生物質農田分布測量感應元件制造技術

本發明專利技術涉及一種生物質農田分布測量感應元件，其特征在于，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的尖端金屬突起，兩個金屬電極各接一根輸出導線。通過生物質農田分布測量感應元件敏感度的有限元模擬，以及與實際實驗比照，得到結構的最佳尺寸，與現有類似傳感器對比，靈敏度極高、分辨率極高、結構簡單、便于對誤差進行修正、易于加工制造，節省制造成本；可以應用到更廣泛的需要高速、高靈敏度的基于水分的檢測系統中。

【技術實現步驟摘要】
生物質農田分布測量感應元件
本專利技術涉及一種測量元件,特別涉及一種生物質農田分布測量感應元件。
技術介紹
精準農業是現代農業的發展方向，由信息技術支撐的、根據空間變化定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統。這套系統的技術基礎是各種傳感器的應用。目前已有多種產量傳感器得到了較快發展，然而對于生物質農田分布測量的傳感器的研究由于開發難度較大，迄今沒有一個可實際工作的傳感器。具有生物質農田分布測量傳感器類似功能的傳感器的研究最早開始于1995年，使用的主要方法有兩種:機械接觸式和電容非接觸式。這些方法都是通過將設計好的傳感器集成在聯合收割機的收割頭上，在收割的過程中，對生物質的分布情況進行檢測，同時借助GPS信號，進行定位。然而機械接觸式傳感系統具有兩個難以克服的缺點:1)定位過程中的誤判情況極其嚴重，接近10%的誤差；2)傳感器維護成本高，低壽短。同樣，非接觸式電容傳感器的設計缺陷主要是有效感應距離過短，小于5mm，同時由于農田的實際工況極其復雜，嚴重制約了光電傳感器的應用。同時由于農業的特殊性，也限制一些先進但昂貴的技術手段的應用。因此，在目前實際應用中，由于農業工作環境的惡劣性、農業對器件價格的敏感性，以及后期信號鏈處理等原因，使其他研究團隊的該類傳感器還停留在實驗室階段，無法轉化為生產力，也限制了農業效率的進一步提高。
技術實現思路
本專利技術是針對現有的感應元件不能很好滿足生物質農田分布測量需要的問題，提出了一種生物質農田分布測量感應元件，為一種適用于農田分布測量的高靈敏度、長感應距離的傳感器感應單元。本專利技術的技術方案為:一種生物質農田分布測量感應元件，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的ImmXlmm,高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端金屬突起，顆粒狀突起間距離為1cm，兩個金屬電極各接一根輸出導線。所述兩金屬電極寬度為15到55毫米，如果要求靈敏度，以40毫米最佳；如果要求識別率，以20毫米最佳；兩電極之間距離為15-25毫米，以17毫米最佳。所述兩矩形金屬電極同長，寬度可不同。本專利技術的有益效果在于:本專利技術生物質農田分布測量感應元件，通過有限元數學模擬電場能量密度的變化，該結構的10%電磁場變化線的有效發射射程為5 Cm,比現有結構的模擬結果高15倍以上，靈敏度極高；通過和數據分析單元結合，進行實地測試，當作物濕度僅為8%的極度干燥情況下，依然可以達到92%的有效檢測度，分辨率極高；結構簡單，便于對誤差進行修正；易于加工制造，節省制造成本；可以應用到更廣泛的需要高速、高靈敏度的基于水分的檢測系統中。【附圖說明】圖1為本專利技術生物質農田分布測量感應元件俯視圖； 圖2為本專利技術生物質農田分布測量感應元件與防護層的側視圖； 圖3為本專利技術不同電極寬度和電極間距結構的生物質農田分布測量感應元件敏感度的有限元模擬圖。【具體實施方式】如圖1所示生物質農田分布測量感應元件俯視圖和圖2所示生物質農田分布測量感應元件與防護層的側視圖，測量感應元件是由兩片金屬片A與B附著在一片絕緣體D上而形成的單面電容裝置，兩片金屬片A與B作為兩金屬電極，均為矩形結構，同長，寬度可不同，如圖1，y軸長度相同，但是X軸，A與B的寬度不同，平行排列分布，兩金屬電極之間保持一定的間隔，間隔區域涂覆憎水材料C，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的尖端突起E，兩個金屬電極A與B各接一根輸出導線F，整個元件兩金屬電極上面可用保護層G作為保護結構。如圖3所示不同電極寬度和電極間距結構的生物質農田分布測量感應元件敏感度的有限元模擬圖，通過有限元模擬以及與實際實驗比照，得到較為優化的結果為一個電極A的寬度為20毫米，另一電極B的寬度為40毫米，兩電極之間的間隔區域寬度為17毫米，這樣既保證了分辨率，又保證了靈敏度。可以通過直接加工印刷電路板來獲取，當然也可以通過直接在絕緣板上進行涂覆導電鍍層進行。在兩個電極之間間隔區域涂覆憎水材料C，本例中選用的是涂覆石蠟層。整個傳感單元的長度為50毫米，在傳感器的一端進行接線F，用于探測電容的屬性。探測電容屬性所采用的射頻頻率在本例中為245KHZ。本例特意在電容的表面增加了成矩陣排列的尖端突起E，E為金屬，在這里的材料可選為錫，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的ImmX 1mm，高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端突起，顆粒狀突起間距離為1cm，這種突起可以更好的將表面電容場發射到更遠的空間中去，提高感應靈敏度和感應距離。為了保護電極上的突起和石蠟憎水涂層，一個由雷達用的玻璃纖維構成的厚度為I毫米的保護體G被用來保護感應結構，保證電磁信號衰減率低于1%。兩電極的寬度為15-55毫米，如果強調靈敏度，以40毫米為佳；如果強調識別率，以20毫米為佳；兩電極之間保持固定的距離，距離為15-25毫米，以17毫米為佳。在電極之間的絕緣板上涂覆憎水材料，可以提高傳感器的識別率。在電極上增加高度不低于0.05毫米的金屬突起，可以有效的提高傳感單元的測試距離。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種生物質農田分布測量感應元件，其特征在于，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的1mm×1mm，高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端金屬突起，顆粒狀突起間距離為1cm，兩個金屬電極各接一根輸出導線。

【技術特征摘要】
1.一種生物質農田分布測量感應元件，其特征在于，兩矩形金屬電極平行排列，附著在一片絕緣體上而形成的單面電容，兩金屬電極之間間隔區域涂覆憎水材料，兩金屬電極的表面有成矩陣排列的ImmX 1mm，高度為0.5mm大小的金字塔顆粒狀尖端金屬突起，顆粒狀突起間距離為1cm，兩個金屬電極各接一根輸出導線。2.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：管驍，李海洲，劉靜，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：上海;31