植物茎秆直径变差测量变送器.pdf

本发明涉及一种能用于植物微小茎杆的直径变差测量的变送器，包括固定于植物茎秆上的测量探头和与测量探头相连接的处理电路，测量探头上设有随植物茎秆直径发生膨胀和收缩而发生相应径向移动的活动顶托，活动顶托通过传动杆与磁钢相连接，在测量探头上对应磁钢设置有磁敏电阻桥，磁敏电阻桥通过探头引出线与处理电路相连接，具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、分辨率高、无机械活动电触点、抗蠕变、抗潮湿的优点。

1、  一种植物茎秆直径变差测量变送器，包括固定于植物茎秆(6)上的测量探头和与测量探头连接的处理电路，其特征在于：在测量探头上设置有随植物茎秆(6)直径发生膨胀和收缩而发生相应径向移动的感应装置，该感应装置与磁钢(1)相连接，在测量探头上对应磁钢(1)设置有磁敏电阻桥(2)，磁敏电阻桥(2)通过探头引出线(12)与处理电路相连接。

2、  根据权利要求1所述的一种植物茎秆直径变差测量变送器，其特征在于：所述的随植物茎秆(6)直径发生膨胀和收缩而发生相应径向移动的感应装置为一种安装在植物茎秆(6)上的活动顶托(7)，活动顶托(7)在固定支架(9)上通过传动杆(4)与磁钢(1)相连接，同时通过紧固螺丝(11)将螺丝杆(10)固定在固定支架(9)上构成测量探头的框架部分，并在固定支架(9)上设置固定顶托(8)，固定顶托(8)与活动顶托(7)之间为植物茎秆(6)，在活动顶托(7)与固定支架(9)之间还设置有复位弹簧(5)，磁钢(1)、与磁钢(1)相连接的传动杆(4)和磁敏电阻桥(2)安装在探头的外壳(3)内。

3、  根据权利要求1或2所述的一种植物茎秆直径变差测量变送器，其特征在于：磁钢(1)的N极或S极位于磁敏电阻桥(2)的斜上方，磁钢(1)随着植株茎秆的膨胀收缩进行水平移动，移动的有效范围不能超过磁敏电阻桥处于饱和磁场的范围内。

4、  根据权利要求3所述的一种植物茎秆直径变差测量变送器，其特征在于：磁敏电阻桥(2)采用两只强磁性金属薄膜磁敏电阻R1和R2，将印有型号的面全部朝上，将R1和R2引线对面无引线的一端对齐靠在一起，将R1的c端与R2的a端连在一起作为磁敏电阻桥的5号端，将R1的a端与R2的c端连在一起作为磁敏电阻桥的4号端，将R1的b端作为磁敏电阻桥的3号端，将R2的b端作为磁敏电阻桥的2号端，通过引出线连接到处理电路上，磁敏电阻桥(2)的有引线的两端上下放置与磁钢(1)的移动方向垂直，并在同一个平面内。

5、  根据权利要求4所述的一种植物茎秆直径变差测量变送器，其特征在于：磁敏电阻桥(2)的5号端连接于处理电路的恒流供电的正端，磁敏电阻桥(2)的4号端连接于处理电路的恒流供电的负端，磁敏电阻桥(2)的3号端，连接于处理电路的信号放大的正输入端，磁敏电阻桥(2)的2号端连接于处理电路的信号放大的负输入端。

