李海洲，于勁松

（上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

使用生物質(zhì)傳感器確定的數(shù)量數(shù)據(jù)可以得到更好的精確到點(diǎn)的作物密度圖。改良的作物密度圖有幾個(gè)方面的益處。首先，改進(jìn)的地圖能夠使生產(chǎn)者做出更好的田間管理決策。生產(chǎn)者可以利用這些資料，獲得一個(gè)地質(zhì)參考作物產(chǎn)量圖，該圖中能展示一塊田地中精確到點(diǎn)的生物質(zhì)產(chǎn)量的區(qū)別[1]。對(duì)這方面的了解可以使生產(chǎn)者作出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，從而提高生產(chǎn)效率。第二，種子公司可以從這些數(shù)量傳感器受益，定量的得到作物植株的存活率。種子的萌發(fā)率、秸稈存活率和單株產(chǎn)量數(shù)據(jù)的獲得，有助于對(duì)農(nóng)民和種子公司之間的糾紛進(jìn)行仲裁。第三，傳感器確定的作物數(shù)量信息可以在與作物相關(guān)的其他領(lǐng)域的幫助研究人員[2]。例如，這些數(shù)據(jù)可能有助于植物育種專家評(píng)估大型生產(chǎn)田地的新品種。最后，估計(jì)得到的生物數(shù)量可用于進(jìn)行生物質(zhì)收集和做出處理決定。

玉米秸稈數(shù)量的傳感器的開(kāi)發(fā)，主要有侵入式（機(jī)械）和非侵入式（電磁式）設(shè)計(jì)兩種。然而，那些具有穩(wěn)定檢測(cè)精度的方法并沒(méi)有得到很好的開(kāi)發(fā)。在產(chǎn)量變化范圍比較大的條件下，機(jī)械設(shè)計(jì)容易低估植株數(shù)量[3]。1995～1997這種機(jī)械傳感器得到了改進(jìn)，并進(jìn)行了田間測(cè)試?？梢钥闯鲈谟?jì)算的精確度方面，該傳感器得到了改進(jìn)，但該傳感器對(duì)玉米數(shù)量產(chǎn)生了低估，在所有的操作條件下進(jìn)行的測(cè)試中，平均低估水平在4.4%。前人的研究認(rèn)為，電容設(shè)計(jì)的靈敏度低、感應(yīng)距離不足的缺點(diǎn)，限制了低水分含量的玉米秸稈的檢測(cè)準(zhǔn)確性[4－6]。比較了非侵入式和侵入式檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)后，非侵入式的生物辨識(shí)技術(shù)是比較有效的，因?yàn)榍秩胧皆O(shè)計(jì)中機(jī)械部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)限制運(yùn)行速度。非侵入式的方法可以減少動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，并收集更多的信息，用于從背景噪音辨識(shí)出所需的生物量信息。

此外，非侵入式傳感器通常需要較少的維護(hù)，不易受到機(jī)械污垢的影響，并有較長(zhǎng)的壽命?；谇叭搜芯康某晒?jīng)驗(yàn)，以及電容式近距離傳感器在其他領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，選擇了電容式設(shè)計(jì)作為本研究的重點(diǎn)。

1 方法與設(shè)計(jì)

1.1 檢測(cè)模型設(shè)計(jì)

本研究中，玉米秸稈是生物質(zhì)近距離傳感器的測(cè)試測(cè)試對(duì)象。周圍空氣和玉米秸稈之間的水分含量的差異是辨識(shí)秸稈一個(gè)重要參數(shù)。電容式傳感器設(shè)計(jì)的目的根據(jù)水分含量變化引起的介電常數(shù)的變化而產(chǎn)生一個(gè)電容變化的響應(yīng)。文氏振蕩器[7]可以將頻率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙葑兓；陬l率電壓轉(zhuǎn)換的鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)，用來(lái)產(chǎn)生電壓信號(hào)，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）進(jìn)行記錄。電路圖設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 電路圖設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.1 Functional diagram of sensor circuitry and data acquisition system

