專利名稱：接觸式物體含水量感測裝置及感測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物體含水量感測裝置及方法，特別是涉及一種接觸物體以感測物體的含水量的感測裝置及感測方法。
背景技術(shù)：
先前技術(shù)的接觸式含水量傳感器的類型包括下列數(shù)種(1)在感測組件為一絕緣基板上刻錄電路，并在基板表面配置一化學(xué)物質(zhì)，如高分子材質(zhì)，以借由化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)變化以呈現(xiàn)感測組件所處環(huán)境的含水量。(2)利用陶瓷材質(zhì)配合電路設(shè)計來制作感測組件，將陶瓷多孔的吸水特性結(jié)合電量傳導(dǎo)率調(diào)整技術(shù)，以借由水分吸收量引發(fā)的物質(zhì)的電量傳導(dǎo)率變化，推算出感測組件所在環(huán)境的含水量。( 將電解液的離子傳導(dǎo)技術(shù)結(jié)合于感測組件，借由感測組件的水份吸收量來影響電解液的離子傳導(dǎo)率變化，并借此變化推算出感測組件所在環(huán)境的含水量。(4)感測組件結(jié)合熱傳導(dǎo)技術(shù)，借由水吸收熱量的特性，借由水分吸收量引發(fā)的物質(zhì)熱傳導(dǎo)率變化，推算出感測組件所在環(huán)境的含水量。然而，表面配置化學(xué)物質(zhì)的感測組件，其是將兩個電性極片結(jié)合化學(xué)物質(zhì)，再將電性極片與化學(xué)物質(zhì)結(jié)合于絕緣基板的電路，令其結(jié)合一體，工序復(fù)雜度相當(dāng)?shù)母摺Ｏ嗤模?電解液技術(shù)的感測組件亦需配置適當(dāng)?shù)碾娊庖阂越Y(jié)合感測組件，同時需分析電解液的離子傳導(dǎo)率，此類感測組件的制作復(fù)雜度皆不低，成本亦不菲。其次，組件表面配置化學(xué)物質(zhì)的接觸式含水量傳感器，其需以接觸方式感測目標(biāo)物含水量，如土地含水量、粉狀物含水量， 然而此等化學(xué)物質(zhì)會因長時間接觸目標(biāo)物，而引發(fā)不必要的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)劣化 (化學(xué)物質(zhì)變質(zhì)、脆化、粉化...等)的情形產(chǎn)生。相同的，陶瓷材質(zhì)的感測組件于長期接觸目標(biāo)物，乃全天候感測目標(biāo)物含水量，因此組件的陶瓷部位也容易有劣化情形發(fā)生，如脆化或粉化，導(dǎo)致組件壽命的降低，且組件在感測含水量時其穩(wěn)定性亦不足。其三，接觸式傳感器常應(yīng)用于感測土壤含水量，而組件壽命的低下與組件的劣化，導(dǎo)致此類接觸式傳感器難以應(yīng)用于長期感測土壤含水量的感測作業(yè)，而且一但組件劣化情形發(fā)生，感測到的含水量數(shù)據(jù)必為異常不可用，故無法精確的量測土壤水分含量。其四，如土壤這類的目標(biāo)物，其內(nèi)含液體的成份較為復(fù)雜，然此類液體亦含有水份，但現(xiàn)今的含水量傳感器多會排除此等非純水類的成份，所量測出的含水量亦有待商確。由此可見，上述現(xiàn)有的接觸式物體含水量感測裝置及感測方法在結(jié)構(gòu)與使用上， 顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何提供不易劣化，且能以接觸方式長期監(jiān)測目標(biāo)物水分含量或含水量的含水量傳感器，實屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種適用于接觸感測目標(biāo)物的含水量的物體含水量感測裝置及感測方法。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種接觸式物體含水量感測裝置，其包括一感測單元，其包括一基板與一銅箔，該銅箔配置于該基板上，該感測單元用以接觸一目標(biāo)物，該銅箔受電而形成一等效電容；一電力單元，用以電性連接該感測單元并供電予該銅箔；以及一運算單元，電性連接該感測單元，用以分析該等效電容的電容值，以計算出該目標(biāo)物的含水量。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的接觸式物體含水量感測裝置，其還包括一存儲單元，該存儲單元儲存多個頻率數(shù)據(jù)與其對應(yīng)的多個含水量數(shù)據(jù)，該運算單元分析該等效電容的充放電信號，將該充放電信號轉(zhuǎn)換成一脈沖信號，再將該脈沖信號轉(zhuǎn)換成一頻率信號，再利用該頻率信號對比該等頻率數(shù)據(jù)，依據(jù)該等含水量數(shù)據(jù)以計算出該目標(biāo)物的含水量。