CN104713998A - 可延伸式无线土壤量测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种两段式无线土壤量测装置，包含：一顶部与多个传感器；其中，该顶部设置于地表或高于地表以上，而该多个传感器则是埋设于地表下的土壤内，以感测土壤状况、产生代表土壤状况的土壤数据、并将该土壤数据传送至该顶部；该多个传感器可组装成一根杆棒，每个传感器还包含一传感单元，以感测该土壤状况；一电路模块，连接于该传感单元，以将该感测到的土壤状况传送至该顶部；一传感器容置单元，用于容置该传感单元与该电路模块；以及一接合元件，以头尾相接的方式结合两个传感器，以形成一杆棒状。

Description

可延伸式无线土壤量测装置

技术领域

本公开关于一种可延伸式无线土壤量测装置，用于监测地表下土壤内的状况。

背景技术

无线土壤传感器通过连续监测土壤水分含量，以及其他土壤条件，通常能有效地用来减少水资源浪费和增加水的效率。传统的无线土壤传感器系统将探棒状的传感器埋入土壤中。图1所示为传统无线土壤传感器探棒的示意图。如图1所示，一种无线土壤传感器探棒通常包括一顶部101和一杆棒部102。杆棒部102通常制成为筒状，以容纳多个传感器1021、1022、1023。传感器1021，1022，1023可监测各种土壤条件，例如：湿气，特定的化合物，等等，并通过一个电路将所监测的数据传送至顶部101。顶部101则露出于土壤地表100上面以将收集的土壤数据传输到一数据站103。

传统的无线土壤传感器探棒显示某些使用上的缺点。例如，当部署无线土壤传感器探棒于一个大面积的范围时，必须使用大量的传感器探棒。由于大面积范围的不同部分可能包括各种不同土壤条件，因此需要针对不同土壤条件的不同部位进行监测。然而，由于传统无线土壤传感器探棒的探棒轴部102的长度通常是固定，且每一个土壤传感器探棒通常包含相同的传感单元1021、1022、1023，这种缺乏弹性的方式可能增加部署的难度和成本。

发明内容

本发明主要在克服了上述传统无线土壤传感器系统的缺点。本发明的主要目的在于提供一种提供灵活且容易进行部署的可延伸的无线土壤测量装置。

本发明的实施例公开一种可延伸式的无线土壤测量装置，包括：一顶部与多个传感器；其中，该顶部设置于地表或高于地表以上，而该多个传感器则是埋设于地表下的土壤内，以感测土壤状况、产生代表土壤状况的土壤数据、并将该土壤数据传送至该顶部；该多个传感器可组装成一根杆棒，每个传感器还包含一传感单元，以感测该土壤状况；一电路模块，连接于该传感单元，以将该感测到的土壤状况传送至该顶部；一传感器容置单元，用于容置该传感单元与该电路模块；以及一接合元件，以头尾相接的方式结合两个传感器，以形成一杆棒状。

根据本发明的一种实施方式，其中该传感器容置单元优选地可由金属，陶瓷或多孔塑料材料制成。

根据本发明的另一种实施方式，其中该传感器容置单元还包括：一第一段，包括一个圆管壁和一底部，以形成可与接合元件吻合的一个盘；一第二段，包括一个圆管壁和一底部，当连接时，该第一段的底部和所述第二段形成一个可容纳所述该电路模块的空腔室，以隔绝接触土壤和保护该电路模块；底部有一个开口，用于允许将该传感单元延伸到容纳所述容纳该电路模块的空腔室，并电连接到该电路模块；一第三段，包括一个圆管壁和一底部，连接到第二段以形成用于容纳所述传感单元的一个空腔室，该圆管壁设置有多个开口，以允许土壤进入填充腔室和并接触传感器，该传感单元必须紧密贴合在第二段底部的开口，以确保第二段和第一段的底部形成一个密封的腔室；以及一第四段，包括一个圆管壁，连接到该第三段的底部；其中，所述四个段连接在一起，一体成型以形成一个圆管状外壳；当组装两个传感器时，前一个传感器的第四段和下一个传感器的第一段通过该接合元件接合，以头尾相连的方式接合延伸，以形成一根杆棒。

