CN107421990B - 原位土壤盐分检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位土壤盐分检测装置及方法，涉及盐分检测技术领域，针对现有技术生产、组装、检测不方便，以及功能单一无法全面了解所测地块盐分分布的技术问题，采用控制盒内设置有电路板，控制盒下面设置有连接管，连接管上套设有环形电极以及锥头，控制盒上面设置有顶盖，顶盖上设置有转台，转台上设置有太阳能电池板、天线以及距离传感器的技术方案，本发明结构简单、生产方便，更易于故障检修，其结合无线通讯能够实现远程数据采集，能够实时准确了解被测区域的盐分含量，采用了GPS定位和激光距离检测，能够准确模拟并建立被测地块的模型并直观地展示地块中盐分的分布情况，提高了观察者的视觉体验。

Description

原位土壤盐分检测装置及方法

技术领域

本发明涉及盐分检测技术领域，特别涉及一种原位土壤盐分检测装置及方法。

背景技术

土壤盐分含量是影响土壤基本特性、土壤肥力和土地生产力水平的重要指标。在耕地质量评估、盐碱土治理、灌区管理、精准农业管理、工业管线布设、生态环境监测、科学研究等行业，经常需要对土壤盐分含量进行原位测定甚至连续动态检测。因此，生产实践中要求土壤盐分含量测定向原位、可靠、方便、精准和能连续动态测定的方向发展。

中国专利号ZL 200710020347.2公开了“一种原位土壤盐分含量传感变送器”，该发明介绍了一种采用四电极结构实现土壤盐分含量检测装置，该装置能够输出电压信号，便于采集、处理盐分含量数据，在生产过程中该原位土壤盐分含量传感变送器上的电极需要在电极上焊接连接引线，然后在传感器体上径向和轴向打孔并将引线伸入孔内最后才能固定电极，生产十分麻烦也不利于检修，另外，由于该传感变送器输出的是电压信号，不便于远程检测，在需要连续动态测定的场合就明显不便。

发明内容

本发明提供一种原位土壤盐分检测装置及方法，用以解决现有技术生产、组装、检测不方便，以及功能单一无法全面了解所测地块盐分分布的技术问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种原位土壤盐分检测装置，包括控制盒，所述控制盒内设置有电路板，控制盒下面设置有环形电极，所述控制盒内部设置有电路板滑槽，所述电路板滑槽包括电源管理板槽、盐分传感器板槽以及通讯板槽，所述控制盒底部设置有电路板孔以及进气孔，所述控制盒顶部边缘开设有出气孔，所述控制盒顶部四个角开设有固定连接孔；

所述控制盒内竖立设置有所述电路板，所述电路板包括电源管电路板、盐分传感器电路板以及通讯电路板，所述盐分传感器电路板为“T”字形结构，盐分传感器电路板包括板体，所述板体一侧设置有金手指，所述板体底部设置有温度传感器；

所述控制盒顶部设置有顶盖，所述顶盖包括顶盖本体，所述顶盖本体为四边形结构，所述顶盖本体四个角分别开设有固定螺丝孔，所述顶盖本体顶面中间设置有连接器座，所述连接器座内开设有球形槽，所述连接器座上设置有转台；

所述转台包括转台本体，所述转台本体为顶面平整三个侧面设置有转台斜面，所述转台本体顶面设置有太阳能电池板，转台斜面设置有天线，所述天线通过无线电与接收分析设备连接，转台本体的另一个侧面开设有距离传感器槽，所述距离传感器槽内设置有距离传感器，转台本体底部与连接杆一端连接，连接杆另一端设置有与所述连接器座内开设的球形槽对应的转球，所述转球与所述连接器座转动连接；