前述的接觸式物體含水量感測裝置，其中所述的感測單元更配置有一保護(hù)層，該保護(hù)層配置于該銅箔表面。前述的接觸式物體含水量感測裝置，其還包括一存儲單元，電性連接該感測單元， 其記錄一電容邊界數(shù)據(jù)，該運算單元在該電容值符合該電容邊界數(shù)據(jù)時，計算出該目標(biāo)物的含水量。前述的接觸式物體含水量感測裝置，其還包括一提示單元和一存儲單元，分別電性連接該感測單元，該存儲單元儲存有多個提示條件，當(dāng)該運算單元判定該目標(biāo)物的含水量符合該等提示條件中的一目標(biāo)提示條件時，以利用該提示單元輸出對應(yīng)該目標(biāo)提示條件的一提示信號。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種接觸式物體含水量感測方法，其包含以下步驟經(jīng)由一感測單元接觸一目標(biāo)物，該感測單元配置有一銅箔；經(jīng)由一電力單元供電予該銅箔，該銅箔受電而形成一等效電容；以及經(jīng)由一運算單元分析該等效電容的電容值，以計算出該目標(biāo)物的含水量。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的接觸式物體含水量感測方法，其中由一運算單元分析該等效電容的電容值，以計算出該目標(biāo)物的含水量的該步驟包括將該等效電容的充放電信號轉(zhuǎn)換成一脈沖信號；將該脈沖信號轉(zhuǎn)換成一頻率信號；對比該頻率信號與多個頻率數(shù)據(jù)，每一頻率數(shù)據(jù)對應(yīng)一含水量數(shù)據(jù)；以及依據(jù)對比結(jié)果以從該等含水量數(shù)據(jù)找出該頻率信號對應(yīng)的含水量數(shù)據(jù)，以計算出該目標(biāo)物的含水量。前述的接觸式物體含水量感測方法，其中由一運算單元分析該等效電容的電容值，以計算該目標(biāo)物的含水量的該步驟還包括紀(jì)錄一電容邊界數(shù)據(jù)；以及判斷該電容值是否符合該電容邊界數(shù)據(jù)，以決定是否計算該目標(biāo)物的含水量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明接觸式物體含水量感測裝置及感測方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明采用銅箔，作為感測單元的構(gòu)件之一，銅箔材料會因為所接觸的物體、環(huán)境的含水量不同，產(chǎn)生較為明顯示物理量變化，如阻抗與本發(fā)明所提及的電容值，而且此物理量變化是具有特定的規(guī)律性， 故銅箔材料將有助于提升物體含水量的量測準(zhǔn)確度。其次，銅箔的金屬特質(zhì)，將使銅箔本身不會產(chǎn)生如陶瓷材料與高分子材料般的易劣化情形，除了有助于提升物體含水量的量測準(zhǔn)確度外，更可延長感測組件的使用壽命，大幅提升感測裝置的適用性。其三，借由銅箔的電容值變化特性，即使感測組件應(yīng)用于感測如土壤這類成份復(fù)雜的目標(biāo)物，亦能測得非純水類液體的含水量，故量測出的含水量較為精確。 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1繪示本發(fā)明實施例的接觸式物體含水量感測裝置架構(gòu)示意圖。圖2繪示本發(fā)明實施例的信號變化示意圖。圖3繪示本發(fā)明實施例的銅箔面積與電容值對照表的示意圖的一例。圖4繪示本發(fā)明接觸式物體含水量感測裝置的一實施例示意圖。圖5繪示本發(fā)明接觸式物體含水量感測裝置的另一實施例示意圖。圖6繪示本發(fā)明實施例的接觸式物體含水量感測方法的流程示意圖。圖7繪示本發(fā)明實施例的分析等效電容的充放電信號以計算目標(biāo)物含水量的細(xì)部流程示意圖。圖8繪示本發(fā)明實施例的依據(jù)電容邊界數(shù)據(jù)判斷是否啟動計算目標(biāo)物含水量的細(xì)部流程示意圖。10 感測單元12 銅箔21 運算單元212 脈沖轉(zhuǎn)頻率模塊22:電力單元24:提示單元32 含水量數(shù)據(jù)332 電容邊界數(shù)據(jù)40 充放電信號42 脈沖信號44 低頻信號52 工廠
11 基板 13 保護(hù)層
211 鋸齒波轉(zhuǎn)脈沖模塊 213 頻率轉(zhuǎn)含水量模塊 23 存儲單元 31 頻率數(shù)據(jù) 331 銅箔截面積數(shù)據(jù) 34 提示條件 41 鋸齒波 43 高頻信號 51 花盆
60 銅箔面積與電容值對照表