基于電容變化來(lái)檢測(cè)水分含量的非侵入式傳感技術(shù)是一種比較流行的技術(shù)，它具有成本低、所需維護(hù)少的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)殡p面設(shè)計(jì)（在該應(yīng)用中）需要使兩個(gè)電極板嚴(yán)格排成直線，并且在兩個(gè)極板之間需要長(zhǎng)的電線相連，這將會(huì)降低其性能、增加安裝的復(fù)雜性和提高成本，所以在研究中選擇了單面設(shè)計(jì)。為了簡(jiǎn)化檢測(cè)模型的結(jié)構(gòu)，研究過(guò)程中設(shè)計(jì)了一個(gè)固態(tài)電極模型。為了提高該設(shè)計(jì)的靈敏度，對(duì)該模型的幾何參數(shù)進(jìn)行了研究。主要有以下幾個(gè)參數(shù)可能會(huì)影響固態(tài)電極設(shè)計(jì)的性能：電極寬度，電極間距，電極厚度和電極長(zhǎng)度（見(jiàn)圖2）。

圖2 固態(tài)電極設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)Fig.2 Critical parameter for solid electrode pattern

1.2 電路設(shè)計(jì)

檢測(cè)單元能夠?qū)⒑啃畔⑥D(zhuǎn)換電容的信息。為了檢測(cè)和處理該電容變化需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。在這項(xiàng)研究中，使用了一個(gè)振蕩器和頻率電壓轉(zhuǎn)換器將電容的變化轉(zhuǎn)化成了電壓的變化。電路和數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的功能圖如圖1所示。

文氏振蕩器用來(lái)將檢測(cè)元件的電容變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化。文氏振蕩器（見(jiàn)圖3）是一種較常用的低頻振蕩器，它使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的電路輸出了一個(gè)正弦波。該文氏橋振蕩器的性能可以用數(shù)學(xué)增益分析進(jìn)行描述[8]，它提供了穩(wěn)定的振蕩頻率：在圖3中，C=C1=C2，R=R1=R2。

圖3 文氏振蕩器電路原理Fig.3 Circuit schematic of a Wien-Bridge oscillator

在傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，文氏振蕩器電路中的檢測(cè)元件是電容C1和C2（見(jiàn)圖4）。目標(biāo)電容是C3，C4，C5和C6，它們受C7的影響。把秸稈接地可以減少C7的值并防止電荷在秸稈上集聚。后面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，沒(méi)有接地的秸稈之后，信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)降低。幸運(yùn)的是，在收割條件下秸稈是天然接地的。圖4a顯示了檢測(cè)單元、玉米秸稈和大地之間的的相互作用關(guān)系。檢測(cè)單元（C3，C4，C5和C6）中的各個(gè)電極之間以及玉米秸稈之間也會(huì)產(chǎn)生電容。

圖4 包含檢測(cè)元件和玉米秸稈的文氏振蕩器電路Fig.4 Circuit schematic of a Wien-Bridge oscillator including the detection elements and corn stalk

玉米秸稈是一種介電常數(shù)高于周圍空氣的絕緣材料，其介電常數(shù)的大小取決于秸稈水分含量。當(dāng)秸稈接近檢測(cè)單元時(shí)，電容C1、C2、C3、C4、C5和C6的值會(huì)增加。電容的變化會(huì)影響到振蕩器電路并產(chǎn)生相應(yīng)的頻率變化。電容的變化率（C有秸稈/C無(wú)秸稈）比相應(yīng)的電容值更重要，因?yàn)樗碚髁藗鞲衅鞯撵`敏度[9]。