根据本发明的另一种实施方式，进一步包括多个连接器，其中该连接器可被设置于两个传感器之间，以及该顶部和该传感器之间，以调整该可延伸式的无线土壤测量装置的长度或掩埋的深度。

根据本发明的另一种实施方式，其中该连接器还包括一金属线以降低无线信号的传输损耗。

根据本发明的另一种实施方式，其中该金属线的长度可根据所用传输土壤信息的频率而调整。

根据本发明的另一种实施方式，其中当传输频率为433MHz时，金属线的长度优选为13cm。

根据本发明的另一种实施方式，其中该顶部可进一步包括一个或多个传感单元。

根据本发明的另一种实施方式，其中该一个或多个传感单元是空气湿度传感器、气温传感器、光照强度传感器、CO₂浓度传感器、空气压力传感器、GPS传感器、加速传感器、或前述的任意组合。

根据本发明的另一种实施方式，其中该传感单元是一加速计、一土壤张力计、一土壤湿度传感器、一土壤温度传感器、一土壤的溶氧传感器、一土壤pH水准传感器、一土壤电导率传感器、一土壤介电频率传感器、或前述的任意组合来监测任何组合必要的土壤状况。

以下兹配合附图、实施例的详细说明及权利要求，将上述及本公开的其他目的与优点详述于后。

附图说明

为使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的附图，具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的附图，表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制；而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以赘述，合先叙明。

图1所示为传统无线土壤传感器探棒的示意图。

图2所示为本发明的可延伸式的无线土壤量测装置的示意图。

图3所示为本发明的传感器的结构的剖面示意图。

图4所示本发明另一实施例的传感器的结构剖面示意图。

图5所示为本发明另一实施例的可延伸式的无线土壤测定装置的示意图。

图6所示为本发明的不同频率的无线信号的传输损耗。

图7所示为本发明可延伸式土壤量测装置在实际应用的示意图。

【符号说明】

100  土壤地表

101  顶部

102  杆棒部

1021 传感器

1022 传感器

1023 传感器

103  数据站

201  顶部

202  传感器

301  传感器容置单元

3011 第一段

3012 第二段

3013 第三段

3014 第四段

302  接合元件

303  电路模块

304  传感单元

401  传感器容置单元

4011 第一段

4012 第二段

4013 第三段

402  接合元件

403  电路模块

404  传感单元

501  顶部

502  传感器

503  连接器

701  顶部

具体实施方式

图2所示为本发明的可延伸式的无线土壤量测装置的示意图。如图2所示，可延伸式的无线土壤量测装置包括：一顶部201，以及至少一传感器202。本实施例中一共标示六个传感器。顶头201设置于土壤表面或地表以上，以用于通过无线的方式将所述至少一传感器收集的土壤数据发送到一远程数据站。该六个传感器202组装成一个杆棒，以便于埋设于在土壤中。每个传感器能够感测一个土壤条件，产生代表所感测的土壤条件的土壤数据，并传输土壤数据至顶部201。传感器202和顶部201之间的传输可以是通过有线或无线置的手段。本实施例中通过一种无线的手段。

值得注意的是，前述的至少一个传感器202可以是相同的或不同的。换句话说，传感器202可用于监测在不同土壤深度的相同条件在，或者在相同深度的不同土壤条件。如此，可提供各种应用的灵活性。

