Hallo zusammen,
ich entwerfe gerade einen kapazitiven Feuchtigkeitssensor. Der Sensor
soll batteriebetrieben sein (Knopfzelle), d.h. Vcc beträgt 3V. Die
Messdaten werden über Funk an eine Basisstation gesendet.
Für die Messung brauche ich ein Signal im zweistelligen MHz Bereich,
bestenfalls >50MHz. Das HF-Signal wird dabei auf einen RC Tiefpass
geführt. Die Grenzfrequenz des RC Tiefpass ist proportional zur
Kapazität des Sensors -> die Ausgangsspannung ändert sich in
Abhängigkeit von der Sensorkapazität (siehe auch Bild im Anhang).
Fragen:
1. Wie generiere ich am besten das HF-Signal? LC-Schwingkreis (z.B.
Colpitts-Oszillator)? Dachte auch daran, das Signal direkt vom µC
erzeugen zu lassen, aber für so hohe Frequenzen habe ich keine
zufriedenstellende Lösung gefunden.
2. Welcher Low-Power-µC für die Funkübertragung? Die Übertragungsstrecke
wird kleiner als 100m sein, es gibt aber ggf. Hindernisse wie
Büsche/Bäume. Übertragung via ISM oder Bluetooth Low Energy scheint
geeignet zu sein. Hatte ursprünglich an einen ESP32 gedacht, jedoch ist
der Stromverbrauch >100mA. Oder ein STM32Wx, ist aber relativ teuer.
Oder ein MSP430 mit einem Funkmodul (z.B. RFM69), ... die Auswahl
"erschlägt" mich ehrlich gesagt ein wenig.
Generell: Je platzsparender, desto besser. Die Sensorplatine sollte so
klein wie möglich sein.
Hoffe ein paar Ratschläge zu bekommen, danke schonmal!
Viele Grüße
osziratlos schrieb:> Hatte ursprünglich an einen ESP32 gedacht, jedoch ist> der Stromverbrauch >100mA.
Es gibt nicht den Stromverbrauch des ESP32. Je nach Betriebszustand
(Deep Sleep, Idle, WLAN-Kommunikation) unterscheidet sie sich um fünf
Größenordnungen.
Die Stromaufnahme liegt zwischen 5µA und 400mA.
Wolfgang schrieb:> Es gibt nicht den Stromverbrauch des ESP32.
Das stimmt. Ich meinte den aktiven Stromverbrauch, während er
sendet/empfängt. Wobei man natürlich auch nur einmal alle paar Stunden
Daten senden/empfangen könnte. Die restliche Zeit ist er dann im
Sleep-Modus...
osziratlos schrieb:> 1. Wie generiere ich am besten das HF-Signal? LC-Schwingkreis (z.B.> Colpitts-Oszillator)?
Entweder mit Transistoren als LC-Oszillator, wobei es für jeden
Geschmack eine Vielfalt unterschiedlicher Schaltungen gibt. Ein
Quarzoszillator wäre auch möglich, jedoch benötigt dieser zum
Anschwingen etwas Zeit, falls er nicht dauerhaft laufen soll. Es gibt
z.B. Quarzoszillatormodule für 64 MHz, da ist alles schon "drin".
>Oder ein µC mit einem Funkmodul (z.B. RFM69), ... die Auswahl>"erschlägt" mich ehrlich gesagt ein wenig.
Das wäre doch die beste Wahl. Diese Funkmodule sind extra stromsparend
ausgelegt und haben diverse Schlaf-modi zum energiesparen. Die
Ansteuerung ist reichlich kompliziert. Am besten nimmt man eins, zu dem
man den code bereits in verständlicher Form vorliegen hat. Man kann sich
andererseits ereifern, die 64 Register eines RFM69 oder 128 Register
eines RFM23 alle verstehen und korrekt ansteuern zu wollen, um sich zu
beweisen, daß man "es" kann. Sollen wirkich 100 m überbrückt werden, ist
eine taugliche Antenne Bedingung.
mfg
Christian S. schrieb:> Die Ansteuerung ist reichlich kompliziert.
