CN108362745A - 土壤水分测量装置、传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种土壤水分测量装置。该装置包括：置于土壤内的中空本体和用于测量土壤内水分的测量装置，测量装置设置于中空本体上，测量装置包括：测量电路和测量电极，测量电路与测量电极连接，测量电极包括：第一电极环和第二电极环，第一电极环和第二电极环分别设置于中空本体的表面，且第一电极环所在中空本体表面位置位于第二电极环所在中空本体表面位置的平行位置；在中空本体内的测量电路分别与在中空本体外的第一电极环和第二电极环电性连接，用于将第一电极环和第二电极环组合测量得到电容值结果转化为当前土壤的水分含量值。本申请解决了由于PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及土壤水分测量领域，具体而言，涉及一种土壤水分测量装置、传感器及其制造方法。
背景技术
农业物联网化，传感器成为主要技术手段之一，对于土壤的专用传感器并没有重大突破，目前还都存在于通过传统电极方式进行测试，电极多种多样，对于电极进行改进有助于更好的提高土壤传感器技术，更好服务于农业。
目前土壤水分传感器分为频域法测量及时域法测量，时域法受硬件成本限制很难做到普及化，频域法以花花草草监测仪为代表的一系列产品在市场上得到广泛的应用并受到较高的评价。现有技术方案测量通过一组PCB电极形成电容，测量土壤水分含量，需要将PCB电极直接插入土壤中，通过频域法测试土壤水分含量。
但是PCB电极可塑性差，限制了产品的外形及形式。比如：制作工艺相对灵活性差，只能做成片状结构插入土里测试的方式，对于结构的强度不能保证，如果产品过长则影响强度；而且电极的形式只能为平面式电容，这样就限制了产品的测量精度及分辨率，并且对于土壤与电极接触的要求很高。
针对相关技术中PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种土壤水分测量装置、传感器及其制造方法，以解决PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种土壤水分测量装置。
根据本申请的土壤水分测量装置包括：置于土壤内的中空本体和用于测量土壤内水分的测量装置，所述测量装置设置于所述中空本体上，所述测量装置包括：测量电路和测量电极，所述测量电极包括：第一电极环和第二电极环，所述第一电极环和所述第二电极环分别设置于所述中空本体的表面，且所述第一电极环所在中空本体表面位置位于所述第二电极环所在中空本体表面位置的平行位置；在所述中空本体内的所述测量电路分别与在所述中空本体外的所述第一电极环和所述第二电极环电性连接，用于将所述第一电极环和所述第二电极环组合测量得到电容值结果转化为当前土壤的水分含量值。
进一步的，所述中空本体为由尼龙材质组成的筒状体。
进一步的，所述第一电极环/所述第二电极环为多个，分别平行设置于所述中空本体的表面。
进一步的，所述第一电极环/所述第二电极环包括：导电层和绝缘层，所述绝缘层设置于所述导电层的外表面上。
进一步的，所述导电层的外表面上喷涂有特氟龙材料层。
进一步的，所述中空本体的外表面上设置有至少两个环形凹槽，两个相邻的所述环形凹槽，用于与所述第一电极环/所述第二电极环中的第一电极环和第二电极环匹配。
进一步的，所述第一电极环/所述第二电极环中通过点胶与所述中空本体连接。
进一步的，所述测量电路板通过导线与所述第一电极环/所述第二电极环电性连接，所述导线穿过所述中空本体上开设的至少两个走线孔。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种土壤水分传感器。
根据本申请的土壤水分传感器包括：所述的土壤水分测量装置。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种土壤水分传感器。
根据本申请的土壤水分传感器包括：所述的土壤水分测量装置。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种土壤水分传感器的制造方法。
根据本申请的土壤水分传感器的制造方法包括：通过尼龙挤出或浇注工艺制造得到中空本体，其中，所述中空本体上具有环形凹槽和走线孔；将测量电路板置于所述中空本体中，并与导线电性连接，同时从所述走线孔中引出所述导线；通过点胶将金属条形板环绕固定于所述环形凹槽中形成测量电极，并将所述测量电极与所述导线电性连接；对所述测量电极的外表面进行特氟龙喷涂处理，得到土壤水分传感器。
在本申请实施例中，采用新型土壤水分测量的方式，通过中空本体和测量装置的配合，达到了测量装置中的第一电极环、第二电极环平行设置于中空本体的表面上测得电容值，并通过测量电路的转换得到土壤的水分含量值的目的，从而实现了增强强度和可塑性的技术效果，进而解决了由于PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限的的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的土壤水分测量装置或传感器结构示意图；
图2是根据本申请实施例的土壤水分测量装置或传感器结构框图；
图3是根据本申请实施例的土壤水分测量装置或传感器电路原理图；
图4是根据本申请实施例的土壤水分传感器的制造方法流程示意图。
附图标记
