Hallo ich bin neu hier. Ich möchte im Zuge einer Projektstudie ein Messgerät zur Bestimmung der Bodenfeuchte über die FDR-Methode (frequence domain reflectometry) erstellen. Ich bin jedoch übrigens kein Elektrotechnik- sondern Biologiestudent und damit eher fachfremd. Aus verschiedenen Publikationen die sich mit dieser Messungsproblematik befasst haben, konnte ich entnehmen das die Messung den geringsten umweltbeeinflussten Fehler hat, wenn die Bodenfeuchte über die Verstimmung der Frequenz eines Ringoszillators aufgrund der Dielektrizität des Mediums gemessen wird. Dabei sollte ein solcher Ringoszillator eine Frequenz von 30 MHz - 1 GHz haben, in den meisten Quellen wird jedoch der Frequenzbereich um 150 MHz genutzt. Ich habe mir einem 74HC04 (Hex-Inverter) einen 5-stufigen Ringoszillator aufgebaut und dessen Frequenz über die Zähler eines 74HC393 heruntergeteilt damit ich die Frequenz des Oszillators an meinem atmega messen kann. Der Ringoszillator und meine Frequenzmessung scheint grundsätzlich schoneinmal zu funktionieren jedoch ist die Frequenz durch die Nutzung des 74HC04 deutlich zu gering und leider auch viel zu schwankend (ca. 12,35 MHz +- 15%). Das Messgerät soll später transportabel mit einem Akku versorgt werden. Ich habe für MMC-Speicherkarte, Display, und Atmega32L bereits alles für 3,3 V ausgelegt und würde wenn es möglich ist die ganze Schaltung mit dieser Spannung betreiben. Ich werde zusätzlich zum Vergleich eine Messsonde mit dem kapazitiven Messansatz erstellen, die sollte ich aber aus den vielen Informationen aus diesem Forum und anderen Internetseiten selber hinbekommen. So nach meinen ewigen Ausführungen jetzt meine Frage. Kann mir jemand von euch bei der Entwicklung eines Oszillators behilflich sein? Ich denke ein solcher Oszillator sollte für diese Aufgabe relativ frequenzstabil sein, sich durch die Messsung jedoch verstimmen lassen. Ist ein Ringoszillator da die richtige Lösung? Gibt es sinnvollere Alternativen (die meinen geringen Horizont nicht vollkommen übersteigen)?
Ich wuerde dir da zu einem Transistoroszillator raten. Die kannst du bis in den GHZ Bereich bauen. ABer gib mal genauere Information rueber . Mit wieviel Pikofarad ist da zu rechnen und wie sollen deine Elektroden aussehen. Sonst kann man da nichts genaueres drueber sagen. Gruss Helmi
Je nachdem, wie und wo du das machen willst, solltest du dir auch über die rechtliche Situation klar werden. So ein Oszillator kann gut und gern auch HF abstrahlen (vor allem, wenn die Spule etwas größer ausgeführt wird) und damit Funkdienste stören. Rein von der Aufgabenstellung her klingt das für mich wie eine typische Anwendung, die man in einem sogenannten ISM-Band (Instrial, Scientific, and Medical applications) betreiben sollte. Allerdings gibt es im von dir genannten Frequenzbereich kein ISM-Band. 27,12 MHz und 40,68 MHz sind dir vermutlich zu gering, das nächsthöhere mit 433,92 MHz ist schon nicht mehr ganz trivial aufzubauen.
p.s.: Es gibt in der BRD auch eine ISM-Genehmigung bei 150 MHz, aber die ist ausdrücklich nur für Hochfrequenzmagnetfeld-Therapie bestimmt und auf einen sehr schmalen Bereich mit starken Restriktionen bezüglich der abgestrahlten Feldstärke beschränkt.
Angehängte Dateien:
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sensorprinzip.JPG
6,9 KB
Ich habe mal eine Grafik des Sensorprinzips angehängt wie ich es mir vorstelle. Die Leiterschleife soll in den Boden eingebracht werden. Die Leiterschleife soll als Leiterbahn auf eine Platine geätzt und mit Schutzlack überzogen werden. Die maximale Kapazität in H20 habe ich mit ca. 78 pF und einer Kapazitätsdifferenz von ca. 73 pF zur Leiterschleife in Luft errechnet. @Helmut Ich hoffe damit konnte ich Deine Frage beantworten. Kannst Du mir vielleicht eine leicht verständliche Quelle nennen, in der ich mich einlesen könnte? @Jörg Strahlt eine solche geplante Schaltung denn schon so stark? Die beiden unteren genannten Frequenzen sind schon recht grenzwertig niedrig. Laut der Literatur sollte man die Messung schon bei rund 150 MHz durchführen. Für mich wäre jedoch auch schon ein Oszillator mit einer der niedrigen Frequenzen nicht trivial, ein Oszillator mit ca. 433 MHz würde schon sehr gut in die Aufgabe passen.
Fuers erste mal hier http://de.wikipedia.org/wiki/Clapp-Schaltung >ein Oszillator mit ca. 433 MHz würde schon sehr gut in die Aufgabe passen. Nur ein Oszilltor fuer 433 MHz ist nicht gerade mal so eben zusammengebaut. Da gehoert schon einiges an Erfahrung zu um den vernueftig zum laufen zu bekommen. Auch wirst du Probleme mit deiner Leiterschleife dabei bekommen. Die kommt naemlich in die Groessenordnung der Wellenlaenge (70cm bei 433 MHz) und da kannst du nicht mehr von einer reinen Kapazitaet ausgehen. >ca. 78 pF und einer Kapazitätsdifferenz von ca. 73 pF zur Leiterschleife >in Luft errechnet. Das heist also die Kapazitaet aendert sich von 5pF nach 78 pF ? oder von 78pF nach 73pF ? Das zweite ist nicht gerade viel und damit schwer zu messen. Gruss Helmi
Helmut, ich stimme Dir zu, dass ein Oszillator mit 433 MHz meine Kenntnisse weit übersteigt, das tun jedoch schon deutlich niedrigere Frequenzen. Die Kapazität ändert sich von 5 pF (Luft) auf 78 pF (H20). Ganz vergessen, vielen Dank für eure Antworten! Felix
Felix Seifert wrote:
> Strahlt eine solche geplante Schaltung denn schon so stark?
Naja, so eine Leiterschleife ist letztlich weiter nichts als eine
Rahmenantenne (heutzutage auch als ,magnetische Antenne' bekannt).
Dass du sie im Boden vergraben willst, hattest du anfangs nicht
geschrieben, das dämpft natürlich die Abstrahlung auf jeden Fall
nochmal (je nach Tiefe).
Was mir gerade in den Sinn kommt: Kann man die Bodenfeuchtigkeit auch ueber eine Daempfungsmessung von Funkwellen im Erdreich bestimmen? Mir wuerden dazu u.a. die 2.4 GHz Funk-Transceiver (a.k.a. ZigBee, IEEE 802.15.4 ...) einfallen. Die gibts als fertige Module aufgebaut und zertifiziert und man brauchte sich nicht mit den Details einer eigenen HF Entwicklung zu befassen. Habe nach einer orientierenden Googelung dazu einen Artikel gefunden "Schlemm,U.; Leschnik,W.: Einfluss von Inhomogenitäten auf die Messung von Feuchte- und Salzgehalt von Baustoffen mit Mikrowellen" (http://www.baufachinformation.de/artikel.jsp?v=1758) Axel
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