Nach meiner aktuellen Erfahrung sind die LoRa SX1278 Module
sehr einfach durch die existierende Arduino Lib anzusteuern.
Den Arduino kann man ja auch in einen Stromsparmodus ver-
setzen. Aber das Senden mittels einer Knopfzelle wird sehr
bald zum Versiegen derjenigen führen da auch solche Module
"ein paar" Miliamperes beim Senden brauchen. Also eher mal
an AA oder AAA Zellen zum Versorgen denken.
Danke für die Antworten. Werde mich dann für die Lösung Low-power µC +
Funkmodul entscheiden.
1278er schrieb:> Sehe gerade das es die Sendemodule auch mit Quarz (damit> noch stabiler) und für 3.3V Versorgung gibt.
Bei 433MHz wäre lambda/4 = 17,7cm. Da wäre die Antenne leider etwas zu
groß sein für meinen Anwendungsfall, der Sensor sollte so klein wie
möglich sein. Aber danke für deinen Vorschlag.
Mehr zum Sensor: Ich möchte die Bodenfeuchte messen, erster Einsatz wird
vermutlich bei mir Zuhause sein (Blumentopf). Da würde eine sichtbare
Antenne etwas störend sein. Die 100m Reichweite im Eingangspost sind
also etwas übertrieben, für erste werde ich unter 10m bleiben, maximal
noch eine Wand dazwischen.
https://www.mikrocontroller.net/articles/%C3%9Cbersicht_Funkmodule
Hier wird auch das Modul NRF24L01+ erwähnt, Sendefrequenz ist 2,4 Ghz --
lambda/4 wäre etwa 3cm, das hört sich ganz gut an. Reichweite ist nicht
so groß wie beim RFM69, aber 10m sollten hoffentlich trotzdem drin sein.
osziratlos schrieb:> Bei 433MHz wäre lambda/4 = 17,7cm. Da wäre die Antenne leider etwas zu> groß sein für meinen Anwendungsfall
Wenn du keine Ansprüche an die Reichweite hast kannst du auch
einen Antennenstummel nach deinem Belieben wählen. Das tut den
Sende- und Empfangsmodulen nichts. Oder eine Ringelschwanz-
Antenne.
osziratlos schrieb:> Die 100m Reichweite im Eingangspost sind> also etwas übertrieben, für erste werde ich unter 10m bleiben, maximal> noch eine Wand dazwischen.
Ja, klar, was kümmert dich dein Geschwätz von gestern.
osziratlos schrieb:> Hier wird auch das Modul NRF24L01+ erwähnt
Angefangen hast du mit einem Oszillator den du dir selber bauen
willst, an den Empfänger hast du dabei noch gar nicht gedacht.
Jetzt willst du schon 2.4GHz, ja das geht auch. Auch hier gibt
es Arduino Libraries und andere. Aber alle integrierten
Lösungen brauchen Strom, und das nicht zu wenig. Je höher die
Frequenz, desto höher der Energieverbrauch. In allen Fällen
wirst du mit deinen geplanten 3V-Knopfzellen in der Lebensdauer
nicht weit kommen. Von Betriebssicherheit (Stichwort Peak-
Stromaufnahme bei Knopfzellen) ganz zu schweigen. Aber mach mal
ruhig, du wirst selbst später auf den Trichter kommen. Oft ist
es einfach nicht möglich dem Anfänger die Probleme darzustellen
dass er sie wirklich erkennt und einsieht.
Und falls du mal am Verzweifeln sein solltest, hier eine kleine
Hilfestellung, ich hab da schon mal was vorbereitet:
Beitrag "NRF24L01+ test program for Arduino Uno"Beitrag "NRF24L01+ test program for Arduino Mega"Beitrag "NRF24L01 - Testprogramm für Windows PC"
Daneben gibt es eine Reihe von Threads hier auf uc.net die
Probleme mit Aufbauten von Benutzern zeigen. Da kann man
viel lernen wenn man versteht und es besser macht. Einfach
mal die Suchfunktion anwerfen.