所述控制盒底部设置有连接管，所述连接管包括第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管，所述连接管为台阶形空心管，所述台阶形空心管的大端内侧设置有内螺纹，台阶形空心管的小端外侧设置有外螺纹，所述台阶形空心管的小端轴向开设有电极固定槽，所述台阶形空心管的小端套设有所述环形电极，所述环形电极内侧设置有簧片，所述环形电极包括第一环形电极、第二环形电极、第三环形电极、第四环形电极；所述第一连接管与所述控制盒底面固定连接，所述第一连接管的台阶形空心管小端套设有所述第一环形电极，所述第二连接管台阶形空心管的大端与第一连接管台阶形空心管的小端螺纹连接；所述第二连接管的台阶形空心管小端套设有所述第二环形电极，所述第三连接管台阶形空心管的大端与第二连接管台阶形空心管的小端螺纹连接；所述第三连接管的台阶形空心管小端套设有所述第三环形电极，所述第四连接管台阶形空心管的大端与第三连接管台阶形空心管的小端螺纹连接；所述第四连接管的台阶形空心管小端套设有所述第四环形电极，以及锥头；

所述锥头包括锥头本体，锥头本体所述为底部设置成圆锥形的柱体，柱体上半部分为空心结构并设置有能够与所述第四连接管的台阶形空心管小端对应的锥头螺纹，所述锥头本体内还开设有温度传感器槽。

优选地，所述电源管电路板包电源滤波单元、与所述电源滤波单元输出端连接的电源管理单元、与所述电源管理单元输出端连接的蓄电池单元 ，所述蓄电池单元通过导线分别与所述盐分传感器电路板以及通讯电路板连接；

所述通讯电路板包括微处理器单元，所述微处理器单元第一接口与所述盐分传感器电路板的输出信号端连接，所述微处理器单元第二接口与所述距离传感器的数据输出端连接，所述微处理器单元第三接口与GPS定位单元数据输出接口连接，所述微处理器单元第四接口与所述天线连接。

优选地，所述电源滤波单元采用常用的RC滤波结构实现；所述电源管理单元主要由CN3063电源管理芯片构成。

优选地，所述控制盒采用铝合金材料挤压一体制成。

优选地，所述连接管采用绝缘的硬质材料制成。

优选地，所述绝缘的硬质材料为陶瓷。

优选地，所述锥头采用不锈钢材料制成。

优选地，所述接收分析设备包括与所述天线对应的无线电接收模块和信息处理输出模块，所述无线电接收模块输出端与信息处理输出模块输入端连接，所述信息处理输出模块包括能够实现数据运算和处理的台式计算机或可移动计算终端。

优选地，所述可移动计算终端包括智能手机及其配套的应用程序。

本发明的另一方面提供了一种基于原位土壤盐分检测装置的原位土壤盐分检测方法，包括以下步骤：

S1、在需要进行检测的地块内安装所述原位土壤盐分检测装置；

S2、转动所述转台使距离传感器分别与邻近的原位土壤盐分检测装置进行距离检测；

S3、启动所述接收分析设备，并接收安装在地块内检测装置的经度数据、纬度数据、与相邻装置距离数据、盐分数据；

S4、接收分析设备根据收集到的经度数据、纬度数据、与相邻装置距离数据对地块位置及大小建立模型，并根据所安装的检测装置绘制测试点以及根据收集到的盐分数据对地块模型进行着色及显示。