試驗(yàn)中使用了一個(gè)商用的鎖相環(huán)集成電路來(lái)做為頻率電壓轉(zhuǎn)換器。PLL是一個(gè)輸出信號(hào)的同步電路，同時(shí)對(duì)于頻率和相位來(lái)說(shuō)它是個(gè)參考信號(hào)[10]。在鎖相環(huán)鎖定之后，振蕩器的輸出信號(hào)和參考信號(hào)之間的相位差將是零或保持不變。這意味著鎖相環(huán)可以跟蹤輸入頻率的變化，并且鎖相環(huán)輸出電壓與輸入頻率是成比例變化的，它也就是振蕩器的輸出。試驗(yàn)中，使用了一個(gè)通用運(yùn)算放大器（運(yùn)放）來(lái)放大鎖相環(huán)輸出、提供阻抗匹配、進(jìn)行電壓偏移調(diào)整、提供與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的全量程輸入范圍匹配，以提高數(shù)字信號(hào)的分辨率。

1.3 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間測(cè)試實(shí)驗(yàn)中使用了一個(gè)Case－IH 2344收割機(jī)以及一個(gè)附屬的Case－IH 1063型6行玉米割臺(tái)。傳感器安裝在了最右邊的收割行。在傳感器的數(shù)據(jù)輸出端連接了一個(gè)12位的數(shù)據(jù)采集單元（DAQ）（美國(guó)國(guó)家儀器，USB－6008），該采集單元由位于收割機(jī)駕駛室的便攜式計(jì)算機(jī)控制。一個(gè)多芯屏蔽線用于給傳感器系統(tǒng)供電，并將傳感器的數(shù)據(jù)輸出口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接在一起。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與便攜式計(jì)算機(jī)之間用一個(gè)3 m長(zhǎng)的USB線來(lái)連接。數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率設(shè)定在10 KS·s－1，電壓輸入范圍為±5 V。試驗(yàn)中用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和輸出波形（電壓的大小與時(shí)間）。

每個(gè)測(cè)試樣本（見(jiàn)圖5）是一個(gè)長(zhǎng)約9.1 m（30英尺）的行段。除了兩端的各15個(gè)秸稈，以及中間的兩個(gè)秸稈保留以外，樣本行內(nèi)的其他秸稈均要砍掉，為中間的兩個(gè)基準(zhǔn)秸稈留下空隙。在收獲前，從中間這兩個(gè)秸稈中隨機(jī)挑選一個(gè)砍掉，作為秸稈含水率的參考標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 田間測(cè)試樣本布置Fig.5 Field test subsample schematic

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測(cè)模型的測(cè)試結(jié)果

最初的固態(tài)接地電極的優(yōu)化是通過(guò)建模和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)完成的。結(jié)果表明對(duì)檢測(cè)單元的整體性能影響最大的兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)：接地電極寬度和電極間距。模擬及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6～8所示。當(dāng)寬度小于40 mm時(shí)，接地電極寬度對(duì)電容變化有著很強(qiáng)的積極影響；但當(dāng)寬度大于50 mm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響（見(jiàn)圖7）。在對(duì)電極間距的考察中發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢(shì)（見(jiàn)圖8）。為了平衡性能和設(shè)計(jì)尺寸，選擇了下面的檢測(cè)單元設(shè)計(jì)參數(shù)：正極寬2 mm，電極間距20 mm，接地電極寬50 mm，電極長(zhǎng)度100 mm。

圖6 不同接地電極寬度和電極間距條件下固態(tài)電極的模擬電容變化Fig.6 Modeled capacitance change for solid electrode pattern at different ground electrode widths and inter‐electrode gaps

圖7 不同接地電極寬度條件下固態(tài)電極的實(shí)測(cè)電容變化Fig.7 Measured capacitance change for different ground electrode widths

圖8 不同電極間距條件下固態(tài)電極的實(shí)測(cè)電容變化Fig.8 Measured capacitance change for different inter‐electrode gaps

選擇了最終的設(shè)計(jì)參數(shù)之后，使用了橡膠稈（ε=5）來(lái)代替秸稈對(duì)檢測(cè)單元的性能進(jìn)行了模擬，以確定其性能特點(diǎn)。在一系列的標(biāo)本-傳感器間距范圍的輸出電容的變化如圖9所示。位置1和5分別是正、負(fù)極邊緣，位置2到位置4均勻地分布在該模型的寬度方向上。這些結(jié)果表明，該固態(tài)電極在正極附近（位置1）是最敏感的。