Dann nimm doch die kleinen 433MHz-Sendemodule. Da ist die Antenne schon
auf dem Board. Und die Sendefrequenz kannst du durch 8 teilen, damit du
deine >50MHz hast.
1278er schrieb:> Wenn du keine Ansprüche an die Reichweite hast kannst du auch> einen Antennenstummel nach deinem Belieben wählen.
Danke für den Hinweis
1278er schrieb:> Ja, klar, was kümmert dich dein Geschwätz von gestern.
Ich sagte gestern, dass die Übertragungsstrecke kleiner als 100m sein
wird, heute gehe ich spezifischer drauf ein -- vorerst unter 10m. Im
Winter lauf ich nicht im Garten rum und versuch meine Sensoren in den
gefrorenen Boden zu rammen.
1278er schrieb:> Angefangen hast du mit einem Oszillator den du dir selber bauen> willst, an den Empfänger hast du dabei noch gar nicht gedacht.> Jetzt willst du schon 2.4GHz,...
Der Sensor ist bis jetzt nur ein Konzept, existiert nur auf dem Papier.
Natürlich kommen einem da auch neue Ideen wie man das lösen könnte. Also
wo ist dein Problem?
1278er schrieb:> In allen Fällen wirst du mit deinen geplanten 3V-Knopfzellen in der Lebensdauer
nicht weit kommen.
Werden wir sehen. Ich kenne genügend Sensoren die mit einer Knopfzelle
betrieben werden (z.B. Xiaomi Mi Flora -- die hebt dort über ein Jahr).
1278er schrieb:> Oft ist es einfach nicht möglich dem Anfänger die Probleme darzustellen dass >
er sie wirklich erkennt und einsieht.
Ich hab hier das Thema verfasst um Ratschläge zu bekommen, ich bin zwar
ein Anfänger im Bereich Funk, aber kein Anfänger wenn es um analoge
Elektronik oder Mikrocontroller geht. Also entweder du hilfst mir mit
Ratschlägen weiter, oder du lässt es einfach ganz. An dieser Stelle
zumindest mal danke für den Vorschlag mit dem 433MHz Funkmodul, um damit
überzugehen zu der Antwort von Helmut ...
Helmut -. schrieb:> Und die Sendefrequenz kannst du durch 8 teilen, damit du> deine >50MHz hast.
... welche einen sehr guten Tipp beinhaltet. Danke für die Antwort,
darüber werd ich mir ein paar Gedanken machen. Das würde einiges
einfacher machen.
Grummler schrieb:>> Für die Messung brauche ich ein Signal im zweistelligen>> MHz Bereich, bestenfalls >50MHz.>> Quark.
Quark? Dann erkläre mir wieso. Natürlich kann ich die Feuchtigkeit auch
mit nem NE555 und ner Frequenz von paar hundert kHz (oder sogar noch
weniger) messen, das haben auch schon unzählige andere User hier im
Forum vor mir versucht, und sind zu dem Entschluss gekommen, dass das
auch besser geht.
Ich verweise auf diesen Thread:
Beitrag "Re: YACMS - noch ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor"
Oder hier für Hintergrundwissen (runterscrollen zu Figure 12):
https://www.metergroup.com/en/meter-environment/measurement-insights/tdr-fdr-capacitance-compared
osziratlos schrieb:> Also wo ist dein Problem?