本发明包括以下有益效果：

1结构简单、生产方便，更易于故障检修；

2结合无线通讯能够实现远程数据采集，能够实时准确了解被测区域的盐分含量；

3、采用了GPS定位和激光距离检测，能够准确模拟并建立被测地块的模型并直观地展示地块中盐分的分布情况，提高了观察者的视觉体验；

4、采用可任意调整的太阳能电池转台，保证该发明在野外也能长时间续航工作。

附图说明

图1是本发明提供的一实施例总体结构示意图；

图2是本发明提供的实施例分解结构示意图；

图3是本发明提供的实施例中控制盒的结构示意图；

图4是本发明提供的实施例中盐分传感器电路板结构示意图；

图5是本发明提供的实施例中顶盖和转台的结构示意图；

图6是本发明提供的实施例中连接管和环形电极的结构示意图；

图7是本发明提供的实施例中锥头的结构示意图。

图中：1：控制盒；2：电路板；3：顶盖；4：转台；5：距离传感器；7：环形电极； 6：连接管；8：锥头；10：电源管理板槽；11：盐分传感器板槽；12：通讯板槽；13：进气孔；14：出气孔；15：固定连接孔；16：电路板孔；20：电源管电路板；21：盐分传感器电路板；22：通讯电路板；210：板体；211：金手指；212：温度传感器；30：顶盖本体；31：固定螺丝孔；32：连接器座；40：转台本体； 41：转台斜面；42：天线；43：太阳能电池板；44：距离传感器槽；45：连接杆；46：转球；60：第一连接管；61：第二连接管；62：第三连接管；66：第四连接管；600：电极固定槽；70：第一环形电极；71：第二环形电极；72：第三环形电极；73：第四环形电极；700：簧片；80：锥头本体； 81：锥头螺纹；82：温度传感器槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图1-7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种原位土壤盐分检测装置，包括控制盒1，控制盒1内设置有电路板2，控制盒1下面设置有环形电极7，控制盒1采用铝合金材料挤压一次成型，该控制盒1内部设置有电路板滑槽，该滑槽宽带略宽于槽内的电路板，电路板可以自由在槽内滑动以便于组装和调试，电路板滑槽包括电源管理板槽10、盐分传感器板槽11以及通讯板槽12，控制盒1底部设置有电路板孔16以及进气孔13，控制盒1顶部边缘开设有出气孔14，出气孔14之所以设置在控制盒1顶部边缘是考虑到空气受热时热气上升，为了把所有热气都排出因而将出气孔14尽可能向上移，控制盒1顶部四个角开设有固定连接孔15，该孔用于与顶盖3固定连接；

控制盒1内竖立设置有电路板2，电路板2包括电源管电路板20、盐分传感器电路板21以及通讯电路板22，此三块电路板分别插放在电源管理板槽10、盐分传感器板槽11以及通讯板槽12内，盐分传感器电路板21为“T”字形结构，盐分传感器电路板21包括板体210，板体210一侧设置有金手指211，金手指211用于与环形电极7上的簧片700实现电连接，板体210底部设置有温度传感器212，温度传感器采用金属壳体的电阻或电偶，盐分传感器电路板21上的其他结构和功能可以借鉴中国专利号ZL 200710020347.2的“一种原位土壤盐分含量传感变送器”设计；

控制盒1顶部设置有顶盖3，顶盖3包括顶盖本体30，顶盖本体30为四边形结构，顶盖本体30四个角分别开设有固定螺丝孔31，顶盖本体30顶面中间设置有连接器座32，连接器座32内开设有球形槽，连接器座32上设置有转台4；

转台4包括转台本体40，转台本体40为顶面平整三个侧面设置有转台斜面41，转台本体40顶面设置有太阳能电池板43，太阳能电池板43输出端通过导线与电源管电路板20连接，作为电源的输入端，转台斜面41设置有天线42，天线42设置在转台斜面下首先能够避免日晒雨淋，其次由于其完全暴露在空气中，信号不会被遮挡或屏蔽，既提高了天线的使用寿命也有效提高了天线的通讯质量，天线42通过无线电与接收分析设备连接，接收分析设备包括与天线42对应的无线电接收模块和信息处理输出模块，无线电接收模块输出端与信息处理输出模块输入端连接，信息处理输出模块包括能够实现数据运算和处理的台式计算机或可移动计算终端，可移动计算终端包括智能手机及其配套的应用程序。此实施例中选用手机作为最佳的接收分析设备，手机上配套一个分析App即可现场对数据进行处理和显示；

转台本体40的另一个侧面开设有距离传感器槽44，距离传感器槽44内设置有距离传感器5，用于检测相邻被测点之间的距离，从而获取被测地块的尺寸，转台本体40底部与连接杆45一端连接，连接杆45另一端设置有与连接器座32内开设的球形槽对应的转球46，转球46与连接器座32转动连接，采用这样的结构可以使得转台4能够任意选择角度，有利于距离传感器5的调整以及太阳能的吸收，本实施例中距离传感器5采用激光测距传感器；