具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的接觸式物體含水量感測裝置及感測方法其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。首先請參閱圖1繪示本發(fā)明實施例的接觸式物體含水量感測裝置架構(gòu)示意圖，裝置主要包括一感測單元10、一運算單元21與一電力單元22。感測單元10配置有一基板11與一銅箔12，銅箔12配置于基板11上，以下實施例以方形的銅箔12進(jìn)行說明，但不以方形為限，其它如圓形、三角形、多角形等其它形狀的銅箔12亦適用。感測單元10用以接觸一目標(biāo)物(未繪示)，此目標(biāo)物如土壤、墻壁、電器設(shè)備或是其它可被接觸的物體皆適用。在本發(fā)明一些實施例中，感測單元10更可配置有一保護(hù)層13，保護(hù)層13配置于銅箔12表面，其中，保護(hù)層13為一層膠膜或化學(xué)薄膜，用以防止銅箔氧化，避免銅箔因氧化而影響到偵測準(zhǔn)確性。運算單元21與電力單元22分別連接感測單元10。電力單元22用以供電予銅箔 12，銅箔12受電且鄰接目標(biāo)物時，會形成一等效電容，以進(jìn)行一充放電動作，依據(jù)該目標(biāo)物的含水量的不同，等效電容具有的電容值亦有差異。其中，電力單元22的供電動作可受運算單元21的控管，或是獨立運作，根據(jù)設(shè)計人員的需求而進(jìn)行設(shè)計。在一些實施例中，運算單元21用以分析上述等效電容的電容值，以計算出目標(biāo)物的含水量。運算單元21對目標(biāo)物含水量的分析，請同時參閱圖2，其繪示本發(fā)明實施例的信號變化示意圖。在此實施例中，銅箔12接受電力單元22的供電，會產(chǎn)生一電容，而依據(jù)目標(biāo)物的含水量不同時，其電容值亦有所不同，也就是說目標(biāo)物含水量的多少會影響到電容值， 電容值不同，會影響充放電時間常數(shù)，因此其對應(yīng)的充放電信號也會有所不同。充放電信號為一時間累積的信號，波形為鋸齒波，其頻率會依據(jù)電容值不同而對應(yīng)改變，因此即可依據(jù)頻率決來計算出含水量。在另一些實施例中，感測裝置更可包括一存儲單元23(如圖1所示)，此存儲單元 23儲存有多個頻率數(shù)據(jù)31與其對應(yīng)的多個含水量數(shù)據(jù)32。當(dāng)運算單元21會通過感測單元10分析出前述等效電容的電容值。在另一些實施例中，更進(jìn)一步時，運算單元21可分析等效電容的充放電信號40， 將該充放電信號轉(zhuǎn)換成一脈沖信號，再將該脈沖信號轉(zhuǎn)換成一頻率信號，再利用該頻率信號對比該等頻率數(shù)據(jù)，依據(jù)該等含水量數(shù)據(jù)以計算出該目標(biāo)物的含水量。運算單元21的細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖2繪示，運算單元21包括三個信號轉(zhuǎn)換模塊，一為鋸齒波轉(zhuǎn)脈沖模塊211、一為脈沖轉(zhuǎn)頻率模塊212、一為頻率轉(zhuǎn)含水量模塊213。充放電信號40轉(zhuǎn)換成時序圖時，會呈現(xiàn)一鋸齒波41。鋸齒波轉(zhuǎn)脈沖模塊211會將充放電信號40進(jìn)行信號濾整，以將鋸齒波41轉(zhuǎn)換為脈沖信號42。接著，脈沖轉(zhuǎn)頻率模塊212會依據(jù)上述的脈沖信號42，計算出充放電信號40的頻率，以將上述的脈沖轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的頻率信號。然而，依據(jù)脈沖信號42的信號內(nèi)容的不同，可轉(zhuǎn)換出的頻率信號亦有差異，如圖2呈現(xiàn)的高頻信號43與低頻信號44。之后，頻率轉(zhuǎn)含水量模塊213會利用頻率信號對比上述的頻率數(shù)據(jù)31，找出頻率信號對應(yīng)的含水量數(shù)據(jù)32，以計算出目標(biāo)物的含水量。然而，頻率轉(zhuǎn)換對應(yīng)含水量的運算數(shù)據(jù)亦得以預(yù)先儲存于運算單元21中，或設(shè)計于運算單元21所執(zhí)行的程序中，并不以上述預(yù)儲含水量數(shù)據(jù)32與頻率數(shù)據(jù)31為限。在另一些實施例中，更進(jìn)一步時，存儲單元23更儲存有一銅箔截面積數(shù)據(jù)331與對應(yīng)的一電容邊界數(shù)據(jù)332 (請參閱圖1)。運算單元21會先取得銅箔12的面積，此面積是預(yù)儲于存儲單元23中，或是使用者通過一運算單元21的接口輸入以供運算單元21使用。 接著，運算單元21可依據(jù)電容邊界數(shù)據(jù)332，當(dāng)分析出前述等效電容的電容值符合電容邊界數(shù)據(jù)332時，開始對目標(biāo)物進(jìn)行含水量的計算。在另一些實施例中，更進(jìn)一步時，可依據(jù)銅箔12的面積來計算出電容值。請同時參閱圖3繪示本發(fā)明實施例的銅箔面積與電容值對照表的示意圖的一例。前述銅箔12形成的等效電容，其電容值可通過下列公式1取得