Ich hab keins, ich sehe nur deine. Und die sind immens, bezogen
auf deine Unwissenheit bezüglich Funkübertragung. Du wirst im
Selbstbau nicht annähernd die Performance erreichen die dir ein
fertiges Gerät liefert, und schon gar nicht in der Lebensdauer
der Batterien. Du redest von der geringen Stromaufnahme deiner
geplanten Sensoren, ich dagegen denke an die Stromaufnahme der
Funkübertragung. Aber wie ich schon sagte:
1278er schrieb:> Oft ist> es einfach nicht möglich dem Anfänger die Probleme darzustellen> dass er sie wirklich erkennt und einsieht.
von osziratlos schrieb:
>Die Grenzfrequenz des RC Tiefpass ist proportional zur>Kapazität des Sensors -> die Ausgangsspannung ändert sich in>Abhängigkeit von der Sensorkapazität (siehe auch Bild im Anhang).
Wenn der Feuchtigkeitssensor eine von der Feuchtigkeit
abhängige Kapazität von 50pF ist, ist es doch am
einfachsten wenn diese Kapazität teil eines LC-Oszillators
ist. Die Frequenz ändert sich dann abhängig von der
Feuchtigket, und braucht dann nur gemessen werden.
Ich würde da einen Oszillator von vielleicht 10MHz
bis 20MHz bauen.
1278er schrieb:> bezogen> auf deine Unwissenheit bezüglich Funkübertragung.
Ich entschuldige mich aufrichtig für meine Unwissenheit. Nicht jeder hat
das Glück, als absoluter Funk-Experte geboren zu werden.
1278er schrieb:> Du wirst im> Selbstbau nicht annähernd die Performance erreichen die dir ein> fertiges Gerät liefert
Ist auch nicht mein Ziel. Das ist ein Hobby Projekt, zum lernen.
Günter L. schrieb:> ist es doch am> einfachsten wenn diese Kapazität teil eines LC-Oszillators> ist. Die Frequenz ändert sich dann abhängig von der> Feuchtigket
Ja, die Kapazität wird wahrscheinlich zwischen 30-70pF schwanken, genau
weiß ich es noch nicht. Eventuell wäre das dann die bessere Lösung,
behalte es auf jeden Fall im Hinterkopf, danke.
osziratlos schrieb:> Grummler schrieb:>>> Für die Messung brauche ich ein Signal im zweistelligen>>> MHz Bereich, bestenfalls >50MHz.>>>> Quark.>> Quark? Dann erkläre mir wieso.
Gegenvorschlag: Erkläre mir, wieso Du 50MHz zu brauchen
glaubst.
> Ich verweise auf diesen Thread:> Beitrag "Re: YACMS - noch ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor"
Ich habe den Thread nur überflogen, aber ich vermisse
eine halbwegs tiefgründige Fehlerbetrachtung.
Günter L. schrieb:> von osziratlos schrieb:>>Die Grenzfrequenz des RC Tiefpass ist proportional zur>>Kapazität des Sensors -> die Ausgangsspannung ändert sich in>>Abhängigkeit von der Sensorkapazität (siehe auch Bild im Anhang).>> Wenn der Feuchtigkeitssensor eine von der Feuchtigkeit> abhängige Kapazität von 50pF ist,
Man muss davon ausgehen, dass es eine variable IMPEDANZ ist.
> ist es doch am einfachsten wenn diese Kapazität teil eines> LC-Oszillators ist.
Unwahrscheinlich.
Wenn sich (auch) der Realteil ändert, verändert das den
Mitkopplungsfaktor; damit besteht die Gefahr, dass die
Schwingung abreisst.
Die Startbedingungen:
- Knopfzelle
- Winzantenne
- 100 m Reichweite (erstmal sollen 10 m reichen)
- HF-Messtechnik (vermutlich) keine
- Wissen (noch) nichts
Vermutlich wird dein erster Eigenbau mit Muehe einen Meter schaffen.
Und die Knopfzelle ist nach einem Tag leer.
Warum? Nur ein Beispiel:
Auch eine verkuerzte Antenne muss richtig angepasst sein.
Sonst hat sie einen nur miserablen Wirkungsgrad.
Ohne Messtechnik: Keine Anpassung.
Industrielle HF-Technik sieht einfach aus. Und ist sie auch.
