應(yīng)用在水土壤水分檢測中的國產(chǎn)電容傳感芯片

土壤含水量測定是指土壤中各種液態(tài)水分的定量確定。有時(shí)還包括冰和部分礦物結(jié)晶水，一般可分為采樣法和原位測定法兩大類。采樣法是在田間采樣后測定土樣含水量，原位測定法是利用儀器設(shè)備直接在田間測定土壤含水量的方法。

農(nóng)業(yè)是支撐國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的基礎(chǔ)，要做好農(nóng)業(yè)發(fā)展，就要重視施肥和土壤改良，調(diào)節(jié)土壤水分，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。為了土壤水分的可持續(xù)發(fā)展和調(diào)控，可以利用土壤水分檢測儀對(duì)土壤水分進(jìn)行檢測，為調(diào)控土壤水分提供科學(xué)依據(jù)。土壤水分是土壤的重要組成部分，在作物生長和節(jié)水灌溉中起著非常重要的作用。

在分子引力作用下，土壤顆粒吸附空氣中的水分子在其表面，成為吸濕水，它是緊貼于土粒表面的極薄水膜，為15～20層水分子所聚合。吸濕水與土壤之間吸引力很大，是土壤接近植物永久凋萎點(diǎn)時(shí)土層中土壤水的主要組分。吸濕水被緊緊地束縛在土粒表面，接近固態(tài)水的性質(zhì)。吸濕水對(duì)溶質(zhì)沒有溶解能力，導(dǎo)電性極弱甚至不導(dǎo)電，冰點(diǎn)低，不能呈液態(tài)流動(dòng)，也不能被植物根系吸收，故亦稱強(qiáng)結(jié)合水。

土壤吸濕水也可指新鮮土壤在通風(fēng)條件下晾干1周并穩(wěn)定后土壤仍含有的那部分水分。由于土壤分析均以土壤烘干質(zhì)量為計(jì)算基準(zhǔn)，而吸濕水能夠在105℃的高溫下驅(qū)除，因此在測定土壤理化性質(zhì)的同時(shí)，一般要測定吸濕水。

水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素，測量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實(shí)水分含量。采用現(xiàn)場測試土壤水分原理---頻域反射原理（FDR）：儀器發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波沿探針傳輸，到達(dá)底部后返回，檢測探頭輸出的電壓，由于土壤介電常數(shù)的變化取決于土壤的含水量，由輸出電壓和水分的關(guān)系則可計(jì)算出土壤的含水量。

數(shù)字電容傳感芯片 - MDC04

這里小編推薦一款由工采網(wǎng)代理的國產(chǎn)品牌MYSENTECH推出的電容傳感芯片，數(shù)字電容傳感芯片 - MDC04，該芯片是高集成度的數(shù)字模擬混合信號(hào)傳感集成電路，芯片直接與被測物附近的差分電容極板相連，利用不同物質(zhì)介電常數(shù)的區(qū)別，通過放大、數(shù)字轉(zhuǎn)換、補(bǔ)償計(jì)算電容的微小變化來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)成分的傳感。芯片內(nèi)部集成高精度16bit模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC電路，其電容分辨率為0.1fF，線性度誤差小于0.3%。此外，芯片內(nèi)置精度0.5°C的溫度傳感電路，可用于溫度補(bǔ)償及其他溫度傳感場景。

MDC04為4通道測量，芯片可以直接與被測物附近的差分電容極板連接，通過IIC或單總線數(shù)字接口輸出測量值。芯片內(nèi)部集成了信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、邏輯控制及補(bǔ)償單元，測量分辨率高達(dá)0.1fF，并且內(nèi)部還集成了溫度傳感器，可用于溫度補(bǔ)償或環(huán)境溫度測量等。

芯片測量工作方式靈活，可配置多通道測量組合，單次測量、周期性循環(huán)測量等工作模式。MDC04芯片支持?jǐn)?shù)字單總線和I2C雙通信接口，MDC02芯片支持?jǐn)?shù)字單總線接口。單總線接口支持長線纜、多節(jié)點(diǎn)的分布式傳感。

MDC04的供電電壓為2.0V-5.5V，工作時(shí)測量峰值電流500uA，睡眠電流0.2uA，封裝形式為3*3mm QFN20，該芯片和國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，都具有很明顯的優(yōu)勢。

和國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MDC04具有寬測量范圍、寬工作電壓、低功耗、多種接口、內(nèi)置溫度測量、小尺寸、低成本等優(yōu)勢，可用于液位檢測、食品/土壤等水分含量測量、冰霜檢測、接近/手勢傳感等應(yīng)用場景。

審核編輯 黃宇