圖9 沿檢測(cè)元件寬度方向上不同傳感器-秸稈間距和位置的模擬電容變化Fig.9 Modeled capacitance change at different sensorto-stalk distances and positions along the width of the detection element

2.2 電路建模和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

試驗(yàn)中首先利用Pspice（商用電路建模套件）對(duì)文氏橋振蕩器進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，然后在實(shí)驗(yàn)室中制作了它的原型。在模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，檢測(cè)單元的電容均設(shè)定為1.3 pF，該電容是經(jīng)過(guò)優(yōu)化得到的電容值。在選擇基本操作頻率時(shí)，只對(duì)電阻（R1和R2）進(jìn)行了調(diào)整。試驗(yàn)中使用一個(gè)毫安級(jí)的熱噪聲電流來(lái)啟動(dòng)振蕩器。PSPICE模擬為制作振蕩器的物理原型提供了概念的指導(dǎo)。試驗(yàn)中，將振蕩器以及電阻R1和R2的電位器制作在了印刷電路板上。確定其他電阻值時(shí)，R1和R2的值可以通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍是從10到250 kΩ。振蕩頻率使用通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)中，通過(guò)不斷調(diào)整電阻值來(lái)確定基本操作頻率。

模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10和11所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)R1值增加時(shí)，振蕩器基礎(chǔ)工作頻率會(huì)減少。但是，改變R2的值對(duì)基礎(chǔ)工作頻率的影響不大。對(duì)這兩個(gè)數(shù)值來(lái)說(shuō)，關(guān)注的是PSPICE模擬輸出和印刷電路板的測(cè)量輸出之間的差異。例如，當(dāng)R1和R2為50 kΩ時(shí)，測(cè)量和模擬結(jié)果分別為152和950 kHz。

圖10 R1對(duì)振蕩器頻率影響的模擬和測(cè)試結(jié)果Fig.10 Modeled and measured effect of R1on the oscillation frequency

圖11 R2對(duì)振蕩器頻率影響的模擬和測(cè)試結(jié)果Fig.11 Modeled and measured effect of R2on oscillation frequency

結(jié)果的不同可能是由于在PCB板上與傳感器低電容共同存在的寄生電容造成的。由于傳感器的電容小于1.5 pF，所以復(fù)雜的電路板布局引入的寄生電容對(duì)傳感器電容來(lái)說(shuō)是不能忽略的。寄生電容具有不可測(cè)量和不穩(wěn)定的特點(diǎn)。寄生電容的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致非常復(fù)雜的電容相互作用。對(duì)PSpice模型來(lái)說(shuō)，當(dāng)寄生電容不能忽略不計(jì)時(shí)，它就不能準(zhǔn)確地反映實(shí)際電路的情況。

考慮到模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果之間的巨大差距，以及該模型并不能夠準(zhǔn)確地反映實(shí)際電路特性，研究中專注于用測(cè)量結(jié)果來(lái)完成振蕩器的設(shè)計(jì)。因此，R1和R2的最佳值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。試驗(yàn)中研究了針對(duì)R1和R2的一個(gè)二維測(cè)試矩陣是，R1和R2的值設(shè)定在10，25，50，100，150，200和250 kΩ。振蕩器和檢測(cè)單元附著在了一個(gè)靜態(tài)測(cè)試結(jié)構(gòu)上，將傳感器－樣品間距設(shè)置為2 cm，使用一個(gè)介電常數(shù)為8的橡膠桿作為測(cè)試樣本。針對(duì)R1和R2各個(gè)組合，試驗(yàn)中測(cè)試了有樣本和無(wú)樣本的基本頻率，并對(duì)振蕩器頻率的相對(duì)變化進(jìn)行了計(jì)算。