图3所示为本发明的传感器的结构的剖面示意图。如图3所示，传感器还包括：一传感器容置单元301、一接合元件302、一电路模块303与一传感单元304。该传感器容置单元301更包括：一第一段3011、一第二段3012、一第三段3013、以及一第四段3014；其中，所述四个段连接在一起，一体成型以形成一个圆管状外壳。传感器容置单元301优选地可由金属，陶瓷或多孔塑料材料制成。第一段3011的结构包括一个圆管壁和一底部，以形成可与接合元件302吻合的一个盘。第二段3012的结构也包括一个圆管壁和一底部。当连接时，所述第一段3011的底部和所述第二段3012形成一个可容纳所述电路模块303的空腔室，以隔绝接触土壤和保护电路模块303。底部有一个开口，用于允许将传感单元304延伸到容纳所述电路模块303的空腔室，并电连接到电路模块303。第三段3013具有与第一段3011类似的结构，不同的处在于其圆管壁设置有多个开口。当连接到所述第二段3012时，形成用于容纳所述传感单元304的一个空腔室。传感单元304必须紧密贴合在第二段3012底部的开口，以确保第二段3012和第一片段3011的底部形成一个密封的腔室。第三段3013的壁上的开口允许土壤进入，以填充腔室和并接触传感器。第四段3014的结构包括一个圆管壁，连接到所述第三段3013的底部，并且可被认为是第三段3013的延伸。当组装两个传感器202时，前一个传感器202的第四段3014和下一个传感器202的第一段3011通过接合元件302接合。如此一来，传感器可以头尾相连的方式通过接合元件302接合延伸，以形成一根杆棒。

值得说明的是，传感单元304和电路模块303可感测的一土壤状况、产生代表土壤状况的土壤数据、并将该土壤数据传送至该顶部。此外，在本实施例中，传感单元304可以是加速计，土壤张力计，土壤湿度传感器，土壤温度传感器，土壤的溶氧传感器，土壤pH水准传感器，土壤电导率传感器，土壤介电频率传感器，或上述的任意组合来监测任何组合必要的土壤状况。

图4所示本发明另一实施例的传感器的结构剖面示意图。本实施例是类似于图3的实施例，差异的处是在于该传感器容置单元401不包括第四段。如此一来，本实施例可以被用作在传感器202接合成杆棒时的终端传感器。

此外，由于传感器202组装的杆棒长度可能不符所需的埋藏深度以进行土壤监测，可通过设置延伸连接器来进一步调整杆棒长度或调整土壤下传感器的埋藏深度。图5所示为本发明另一实施例的可延伸式的无线土壤测定装置的示意图。如图5所示，本实施例更进一步包括多个连接器503；其中每个连接器被设置于两个传感器502之间，以及顶部501和传感器502之间，以形成一杆棒。该连接器503的结构包括与用于接合所述传感器502之间的相同机制。如此一来，连接器503和传感器502也可以头尾相连的方式接合延伸，以形成一根杆棒。

通过设置连接器503以形成一根杆棒的另一个好处是，该传感器502和连接器503的长度可以调整，以达到最佳感测和数据传输的性能。例如，在本实施例中，当传感器502使用的无线通信方式为433MHz的频率，以与本实施例中的顶部501进行通信，根据实显示，所述传感器502和连接器503的优选长度分别是13厘米和17厘米，以达到最佳功能。图6所示为本发明的不同频率的无线信号的传输损耗。如图6所示，曲线601表示在900MHz频率相对于土壤的深度的信号损耗，曲线602所示为在频率433MHz的信号损耗。曲线603所示为13厘米金属线的长度在433MHz的传输损耗。因此，该连接器503可进一步包括一13厘米长的金属线，以减少无线信号传输通过所述连接器的损耗。

值得注意的是，顶部201可进一步包括一个或多个传感单元(未显示于图中)，用于感测各种地表状况：例如，空气湿度，气温，光照强度，CO₂浓度，空气压力等。换言之，该一个或多个传感单元可为，空气湿度传感器，气温传感器，光照强度传感器，CO₂浓度传感器，空气压力传感器，GPS传感器，加速传感器，或以上任意组合。

图7所示为本发明可延伸式土壤量测装置在实际应用的示意图。如图7所示，本实施例的顶部701具有一个心形的外壳。通过改变顶部701的外观，以增加本发明提供装饰功能，并且当不包含GPS时，便于视觉搜索和定位学。另一方面，当使用太阳能发电时，太阳能电池可设置于形成顶部的外壳。

