 自动观 其只