對(duì)應(yīng)于R1和R2的振蕩器的輸出頻率變化如圖12所示。顏色較深的表示靈敏度高的區(qū)域。試驗(yàn)中確定了三個(gè)相對(duì)敏感的區(qū)域（區(qū)域1，2，3）。1區(qū)只代表了一個(gè)局部的最大值，而不是全局的。2區(qū)代表的振蕩器穩(wěn)定的區(qū)域是值得商榷的。實(shí)驗(yàn)測(cè)試的該區(qū)域的頻率具有較大的漂移。因此，選擇3區(qū)作為R1和R2的最佳組合。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，對(duì)R1和R2的值做了進(jìn)一步修正，以確定最佳的操作參數(shù)。最終，R1和R2的值分別為43和169 kΩ。該文氏振蕩器的基本輸出頻率是245 kHz。

圖 12 R1和R2的傳感器靈敏度-橡膠桿（ε=8）、傳感器-樣本間距=2 cmFig.12 Sensor sensitivity with R1and R2-rubber rod(ε=8)and 2 cm sensor-specimen distance

本設(shè)計(jì)中使用的鎖相環(huán)是一個(gè)74HCT4046通用鎖相環(huán)集成電路。通過(guò)對(duì)兩個(gè)外部電容（C11和C12）和三個(gè)外部電阻（R11，R12和R13）進(jìn)行篩選，最終確定了該鎖相環(huán)電路的操作參數(shù)。首先確定了電路的中心頻率和偏移頻率。選擇的中心頻率要與振蕩器的基本輸出頻率（245 kHz）相匹配，中心頻率的值是通過(guò)對(duì)外部電阻R11進(jìn)行選擇確定的。偏移頻率是由預(yù)期秸稈水分含量對(duì)振蕩器輸出的影響決定的。測(cè)試結(jié)果表明，高水分含量的秸稈（水分含量=85%）對(duì)振蕩器輸出頻率產(chǎn)生了9 kHz變化影響。設(shè)置多于兩個(gè)的安全系數(shù)，以確保操作頻帶寬度能夠包含所有可能的振蕩器的輸出頻率和基線漂移情況。因此，選擇了20 kHz的偏移頻率，它相當(dāng)于40 kHz的工作頻段寬度。偏移頻率是通過(guò)選擇外部電阻R12的適合值確定的。外部元件（R11，R12和C11）近似值，是通過(guò)鎖相環(huán)數(shù)據(jù)表中針對(duì)5 V電源電壓的電壓控制振蕩器（VCO）曲線來(lái)確定的。其中C11的值為10 nF；在電阻R11和R12的阻值約為100和50 kΩ時(shí)，獲得了需要的中心頻率和偏移頻率。

外部元件的最終值是通過(guò)試驗(yàn)確定的，試驗(yàn)中使用了一個(gè)可編程的電源（安捷倫E3631A）和一個(gè)通用計(jì)數(shù)器?？删幊痰碾娫醋鳛閂CO的輸入，C11的值設(shè)為10 nF?？删幊痰碾娫垂?yīng)器設(shè)置為VCC的1/2（2.5 V），以生產(chǎn)VCO的輸出引腳中心頻率。VCO的輸出使用通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)調(diào)整R11的值來(lái)獲得目標(biāo)輸出頻率。電源電壓從Vmin（0.9 V）變化到Vmax（4.1 V），并通過(guò)調(diào)整R12的值來(lái)獲得所需的偏移頻率（20 kHz）。C11、R11和R12的最終值分別為10 nF，100 kΩ和33 kΩ時(shí)。

