(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210877559.7 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 广州赛通科技有限公司 地址 510000 广东省广州市番禺区沙 头街 银平路98号1栋 501 (72)发明人 林瑞冬　郭荣华　郑伟宏　谢智均　 (74)专利代理 机构 北京神州信德知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11814 专利代理师 朱俊杰 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种土壤温度水分电导率三合一传感器测 量方法 (57)摘要 本发明公开了一种土壤温度水分电导率三 合一传感器测量方法， 本传感器能够同时测量土 壤温度、 水分和电导率， 可长期埋入土壤中使用， 耐长期电解， 耐腐蚀， 抽真空灌封， 完全防水， 采 用485接口和标准Modbus ‑RTU协议， 数据响应快 速， 设有模拟开关电路， 通过高频模拟开关来选 择探针连接到哪个测量单元上， 并且 让空闲的探 针与电路断开连接， 避免各测量单元之间相互干 扰。 适用于土壤墒情监测、 科学试验、 节水灌溉、 温室大棚、 花卉蔬菜等场合， 本发明的目的在于 提供一直土壤温度、 水分和电导率传感器及测量 方法， 解决现有测量方法存在技术手段复杂、 成 本高、 测量时间长的问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115219695 A 2022.10.21 CN 115219695 A 1.一种土壤温度水分电导率三合一传感器测量方法， 包括MCU单元、 温度测量单元、 水 分测量单元、 电导率测量单元和RS485通讯电路单元， 其特征在于： 所述MCU与温度测量单 元、 水分测量单元与电导率测量单元都有 连接， 一方面是MCU 单元向各测量单元发送控制 信 号， 另一方面是MCU通过ADC接口采集各测量单元的输出电压， MUC与RS485通讯电路通过串 口相连， 通过RS485通讯电路与其 他设备通讯； 所述传感器为平行三探针结构， 探针1和2作为电导率传感器的两个电极， 其中探针1又 作为温度探针,探针2和3作为土壤水分传感器的两个电极， 电导率传感器和水分传感器分 时复用探针2； 通过高频模拟开关来选择探针连接到哪个测量单元上， 并且让空闲 的探针与电路断开 连接， 避免各测量单 元之间相互干扰； 所述温度测量单元采用热敏电阻NTC10K感知温度， 热敏电阻放置于其中一根空心探针 的内部,探针具有良好的导热性， 因此热敏电阻可以感知外界的温度， 在测量电路中， 将一 个精密电阻与热 敏电阻串联， 通过测量热 敏电阻的分压， 可以推算出环境的温度； 所述水分测量单元包括高频方波发生器、 精密电阻、 探针电极和真有效值检测电路， 高 频方波发生器产生 100MHz高频方波加在由精密电阻和探针的等效电容组成的一阶  RC电路 上， 进行周期性地充放电， 同时等效电容上会出现相应的周期性波 形信号， 然后利用真有效 值检测器对此波形信号进行真有效值 转换， 以等效的直 流电压输出； 所述电导率测量单元包括双极性脉冲发生电路、 电导池、 反向比例运放电路和全波整 流电路,探针电极插入土壤中， 构成一个电导池,将电导池看做是一个纯电阻R， 电阻R作为 反向比例运放的反向输入端电阻,双极性脉冲 施加到电阻R上， 反向比例运放将输入信号按 比例关系放大或衰减后输出； 全波整流电路的作用是对反向运放的输出电压进行整流， 便 于ADC采集电压 。 2.根据权利要求书1所述一种土壤温度水分电导率三合一传感器测量方法， 其特征在 于： 能够同时测量土壤温度、 水分和电导 率三个参数。 3.根据权利要求书1所述一种土壤温度水分电导率三合一传感器测量方法， 其特征在 于： 结构简单、 体积小的特点， 平行三探针结构， 方便埋入土壤中使用。 4.根据权利要求书1所述一种土壤温度水分电导率三合一传感器测量方法， 其特征在 于： 完全密封， 耐酸碱腐蚀， 可埋入土壤或直接投入水中进行长期动态检测。 5.根据权利要求书1所述一种土壤温度水分电导率三合一传感器测量方法， 其特征在 于： 基于土壤的介电特性， 采用高频电容法测量土壤水分。 6.根据权利要求书1所述一种土壤温度水分电导率三合一传感器测量方法， 其特征在 于： 双极性脉冲法测量电导 率， 有效减小极化效应对测量结果的影响。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115219695 A 2一种土壤温度水分电导率三 合一传感器测量方 法 技术领域 [0001]本发明属于土壤环境监测技术领域， 具体为一种土壤温度水分电导率三合一传感 器及测量方法。 背景技术 [0002]在农业生产过程中， 土壤温度、 水分和电导率是影响作物生长的三个重要参数， 检 测土壤温度、 水分和电导 率对于提高生产效率十分重要。 [0003]测量土壤温度目前主要采用热敏电阻和铂电阻， 铂电阻的测量精度较高， 但是测 量电路较复杂且成本也较高。 [0004]土壤水分的测量方法目前主要有烘干法、 射线法、 介电特性法、 核磁共振法、 近红 外光谱分析法和遥感法等。 介电特性法是利用土壤的介电特性进行间接测量的， 能实现土 壤水分的快速无损测量， 按其测量原理又可分为时域反射法 （TDR） 、 频域反射法 （FDR） 、 驻波 率法 （SWR） 和电容法。 [0005]土壤电导率的测量方法目前一般分为两种： 接触式测量和非接触式测量。 其中非 接触式测量一般采用电磁感应原理来 实现电导率的测量。 接触式测量按其原理可大致分为 两大类， 一类是基于时域反射原理 （TDR） 的测量方法， 另一类是 “电流‑电压”法。 [0006]现有的土壤温度、 水分和电导率测量方法存在技术手段 复杂、 成本高、 测量时间长 的问题， 不便于在农业种植中推广使用。 且现有的方法大多只能针对单一的参数使用对应 的仪器进行测量。 发明内容 [0007]本发明的目的在于提供一种土壤温度水分电导率三合一传感器及测量方法， 具有 结构简单、 体积小的特点， 方便埋入土壤中使用， 解决现有测量方法存在技术手段复杂、 成 本高、 测量时间长的问题。 [0008]为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 本发明的目的在于提供一种土壤温 度水分电导率三合一传感器及测量方法， 包括MCU单元、 温度测量单元、 水分测量单元、 电导 率测量单元和RS485通讯电路单元， 所述MCU与 温度测量单元、 水分测量单元与电导率测量 单元都有 连接， 一方面是MCU 单元向各测量单元发送控制信号， 另一方面是MCU通过ADC接口 采集各测量单元的输出电压， MUC与RS485通讯电路通过串口相连， 通过RS485通讯电路与其 他设备通讯。 [0009]所述传感器为平行三探针结构， 探针1和2作为电导率传感器的两个电极， 其中探 针1又作为温度探针,探针2和3作为土壤水分传感器的两个电极， 电导率传感器和水分传感 器分时复用探针2,通过高频模拟开关来选择电极连接 到哪个测量单 元上。 [0010]所述温度测量单元采用热敏电阻NTC 10K感知温度， 热敏电阻放置于其中一根 空心 探针的内部,探针具有良好的导热性， 因此热敏电阻可以感知外界的温度， 在测量电路中， 将一个精密电阻与热 敏电阻串联， 通过测量热 敏电阻的分压， 可以推算出环境的温度。说　明　书 1/4 页 3 CN 115219695 A 3