应用在水土壤水分检测中的国产电容传感芯片

土壤含水量测定是指土壤中各种液态水分的定量确定。有时还包括冰和部分矿物结晶水，一般可分为采样法和原位测定法两大类。采样法是在田间采样后测定土样含水量，原位测定法是利用仪器设备直接在田间测定土壤含水量的方法。

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农业是支撑国民经济建设和发展的基础，要做好农业发展，就要重视施肥和土壤改良，调节土壤水分，促进农业发展。为了土壤水分的可持续发展和调控，可以利用土壤水分检测仪对土壤水分进行检测，为调控土壤水分提供科学依据。土壤水分是土壤的重要组成部分，在作物生长和节水灌溉中起着非常重要的作用。

在分子引力作用下，土壤颗粒吸附空气中的水分子在其表面，成为吸湿水，它是紧贴于土粒表面的极薄水膜，为15～20层水分子所聚合。吸湿水与土壤之间吸引力很大，是土壤接近植物永久凋萎点时土层中土壤水的主要组分。吸湿水被紧紧地束缚在土粒表面，接近固态水的性质。吸湿水对溶质没有溶解能力，导电性极弱甚至不导电，冰点低，不能呈液态流动，也不能被植物根系吸收，故亦称强结合水。

土壤吸湿水也可指新鲜土壤在通风条件下晾干1周并稳定后土壤仍含有的那部分水分。由于土壤分析均以土壤烘干质量为计算基准，而吸湿水能够在105℃的高温下驱除，因此在测定土壤理化性质的同时，一般要测定吸湿水。

水分是决定土壤介电常数的主要因素，测量土壤的介电常数，能直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量。采用现场测试土壤水分原理---频域反射原理（FDR）：仪器发射一定频率的电磁波，电磁波沿探针传输，到达底部后返回，检测探头输出的电压，由于土壤介电常数的变化取决于土壤的含水量，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。

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MDC04为4通道测量，芯片可以直接与被测物附近的差分电容极板连接，通过IIC或单总线数字接口输出测量值。芯片内部集成了信号放大、模数转换、逻辑控制及补偿单元，测量分辨率高达0.1fF，并且内部还集成了温度传感器，可用于温度补偿或环境温度测量等。

芯片测量工作方式灵活，可配置多通道测量组合，单次测量、周期性循环测量等工作模式。MDC04芯片支持数字单总线和I²C双通信接口，MDC02芯片支持数字单总线接口。单总线接口支持长线缆、多节点的分布式传感。

MDC04的供电电压为2.0V-5.5V，工作时测量峰值电流500uA，睡眠电流0.2uA，封装形式为3*3mm QFN20，该芯片和国内外同类产品相比，都具有很明显的优势。

和国内外同类产品相比，MDC04具有宽测量范围、宽工作电压、低功耗、多种接口、内置温度测量、小尺寸、低成本等优势，可用于液位检测、食品/土壤等水分含量测量、冰霜检测、接近/手势传感等应用场景。

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