王春涛, 秦美玲, 陈智军, 郭佳佳, 薛雅丽, 刘翔宇

(1.南京航空航天大学 自动化学院,江苏 南京 211106;2. 中电科技德清华莹电子有限公司,浙江 德清 313200)

0 引言

土壤是人类生存和发展的基础,土壤的温度和湿度(含水量)是农业生产作业中至关重要的参数信息,因此需要通过传感器获取相应的数据[1-3]。目前常用的土壤温湿度检测方案是采用不同的传感器对温度和湿度分开检测,且需要通过电池供电或在田间布线来实现供能和数据传输,故存在电池老化污染土壤环境、影响机械化农业活动等问题[4]。同时,少量布置传感器无法准确反映农作物区域土壤的状况,而大量布置传感器又会增加成本[5]。

声表面波(SAW)标签是一种无线无源器件[6],采用声表面波标签检测土壤温湿度可以有效地避免电池的使用和田间复杂的布线,同时降低了系统成本。本文首先设计了土壤温度和湿度的敏感方案,然后建立了阻抗负载型声表面波标签的耦合模(COM)模型,仿真了负载反射栅的回波幅值和相位随电容容值变化规律。在此基础上设计并制作了一组用于土壤温湿度不同深度层级同时检测的标签,最后通过实验测试证明了标签的有效性。

1 检测方案设计

声表面波标签由压电基底、叉指换能器(IDT)和反射栅组成,其工作原理如图1所示。由图可见,阅读器发射查询脉冲,在阅读器天线和标签天线的配合下,查询脉冲在叉指换能器上分别经过逆、正压电效应后得到与反射栅对应的回波脉冲串。……