综而言之，本发明的实施例公开的本发明的可延伸式的无线土壤量测装置采用了多个传感器和/或多个连接器，以形成一根杆棒，提供传感器建置的方便性与灵活性，以适应不同的地下状况。

因此，本发明的可延伸式的无线土壤量测装置，确能借所公开的内容，达到所预期的目的与效果，符合发明专利的新颖性、创造性和实用性的要件。

惟，以上所公开的附图及说明，仅为本发明的较佳实施例而已，非为用以限定本发明的实施，大凡本领域技术人员其所依本发明的精神，所作的变化或修饰，皆应涵盖在以下本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种可延伸式的无线土壤测量装置，包含：

一顶部，设置于地表或高于地表以上，以通过一无线传输方式将数据传给一数据站；以及

多个传感器，埋设于地表下的土壤内，以感测土壤状况，产生代表土壤状况的土壤数据、并将该土壤数据传送至该顶部，该多个传感器可组装成一根杆棒；

其中，每个传感器还包含：

一传感单元，以感测该土壤状况；

一电路模块，连接于该传感单元，以将该感测到的土壤状况传送至该顶部；

一传感器容置单元，用于容置该传感单元与该电路模块；以及

一接合元件，以头尾相接的方式结合两个传感器，以形成一杆棒状。

2.如权利要求1所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中该传感器容置单元优选地可由金属，陶瓷或多孔塑料材料制成。

3.如权利要求2所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中该传感器容置单元还包括：

一第一段，包括一个圆管壁和一底部，以形成可与接合元件吻合的一个盘；

一第二段，包括一个圆管壁和一底部，当连接时，该第一段的底部和所述第二段形成一个可容纳所述该电路模块的空腔室，以隔绝接触土壤和保护该电路模块；底部有一个开口，用于允许将该传感单元延伸到容纳所述容纳该电路模块的空腔室，并电连接到该电路模块；

一第三段，包括一个圆管壁和一底部，连接到第二段以形成用于容纳所述传感单元的一个空腔室，该圆管壁设置有多个开口，以允许土壤进入填充腔室和并接触传感器，该传感单元必须紧密贴合在第二段底部的开口，以确保第二段和第一段的底部形成一个密封的腔室；以及

一第四段，包括一个圆管壁，连接到该第三段的底部；

其中，所述四个段连接在一起，一体成型以形成一个圆管状外壳；当组装两个传感器时，前一个传感器的第四段和下一个传感器的第一段通过该接合元件接合，以头尾相连的方式接合延伸，以形成一根杆棒。

4.如权利要求1所述的可延伸式的无线土壤测量装置，进一步包括多个连接器，其中该连接器可被设置于两个传感器之间，以及该顶部和该传感器之间，以调整该可延伸式的无线土壤测量装置的长度或掩埋的深度。

5.如权利要求4所述的一种可延伸式的无线土壤测量装置，其中该连接器还包括一金属线以降低无线信号的传输损耗。

6.如权利要求5所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中该金属线的长度可根据所用传输土壤信息的频率而调整。

7.如权利要求6所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中当传输频率为433MHz时，金属线的长度优选为13cm。

8.如权利要求1所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中该顶部可进一步包括一个或多个传感单元。

9.如权利要求8所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中该一个或多个传感单元是空气湿度传感器、气温传感器、光照强度传感器、CO₂浓度传感器、空气压力传感器、GPS传感器、加速传感器、或前述的任意组合。

10.如权利要求1所述的可延伸式的无线土壤测量装置，其中该传感单元是一加速计、一土壤张力计、一土壤湿度传感器、一土壤温度传感器、一土壤的溶氧传感器、一土壤pH水准传感器、一土壤电导率传感器、一土壤介电频率传感器、或前述的任意组合来监测任何组合必要的土壤状况。