控制盒1底部设置有连接管6，连接管6采用陶瓷等硬质材料制成，连接管6包括第一连接管60、第二连接管61、第三连接管62、第四连接管66，连接管6为台阶形空心管，台阶形空心管的大端内侧设置有内螺纹，台阶形空心管的小端外侧设置有外螺纹，台阶形空心管的小端轴向开设有电极固定槽600，台阶形空心管的小端套设有环形电极7，环形电极7内侧设置有簧片700，安装时簧片700卡在电极固定槽600中既可以保证电极不会随意移动，也能够保证簧片700能与盐分传感器电路板21上的金手指212紧密接触，环形电极7包括第一环形电极70、第二环形电极71、第三环形电极72、第四环形电极73；第一连接管60与控制盒1底面固定连接，第一连接管60的台阶形空心管小端套设有第一环形电极70，第二连接管61台阶形空心管的大端与第一连接管60台阶形空心管的小端螺纹连接；第二连接管61的台阶形空心管小端套设有第二环形电极71，第三连接管62台阶形空心管的大端与第二连接管61台阶形空心管的小端螺纹连接；第三连接管62的台阶形空心管小端套设有第三环形电极72，第四连接管63台阶形空心管的大端与第三连接管62台阶形空心管的小端螺纹连接；第四连接管63的台阶形空心管小端套设有第四环形电极73，以及锥头8；

锥头8包括锥头本体80，锥头本体80为底部设置成圆锥形的柱体，柱体上半部分为空心结构并设置有能够与第四连接管63的台阶形空心管小端对应的锥头螺纹81，锥头本体80内还开设有温度传感器槽82，锥头8优选采用不锈钢材料制成，以保证在将装置插入泥土中时有足够的硬度和耐磨性。

上述中，电源管电路板20包电源滤波单元、与电源滤波单元输出端连接的电源管理单元、与电源管理单元输出端连接的蓄电池单元 ，蓄电池单元通过导线分别与盐分传感器电路板21以及通讯电路板22连接；

通讯电路板22包括微处理器单元，微处理器单元第一接口与盐分传感器电路板21的输出信号端连接，微处理器单元第二接口与距离传感器5的数据输出端连接，微处理器单元第三接口与GPS定位单元数据输出接口连接，微处理器单元第四接口与天线42连接；电源滤波单元采用常用的RC滤波结构实现；电源管理单元主要由CN3063电源管理芯片构成。

使用时，首先在需要进行检测的地块内安装原位土壤盐分检测装置：根据地块形状分别插入适当数量的检测装置，比如需要检测的地块为正方形，则至少在正方形地块的每个角上分别插入一个检测装置，以便确定该地块的形状和面积，确定了每个角后还可根据具体要求插入其他传感器；

接着，转动转台使距离传感器分别与邻近的原位土壤盐分检测装置进行距离检测：利用激光测距传感器对邻近每个点的距离进行检测并获得检测数据；

然后启动手机形式的接收分析设备，并接收安装在地块内检测装置的经度数据、纬度数据、与相邻装置距离数据、盐分数据；

最后通过手机接收分析根据收集到的经度数据、纬度数据、与相邻装置距离数据对地块位置及大小建立模型，并根据所安装的检测装置绘制测试点以及根据收集到的盐分数据对地块模型进行着色及显示。

Claims (10)

1.一种原位土壤盐分检测装置，包括控制盒（1），所述控制盒（1）内设置有电路板（2），控制盒（1）下面设置有环形电极（7），其特征在于：

所述控制盒（1）内部设置有电路板滑槽，所述电路板滑槽包括电源管理板槽（10）、盐分传感器板槽（11）以及通讯板槽（12），所述控制盒（1）底部设置有电路板孔（16）以及进气孔（13），所述控制盒（1）顶部边缘开设有出气孔（14），所述控制盒（1）顶部四个角开设有固定连接孔（15）；

所述控制盒（1）内竖立设置有所述电路板（2），所述电路板（2）包括电源管电路板（20）、盐分传感器电路板（21）以及通讯电路板（22），所述盐分传感器电路板（21）为“T”字形结构，盐分传感器电路板（21）包括板体（210），所述板体（210）一侧设置有金手指（211），所述板体（210）底部设置有温度传感器（212）；

所述控制盒（1）顶部设置有顶盖（3），所述顶盖（3）包括顶盖本体（30），所述顶盖本体（30）为四边形结构，所述顶盖本体（30）四个角分别开设有固定螺丝孔（31），所述顶盖本体（30）顶面中间设置有连接器座（32），所述连接器座（32）内开设有球形槽，所述连接器座（32）上设置有转台（4）；