PLL的動(dòng)態(tài)特性（鎖定時(shí)間、PLL帶寬及、穩(wěn)定性）決定于它的低通濾波器（C12和R13）。低通濾波元件的初始值是用飛利浦公司的PLL設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)作了幾個(gè)假設(shè)：秸稈出現(xiàn)的頻率是18 Hz，每個(gè)秸稈的通過(guò)時(shí)間是5.5 ms，假設(shè)玉米秸稈直徑為1 cm（非常小的秸稈直徑），聯(lián)合收割機(jī)的收割速度為6.5 km·h－1（非常高收割速度），和平均秸稈間距10 cm（典型間距為15 cm）。秸稈出現(xiàn)的頻率18 Hz，每個(gè)秸稈的通過(guò)時(shí)間5.5 ms是玉米收獲時(shí)一個(gè)合理的極限值。實(shí)際上，傳感器的反應(yīng)時(shí)間大大低于5.5 ms。對(duì)該設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，鎖定時(shí)間設(shè)定為 2，阻尼系數(shù)（ξ）約為 0.7（0.4＜ξ＜1）。低通濾波器最終的元件值，是在連接了振蕩器和PLL電路后，在信噪比分析的基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。峰與峰之間的噪聲值約為80 mV，信號(hào)值通常高于1 V。因此，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中最終的信噪比是大于10的。低通濾波器中C12和R13最終參數(shù)值為1 200 pF和200 kΩ。

2.3 田間測(cè)試結(jié)果

田間試驗(yàn)的目標(biāo)是收集具有代表性的收割工況的數(shù)據(jù)。在預(yù)試驗(yàn)中，秸稈水分含量（MC）和傳感器－秸稈間距被確定為影響傳感器性能的關(guān)鍵因素。收獲之前要對(duì)每個(gè)樣本中每個(gè)秸稈的位置進(jìn)行記錄。每個(gè)秸稈位置被精確記錄到0.1英尺（～3 cm）。并排的秸稈或雙秸稈之間的空隙也被記錄了下來(lái)。莖的直徑大于2.6 cm和小于1.5 cm的使用卡鉗進(jìn)行了測(cè)量和記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。

圖13 田間預(yù)試驗(yàn)傳感器的典型輸出信號(hào)Fig.13 Typical sensor output signal from the field test

收獲前記錄了每個(gè)秸稈的位置，因此圖5中的每個(gè)秸稈可以與圖13中的每個(gè)峰相對(duì)應(yīng)。可見(jiàn)該傳感器可以有效地鑒定秸稈的存在。這為下一步使用該生物質(zhì)傳感器繪制精確到點(diǎn)的作物密度圖打下了良好的基礎(chǔ)。

3結(jié)論

這項(xiàng)研究的具體目標(biāo)是開(kāi)發(fā)、制作和測(cè)試檢測(cè)玉米秸稈的電容式近距離傳感器。在這項(xiàng)研究中所取得的成果的基礎(chǔ)上，可得出以下結(jié)論：

固態(tài)電極的檢測(cè)單元設(shè)計(jì)參數(shù)：正極寬2 mm，電極間距20 mm，接地電極寬50 mm，電極長(zhǎng)度100 mm；固態(tài)電極在正極附近是最敏感的。

通過(guò)對(duì)電路建模和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試發(fā)現(xiàn)：對(duì)PSpice模型來(lái)說(shuō)，當(dāng)伴生電容不能忽略不計(jì)時(shí)，它就不能準(zhǔn)確地反映實(shí)際電路的情況。振蕩器的設(shè)計(jì)中對(duì)R1和R2進(jìn)行了優(yōu)化研究，確定R1和R2的最佳操作參數(shù)分別為43和169 kΩ，此時(shí)該文氏振蕩器的基本輸出頻率是245 kHz。

此外，試驗(yàn)中還對(duì)鎖相環(huán)的電路操作參數(shù)進(jìn)行了篩選。最終鎖相環(huán)電路中兩個(gè)外部電容（C11和C12）和三個(gè)外部電阻（R11，R12和R13）的最佳操作參數(shù)為10 nF、1 200 pF、100 kΩ、50 kΩ和200 kΩ。

同時(shí)，田間測(cè)試的結(jié)果顯示，該傳感器可以有效地鑒定玉米秸稈的存在。

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