Aber eben praezise und mit engen Toleranzen gefertigt.
Starte deine Versuche besser mit "billigen" 430 MHz Modulen
und unverkuerzten Antennen. Diese Module brauchen aber >9 V
fuer eine vernuenftige Funktion. Da sind 100 m Reichweite
im Freifeld ueberhaupt kein Problem.
Grummler schrieb:> Gegenvorschlag: Erkläre mir, wieso Du 50MHz zu brauchen> glaubst.
Da habe ich mich an kommerziellen Sensoren orientiert, die meistens mit
50-70MHz messen. Je höher die Frequenz, desto geringer ist der Einfluss
des ohmschen Anteils an der Impedanz. Ob man da jetzt einen großartigen
Unterschied feststellen kann zwischen 10MHz oder 50MHz weiß ich leider
nicht. Wahrscheinlich funktioniert es auch mit ~10MHz zufriedenstellend.
Grummler schrieb:> Ich habe den Thread nur überflogen, aber ich vermisse> eine halbwegs tiefgründige Fehlerbetrachtung.
Gebe ich dir Recht, die fehlt.
Grummler schrieb:> dass es eine variable IMPEDANZ ist.
Richtig, deshalb messe ich auch die Dämpfung und nicht die
Frequenzänderung (das hätte ich eigentlich wissen sollen).
... schrieb:> Die Startbedingungen:> - Knopfzelle> - Winzantenne> - 100 m Reichweite (erstmal sollen 10 m reichen)> - HF-Messtechnik (vermutlich) keine> - Wissen (noch) nichts>> Vermutlich wird dein erster Eigenbau mit Muehe einen Meter schaffen.
Gut, ich sehe es ein. Vielleicht gehe ich ein bisschen zu ambitioniert
an das Thema ran. 430MHz Modul, unverkürzte Antenne, keine Knopfzelle
sondern AA oder AAA Batterie, eventuell geringere Messfrequenz. Wenn der
Prototyp dann läuft wäre ich schon zufrieden, darauf kann man dann
aufbauen.
osziratlos schrieb:> die Kapazität wird wahrscheinlich zwischen 30-70pF schwanken
Das ist ein ziemlicher weiter Bereich. Da bietet es sich an, einen
einfachen Colpitts-Oszillator aufzubauen und das Signal (Frequenz) dann
digital auszuwerten. Zwischen Oszillator und Auswertung natürlich einen
Schmitt-Trigger.
Frequenz im Bereich 10 .. 20 MHz (günstiges L/C-Verhältnis). L ist dann
im einstelligen uH-Bereich. Ich würde eine Luftspule wickeln und
ausmessen (oder nach Wheeler vorher abschätzen). Gibt aber auch
Festinduktivitäten mit wenigen uH, welche auch nicht schlechte Güten
haben.
Grummler schrieb:> Man muss davon ausgehen, dass es eine variable IMPEDANZ ist.
Ist es sicher, eine Messung über die Resonanzfrequenz ist trotzdem
einfacher. Und vermutlich präziser.
Grummler schrieb:> Wenn sich (auch) der Realteil ändert, verändert das den> Mitkopplungsfaktor; damit besteht die Gefahr, dass die> Schwingung abreisst.
Wenn der Oszillator (z.B. Colpitts) vernünftig ausgelegt ist, dann
arbeitet er über einen weiten Bereich (ohne daß die Schwingung abreißt).
Günter L. schrieb:> Wo gibt es den Feuchtigkeitssensor und Datenblatt> den du da benutzen willst?
Also ich will keinen fertigen Sensor benutzen, sondern einen eigenen
entwerfen, der so nah wie möglich an kommerzielle Lösungen rankommt.
Ein Beispiel wäre der EC-5:
https://metergroup.de/environment/produkte/ec-5/
Datenblatt:
http://publications.metergroup.com/Manuals/20431_EC-5_Manual_Web.pdf
Relevante Stelle zitiert:
> The EC-5 determines volumetric water content (VWC) by measuring the dielectric
constant of the media using capacitance and frequency domain technology. The
70-MHz frequency minimizes salinity and textural effects, making this sensor
accurate in almost any soil or soilless media.