植物茎秆直径变差测量变送器
技术领域
本发明涉及一种测量植物茎秆直径变差的非电量转化为标准电量输出的传感与变送装置，尤其涉及一种能用于植物微小茎杆的直径变差测量的变送器。
背景技术
随着精确灌溉等研究工作的进一步深入，农作物缺水信息的采集正在向多元化方向发展。用作物本身的生理变化反映作物的水分状况则是作物缺水研究中一个主要的分支，其中植物植株茎直径的变化是反映作物水分状况为数很少的可以在不破坏植株体和植株体正常生长情况下连续测量的物理变化量之一，因此，用于指导对作物实行精确灌溉的潜力非常巨大。
目前，植株茎直径变差测量变送器全部为进口产品。主要有三类，性能特点如下：电位器式：优点是价格低，缺点是有机械活动电触点，分辨率低；应变式：优点是无机械活动电触点，价格中等，分辨率中等，缺点有蠕变产生；差动变压器式：优点是无机械活动触点，分辨率高，缺点是结构复杂，价格昂贵。就目前的产品分析，其固定在植株茎秆上的探头结构复杂，体积和重量很难制作的更小，因此不适宜用于进行植物微小茎秆的直径变差测量，其次目前的产品价格昂贵，德国产电位器式2100元一个，并且为未经变换的非标准输出，不是真正意义上的变送器，差动变压器式变送器超过4000人民币。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种探头结构简单、体积小、重量轻、价格低、分辨率高、无机械活动电触点、抗蠕变、抗潮湿的植物茎秆直径变差测量变送器，特别适合于植物微小茎杆的直径变差测量。
本发明的目的是这样实现的：包括固定于植物茎秆上的测量探头和与测量探头相连接的处理电路，在测量探头上设置有随植物茎秆直径发生膨胀和收缩而发生相应径向移动的活动顶托，活动顶托通过传动杆与磁钢相连接，在测量探头上对应磁钢设置有磁敏电阻桥，磁敏电阻桥通过探头引出线与处理电路相连接。通过紧固螺丝将螺丝杆固定在固定支架上构成测量探头的框架部分，并在固定支架上设置固定顶托，对应固定顶托在固定支架上通过传动杆设置活动顶托，并在活动顶托与固定支架之间设置复位弹簧，磁钢、与磁钢相连接的传动杆和磁敏电阻桥安装在探头的外壳内。磁钢的N极或S极位于磁敏电阻桥的斜上方，磁钢随着植株茎秆的膨胀收缩进行水平移动，移动的有效范围不能超过磁敏电阻桥处于饱和磁场的范围内。磁敏电阻桥采用两只强磁性金属薄膜磁敏电阻R1和R2，将印有型号的面全部朝上，将R1和R2引线对面无引线的一端对齐靠在一起，将R1的c端与R2的a端连在一起作为磁敏电阻桥的5号端，将R1的a端与R2的c端连在一起作为磁敏电阻桥的4号端，将R1的b端作为磁敏电阻桥的3号端，将R2的b端作为磁敏电阻桥的2号端，通过引出线连接到处理电路上，磁敏电阻桥的有引线的两端上下放置与磁钢的移动方向垂直，并在同一个平面内。磁敏电阻桥的5号端连接于处理电路的恒流供电的正端，磁敏电阻桥的4号端连接于处理电路的恒流供电的负端，磁敏电阻桥的3号端，连接于处理电路的信号放大的正输入端，磁敏电阻桥的2号端连接于处理电路的信号放大的负输入端。
本发明采用了新型磁敏元件强磁性金属薄膜磁敏电阻作为变送器探头的敏感元件，利用强磁性金属薄膜磁敏电阻电阻值在饱和磁场强度下只对磁场方向敏感的特性，将两只磁敏电阻结成电阻桥(内有四只磁敏元件)以提高灵敏度，同时对电阻桥采用恒流供电，由于磁敏电阻桥接的自补偿作用和恒流供电使变送器温度系数显著减少，本发明的探头结构，在饱和磁场下工作，有效地避免了工作在非饱和磁场下提高分辨率易受地磁干扰和非饱和磁场下存在磁滞，重复性差的问题。本发明的探头结构输出信号幅值大，因此不必采用昂贵的非常精密的集成电路，减少了变送器的制作成本。采用本发明的技术方案，探头具有非常简单的机械结构，产品性能优于现有产品，制作成本低于200元人民币。因此本发明具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、分辨率高、无机械活动电触点、抗蠕变、抗潮湿地优点。
附图说明
附图1为本发明的探头结构示意图一。
附图2为本发明的探头结构示意图二。
附图3为本发明的探头内的磁敏电阻桥连接线路示意图。