權(quán)利要求
1.一種接觸式物體含水量感測裝置，其特征在于其包括一感測單元，其包括一基板與一銅箔，該銅箔配置于該基板上，該感測單元用以接觸一目標(biāo)物，該銅箔受電而形成一等效電容；一電力單元，用以電性連接該感測單元并供電予該銅箔；以及一運算單元，電性連接該感測單元，用以分析該等效電容的電容值，以計算出該目標(biāo)物的含水量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式物體含水量感測裝置，其特征在于其還包括一存儲單元，該存儲單元儲存多個頻率數(shù)據(jù)與其對應(yīng)的多個含水量數(shù)據(jù)，該運算單元分析該等效電容的充放電信號，將該充放電信號轉(zhuǎn)換成一脈沖信號，再將該脈沖信號轉(zhuǎn)換成一頻率信號， 再利用該頻率信號對比該等頻率數(shù)據(jù)，依據(jù)該等含水量數(shù)據(jù)以計算出該目標(biāo)物的含水量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式物體含水量感測裝置，其特征在于其中所述的感測單元更配置有一保護(hù)層，該保護(hù)層配置于該銅箔表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式物體含水量感測裝置，其特征在于其還包括一存儲單元，電性連接該感測單元，其記錄一電容邊界數(shù)據(jù)，該運算單元在該電容值符合該電容邊界數(shù)據(jù)時，計算出該目標(biāo)物的含水量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式物體含水量感測裝置，其特征在于其還包括一提示單元和一存儲單元，分別電性連接該感測單元，該存儲單元儲存有多個提示條件，當(dāng)該運算單元判定該目標(biāo)物的含水量符合該等提示條件中的一目標(biāo)提示條件時，以利用該提示單元輸出對應(yīng)該目標(biāo)提示條件的一提示信號。
6.一種接觸式物體含水量感測方法，其特征在于其包含以下步驟 經(jīng)由一感測單元接觸一目標(biāo)物，該感測單元配置有一銅箔； 經(jīng)由一電力單元供電予該銅箔，該銅箔受電而形成一等效電容；以及經(jīng)由一運算單元分析該等效電容的電容值，以計算出該目標(biāo)物的含水量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接觸式物體含水量感測方法，其特征在于其中由一運算單元分析該等效電容的電容值，以計算出該目標(biāo)物的含水量的該步驟包括將該等效電容的充放電信號轉(zhuǎn)換成一脈沖信號； 將該脈沖信號轉(zhuǎn)換成一頻率信號；對比該頻率信號與多個頻率數(shù)據(jù)，每一頻率數(shù)據(jù)對應(yīng)一含水量數(shù)據(jù)；以及依據(jù)對比結(jié)果以從該等含水量數(shù)據(jù)找出該頻率信號對應(yīng)的含水量數(shù)據(jù)，以計算出該目標(biāo)物的含水量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接觸式物體含水量感測方法，其特征在于其中由一運算單元分析該等效電容的電容值，以計算該目標(biāo)物的含水量的該步驟還包括紀(jì)錄一電容邊界數(shù)據(jù)；以及判斷該電容值是否符合該電容邊界數(shù)據(jù)，以決定是否計算該目標(biāo)物的含水量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接觸式物體含水量感測方法，其特征在于還包含以下步驟 經(jīng)由一存儲單元儲存有多個提示條件；以及當(dāng)該運算單元判定該目標(biāo)物的含水量符合該等提示條件中的一目標(biāo)提示條件時，經(jīng)由一提示單元輸出對應(yīng)該目標(biāo)提示條件的一提示信號。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種接觸式物體含水量感測裝置及感測方法，該裝置包括一電力單元、一感測單元與一運算單元。感測單元包括一基板與一銅箔，銅箔配置于基板上。感測單元用以接觸一目標(biāo)物，電力單元用以供電予銅箔，銅箔受電而形成一等效電容，該等效電容因應(yīng)目標(biāo)物的含水量而具有不同的電容值。運算單元電性連接至感測單元，用以分析該等效電容的電容值，以計算出目標(biāo)物的含水量。
文檔編號G01N27/22GK102565147SQ20101059198
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者林謙德 申請人:財團(tuán)法人資訊工業(yè)策進(jìn)會