Mohandes H. schrieb:> Da bietet es sich an, einen> einfachen Colpitts-Oszillator aufzubauen und das Signal (Frequenz) dann> digital auszuwerten.
Colpitts-Oszillator wäre eine Möglichkeit, aber wie sieht es mit dem
Temperaturdrift aus? Im Außenbereich wäre der Sensor einem
Temperaturbereich von 10°C bis 40°C+ ausgesetzt (bei direkter
Sonneneinstrahlung). Da fehlen mir mal wieder die Erfahrungswerte, wie
stark da die Frequenz schwanken würde. Vielleicht lässt sich da was mit
LTSpice simulieren.
osziratlos schrieb:> Colpitts-Oszillator wäre eine Möglichkeit, aber wie sieht es mit dem> Temperaturdrift aus?
Auch einen Colpitts kann man stabil aufbauen (stabile Versorgung,
Kapazitäten temperaturkompensiert). Wie präzise das Ganze sein muß
hängt von der gewünschten Genauigkeit der Messung ab.
> Ich möchte die Bodenfeuchte messen, erster Einsatz wird vermutlich bei> mir Zuhause sein (Blumentopf).
Das hört sich jetzt nicht nach einer Präzisionsmessung an.
Außerdem hat so ein Colpitts nur einen Transistor und ein paar Bauteile,
der Sensor sollte doch möglichst klein sein.
Mohandes H. schrieb:> Das hört sich jetzt nicht nach einer Präzisionsmessung an.
Ein Colpitts Oszillator mit temperaturkompensierten Kapazitäten ist
wahrscheinlich für meine Anforderungen "gut genug", da hast du Recht.
Ein Quarzoszillatormodul (wie von Christian einige Postings weiter oben
vorgeschlagen) ist auch geeignet.
Mal schauen für was ich mich schlussendlich entscheiden werde.
Danke an alle für eure Hilfe!
osziratlos schrieb:> Ein Colpitts Oszillator mit temperaturkompensierten Kapazitäten ist> wahrscheinlich für meine Anforderungen "gut genug", da hast du Recht.> Ein Quarzoszillatormodul (wie von Christian einige Postings weiter oben> vorgeschlagen) ist auch geeignet.
Irgendwie geht da was durcheinander?
Mit dem Quarzoszillator kannst du nicht den Detektor bauen, denn gerade
die Frequenzänderung ist ja das Prinzip der Detektion.
Mit einem Colpitts hingegen kannst du keine Übertragung der Daten machen
weil keine konstante Frequenz.
Also zwei Oszillatoren: Ein Colpitts für den Detektor und dann ein
(fertiges?) Modul zur Übertragung der Daten.
osziratlos schrieb:> Für die Messung brauche ich ein Signal im zweistelligen MHz Bereich,> bestenfalls >50MHz. Das HF-Signal wird dabei auf einen RC Tiefpass> geführt. Die Grenzfrequenz des RC Tiefpass ist proportional zur> Kapazität des Sensors -> die Ausgangsspannung ändert sich in> Abhängigkeit von der Sensorkapazität (siehe auch Bild im Anhang).
Ich habe die Schaltung immer noch nicht ganz verstanden ...
- Welche Kapazitätsänderung des "Sensors 50p" erwartest du?
- Welche Spannungsänderung über R2 würde daraus resultieren?
Kapazitive Messung klingt zunächst mal nicht schlecht, aber welche
Empfindlichkeit/Auflösung ist damit realisierbar?
osziratlos schrieb:> 2. Welcher Low-Power-µC für die Funkübertragung? Die Übertragungsstrecke> wird kleiner als 100m sein, es gibt aber ggf. Hindernisse wie> Büsche/Bäume. Übertragung via ISM oder Bluetooth Low Energy scheint> geeignet zu sein.