附图4为本发明的处理电路电路图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括固定于植物茎秆6上的测量探头和与测量探头连接的处理电路，在测量探头上设置有随植物茎秆6直径发生膨胀和收缩而发生相应径向移动的感应装置，该感应装置与磁钢1相连接，在测量探头上对应磁钢1设置有磁敏电阻桥2，磁敏电阻桥2通过探头引出线12与处理电路相连接。
所述的随植物茎秆6直径发生膨胀和收缩而发生相应径向移动的感应装置为一种安装在植物茎秆6上的活动顶托7，活动顶托7在固定支架9上通过传动杆4与磁钢1相连接，同时通过紧固螺丝11将螺丝杆10固定在固定支架9上构成测量探头的框架部分，并在固定支架9上设置固定顶托8，固定顶托8与活动顶托7之间为植物茎秆6，在活动顶托7与固定支架9之间还设置有复位弹簧5，磁钢1、与磁钢1相连接的传动杆4和磁敏电阻桥2安装在探头的外壳3内。
磁钢1的N极或S极位于磁敏电阻桥2的斜上方，磁钢1随着植株茎秆的膨胀收缩进行水平移动，移动的有效范围不能超过磁敏电阻桥处于饱和磁场的范围内。
传动杆4、复位弹簧5、螺丝杆10采用非导磁、强度好的不锈钢材料制作，其他部分采用非导磁材料，为减轻重量最好使用铝合金。
通过由固定支架9、螺丝杆10、紧固螺丝11、固定顶托8、活动顶托7、复位弹簧5组成的固定部分，将与外壳3连接的由磁钢1、磁敏电阻桥2、传动杆4、复位弹簧5、活动顶托7组成的测量部分固定在植物茎秆6上。当植物体的水势发生变化时，植物茎秆6的直径随之发生相应的膨胀和收缩，这种膨胀和收缩，将带动由复位弹簧5的弹力压迫在植物茎秆上的活动顶托7发生相应的径向移动，这种径向移动通过传动杆4使固定在传动杆4上的磁钢1与固定的磁敏电阻桥2发生相对运动，这种相对运动使作用在磁敏电阻桥2的磁场方向发生相应变化，这种磁场方向的变化通过磁敏电阻桥2转化为电压的变化通过探头引出线12连接在处理电路上作进一步处理。
如图3所示，本发明的磁敏电阻桥2采用两只强磁性金属薄膜磁敏电阻R1和R2，将印有型号的面全部朝上，将R1和R2引线对面无引线的一端对齐靠在一起，将R1的c端与R2的a端连在一起作为磁敏电阻桥的5号端，将R1的a端与R2的c端连在一起作为磁敏电阻桥的4号端，将R1的b端作为磁敏电阻桥的3号端，将R2的b端作为磁敏电阻桥的2号端，通过引出线连接到处理电路的接口J1的相应端口上，磁敏电阻桥2的有引线的两端上下放置与磁钢1的移动方向垂直，并在同一个平面内。
磁敏电阻桥2的5号端连接于处理电路的恒流供电的正端，磁敏电阻桥2的4号端连接于处理电路的恒流供电的负端，磁敏电阻桥2的3号端，连接于处理电路的信号放大的正输入端，磁敏电阻桥2的2号端连接于处理电路的信号放大的负输入端。
磁敏电阻桥采用TO92-S封装的型号为RCM01的强磁性金属薄膜磁敏电阻两只即图中的R1和R2。用两只磁敏电阻接成电阻桥不仅可以提高灵敏度，由于桥接的自补偿作用，温度系数也得以显著减少。
如图4所示，本发明用两只磁敏电阻接成电阻桥(内有四只磁敏元件)，灵敏度提高了一倍，输出信号幅值大，因此不必采用昂贵的非常精密的集成电路，集成电路U1采用价格低廉，功能完善的AM400(贴片封装)。处理电路的功能主要有两个，一个是为磁敏电阻桥提供恒流供电，另一个是将探头输出的信号进一步放大并变换成标准信号输出。磁敏电阻桥的5号端通过处理电路接口J1的5号端，连接于处理电路的恒流供电的正端，磁敏电阻桥的4号端通过处理电路接口J1的4号端，连接于处理电路的恒流供电的负端，磁敏电阻桥的3号端通过处理电路接口J1的3号端，连接于处理电路的信号放大的正输入端，磁敏电阻桥的2号端通过处理电路接口J1的2号端，连接于处理电路的信号放大的负输入端。J1的1号端接探头外壳3上。通过调整恒流电流调整电阻R3为磁敏电阻桥提供适宜的恒流供电值，通过调整电压信号输出幅值调整电位器RV1和电压输出零点调整电位器RV3，使电压输出端J2的2号端，输出变送器的标准信号，0～5V或0～10V。通过调整电流信号输出初始值调整电位器RV2和电流输出采样电阻R2，使电流输出端J2的4号端，输出变送器的标准信号，4～20mA或0～20mA。
作为本发明的一个实施例，U1为AM400(贴片封装)，强磁性金属薄膜磁敏电压24V(DC)。