所述转台（4）包括转台本体（40），所述转台本体（40）为顶面平整三个侧面设置有转台斜面（41），所述转台本体（40）顶面设置有太阳能电池板（43），转台斜面（41）设置有天线（42），所述天线（42）通过无线电与接收分析设备连接，转台本体（40）的另一个侧面开设有距离传感器槽（44），所述距离传感器槽（44）内设置有距离传感器（5），转台本体（40）底部与连接杆（45）一端连接，连接杆（45）另一端设置有与所述连接器座（32）内开设的球形槽对应的转球（46），所述转球（46）与所述连接器座（32）转动连接；

所述控制盒（1）底部设置有连接管（6），所述连接管（6）包括第一连接管（60）、第二连接管（61）、第三连接管（62）、第四连接管（63 ），所述连接管（6）为台阶形空心管，所述台阶形空心管的大端内侧设置有内螺纹，台阶形空心管的小端外侧设置有外螺纹，所述台阶形空心管的小端轴向开设有电极固定槽（600），所述台阶形空心管的小端套设有所述环形电极（7），所述环形电极（7）内侧设置有簧片（700），所述环形电极（7）包括第一环形电极（70）、第二环形电极（71）、第三环形电极（72）、第四环形电极（73）；所述第一连接管（60）与所述控制盒（1）底面固定连接，所述第一连接管（60）的台阶形空心管小端套设有所述第一环形电极（70），所述第二连接管（61）台阶形空心管的大端与第一连接管（60）台阶形空心管的小端螺纹连接；所述第二连接管（61）的台阶形空心管小端套设有所述第二环形电极（71），所述第三连接管（62）台阶形空心管的大端与第二连接管（61）台阶形空心管的小端螺纹连接；所述第三连接管（62）的台阶形空心管小端套设有所述第三环形电极（72），所述第四连接管（63）台阶形空心管的大端与第三连接管（62）台阶形空心管的小端螺纹连接；所述第四连接管（63）的台阶形空心管小端套设有所述第四环形电极（73），以及锥头（8）；

所述锥头（8）包括锥头本体（80），锥头本体（80）为底部设置成圆锥形的柱体，柱体上半部分为空心结构并设置有能够与所述第四连接管（63）的台阶形空心管小端对应的锥头螺纹（81），所述锥头本体（80）内还开设有温度传感器槽（82）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述电源管电路板（20）包电源滤波单元、与所述电源滤波单元输出端连接的电源管理单元、与所述电源管理单元输出端连接的蓄电池单元，所述蓄电池单元通过导线分别与所述盐分传感器电路板（21）以及通讯电路板（22）连接；

所述通讯电路板（22）包括微处理器单元，所述微处理器单元第一接口与所述盐分传感器电路板（21）的输出信号端连接，所述微处理器单元第二接口与所述距离传感器（5）的数据输出端连接，所述微处理器单元第三接口与GPS定位单元数据输出接口连接，所述微处理器单元第四接口与所述天线（42）连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述电源滤波单元采用常用的RC滤波结构实现；所述电源管理单元主要由CN3063电源管理芯片构成。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述控制盒（1）采用铝合金材料挤压一体制成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述连接管（6）采用绝缘的硬质材料制成。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述绝缘的硬质材料为陶瓷。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述锥头（8）采用不锈钢材料制成。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述接收分析设备包括与所述天线（42）对应的无线电接收模块和信息处理输出模块，所述无线电接收模块输出端与信息处理输出模块输入端连接，所述信息处理输出模块包括能够实现数据运算和处理的台式计算机或可移动计算终端。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：

所述可移动计算终端包括智能手机及其配套的应用程序。

10.一种基于权利要求8所述的原位土壤盐分检测装置的原位土壤盐分检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在需要进行检测的地块内安装所述原位土壤盐分检测装置；

S2、转动所述转台（4）使距离传感器（5）分别与邻近的原位土壤盐分检测装置进行距离检测；

S3、启动所述接收分析设备，并接收安装在地块内检测装置的经度数据、纬度数据、与相邻装置距离数据、盐分数据；

S4、接收分析设备根据收集到的经度数据、纬度数据、与相邻装置距离数据对地块位置及大小建立模型，并根据所安装的检测装置绘制测试点以及根据收集到的盐分数据对地块模型进行着色及显示。

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