Hier kannst Du den Stromverbrauch von Microcontroller von Nordic
abschätzen:
https://devzone.nordicsemi.com/power/w/opp/2/online-power-profiler-for-bluetooth-le
. Das "charmante" an BLE wäre, dass Du jeden handelsüblichen PC als
Gegenstelle verwenden kannst.
Im neueren BLE Standard gibt es auch Möglichkeiten, die Reichweite noch
einmal deutlich zu erhöhen (auf Kosten der Bandbreite bis ca. 1km). Das
wird aber wahrscheinlich nicht von den meisten PCs unterstützt.
Alternativ könntest Du BLE auch verbindungslos verwenden und einfach
zyklisch die Sensor-Werte advertisen. Das käme dann aber ein wenig auf
die konkreten Anforderungen an.
Mohandes H. schrieb:> Mit dem Quarzoszillator kannst du nicht den Detektor bauen, denn gerade> die Frequenzänderung ist ja das Prinzip der Detektion.
Der Quarzoszillator erzeugt nur das Signal, der kapazitive Sensor ist
Bestandteil eines RC-Filters. Am Ende messe ich dann die Dämpfung,
verursacht durch die variable Kapazität des Sensors: Feuchte Erde ->
hohes e_r -> hohe Kapazität -> Dämpfung groß
Für die Kapazität des Sensor habe ich bis jetzt nur theoretische Werte,
geschätzt liegt sie bei etwa 40pF für trockene Erde und 120pF für
feuchte Erde. Das kommt natürlich auf die Elektrodengröße an, da hab ich
mich auch noch nicht festgelegt.
Die Dämpfung des RC-Filters ist, so wie er in der Schaltung oben gezeigt
ist mit R1 = 330 Ohm, recht groß. Bei feuchter Erde hab ich bspw. eine
Dämpfung von 25dB für f=70MHz (C = 120p). Da kommt dann keine große
Spannung mehr am Ausgang an.
Ich muss also entweder R1 verringern (mit dem unerwünschten Nebeneffekt
eines höheren Stroms) oder die Messfrequenz verringern, wodurch der
Salzgehalt des Bodens in die Messung eingeht (siehe dazu auch das Bild
im Anhang, Quelle:
https://www.metergroup.com/en/meter-environment/measurement-insights/tdr-fdr-capacitance-compared).
Eine weitere Möglichkeit wäre natürlich die Messung mit dem
Colpitts-Oszillator, so wie du es schon vorgeschlagen hast. Die variable
Kapazität des Sensors bestimmt die Resonanzfrequenz: Mit 150nH und 40pF
bis 120pF hab ich einen Frequenzbereich von ~37MHz bis ~65MHz. Über
einen Frequenzteiler gebe ich das Signal dann auf einen µC.
Zum Ausprobieren ob die hohe Frequenz wirklich bessere Ergebnisse bringt
empfehle ich einen NanoVNA, damit kann man gut die komplexe Impedanz bei
unterschiedlichen Frequenzen messen. Eigene Auswertungs-Elektronik würde
ich erst bauen wenn die notwendige Frequenz bestimmt wurde, ist ja doch
ein gewisser Aufwand mit Oszillator, Frequenzteiler und so. Man sieht
auch gleich die Güte des Messkondensators, kann sein dass das bei
bestimmten Frequenzen ziemlich schlecht wird und der Oszillator deshalb
nicht schwingen will.
Für das fertige Produkt braucht man natürlich doch eine eigene
Auswertschaltung, da kann man nicht einfach einen NanoVNA verbauen.
Falls am Ende auch eine Frequenz von 10 MHz reicht dann wäre eventuell
der FDC2212 eine passende Lösung. Ist zwar teuer und in einem ziemlich
kleinen SMD-Gehäuse aber dafür ist die ganze Kapazitätsmessung bei bis
zu 10 MHz fertig integriert, braucht wenig Strom und funktioniert.
schaltung.png
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