1、中空本体；2、测量装置；21、测量电路；22、测量电极；221、第一电极环；222、第二电极环。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1-3所示，本申请涉及一种土壤水分测量装置，该装置包括：置于土壤内的中空本体1和用于测量土壤内水分的测量装置2，所述测量装置2设置于所述中空本体1上，中空本体1是指内部具有容纳空间的中空结构，从而能够在其中设置测量电路21，且能够作为基底设置测量电极22在表面上；进而通过中空本体1间接加强了测量电极22的强度；将中空本体1置于土壤中，与土壤接触即可通过测量装置2测量土壤水分。所述测量装置2包括：测量电路21和测量电极22，所述测量电路21与所述测量电极22连接，测量电路21具有通电时控制测量电极22测量的作用，为土壤的水分含量值的测量提供保障。所述测量电极22包括：第一电极环221和第二电极环222，所述第一电极环221和所述第二电极环222分别设置于所述中空本体1的表面，且所述第一电极环221所在中空本体1表面位置位于所述第二电极环222所在中空本体1表面位置的平行位置；第一电极环221和第二电极环222的形状可以根据中空本体1的表面的变化而变化，从而提升了第一、二电极环的可塑性，而且由于测量电极22通过中空本体1加强了本身的强度，即第一、二电极环的强度得到加强，进而提高测量精度和分辨率；当中空本体1插入土壤中时，第一电极环221、第二电极环222与土壤形成电容，第一电极环221和第二电极环222为电容的两块极板，土壤为电容介质，由于土壤中水分含量变化会导致电容值的变化，因此，通过测量电路21、第一电极环221和第二电极环222的配合，通过频域法测试，可以实现电容值的测量。在所述中空本体1内的所述测量电路21分别与在所述中空本体1外的所述第一电极环221和所述第二电极环222电性连接，用于将所述第一电极环221和所述第二电极环222组合测量得到电容值结果转化为当前土壤的水分含量值；通过测量电路21将测得的电容值结果转换为水分含量值，完成土壤中水分含量的测量。
如图3所示，本发明中的测量装置2的工作原理如下：S1和S2中间存在被测电容(第一电极环221和第二电极环222)，这个电容和R19构成RC充放电电路，PWM信号通过DIO0_11端激励这个RC电路。将R19两端的信号接入异或门输入端，异或门的输出端再连接RC平滑滤波电路，从DIO0_12采集电压信号。电容值如果产生了变化，会相应的引起DIO0_12电压的变化。利用这个原理可以测量出电容值。
从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：
在本申请实施例中，采用新型土壤水分测量的方式，通过中空本体1和测量装置2的配合，达到了测量装置2中的第一电极环221、第二电极环222平行设置于中空本体1的表面上测得电容值，并通过测量电路21的转换得到土壤的水分含量值的目的，从而实现了增强强度和可塑性的技术效果，进而解决了由于PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限的的技术问题。
作为本实施例中优选的，所述中空本体1为由尼龙材质组成的筒状体。通过筒状体设计，使中空本体1的表面呈圆形，从而较为容易插入土壤中，且可以根据表面设计圆环状电极环(第一电极环221和第二电极环222)，环绕贴合于中空本体1，为增加强度和可塑性提供保障，能够测得一个圆形界面上的土壤水分含量值。可选的，电极环可以仅贴合，而不环绕中空本体1。
作为本实施例中优选的，所述第一电极环221/所述第二电极环222为多个，分别平行设置于所述中空本体1的表面。多个第一电极环221和第二电极环222分别设置于不同的土壤深度，能够检测多个不同深度处的土壤的水分含量值，从而为提升水分含量值的精度提供了保障。
作为本实施例中优选的，所述第一电极环221/所述第二电极环222包括：导电层和绝缘层，所述绝缘层设置于所述导电层的外表面上。通过绝缘层实现表面绝缘。
作为本实施例中优选的，所述导电层的外表面上喷涂有特氟龙材料层。特氟龙材料层物理性质及化学性质非常稳定，具有厚度可控，耐磨性高，绝缘性好，抗腐蚀性好，可塑性强等优点。
作为本实施例中优选的，所述中空本体1的外表面上设置有至少两个环形凹槽，两个相邻的所述环形凹槽，用于与所述第一电极环221/所述第二电极环222中的第一电极环221和第二电极环222匹配。通过环形凹槽与第一电极环221、第二电极环222匹配，从而提升测量装置2的一体成型程度，且有效避免长期摩擦带来的电极环脱落的情况。
作为本实施例中优选的，所述第一电极环221/所述第二电极环222中通过点胶与所述中空本体1连接。通过点胶进一步固定第一电极环221、第二电极环222，具有连接牢靠、不易松动的特点。
作为本实施例中优选的，所述测量电路21板通过导线与所述第一电极环221/所述第二电极环222电性连接，所述导线穿过所述中空本体1上开设的至少两个走线孔。通过走线孔避免导线过长、杂乱的情况，从而使测量装置2的整体性更强。
如图1-3所示，本申请还涉及一种土壤水分传感器，该传感器包括：所述的土壤水分测量装置。在本申请实施例中，采用新型土壤水分测量的方式，通过中空本体1和测量装置2的配合，达到了测量装置2中的第一电极环221、第二电极环222平行设置于中空本体1的表面上测得电容值，并通过测量电路21的转换得到土壤的水分含量值的目的，从而实现了增强强度和可塑性的技术效果，进而解决了由于PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限的的技术问题。
如图4所示，本申请还涉及一种土壤水分传感器的制造方法，该方法包括步骤S102至步骤S108：
步骤S102、通过尼龙挤出或浇注工艺制造得到中空本体1，其中，所述中空本体1上具有环形凹槽和走线孔；
步骤S104、将测量电路21板置于所述中空本体1中，并与导线电性连接，同时从所述走线孔中引出所述导线；
步骤S106、通过点胶将金属条形板环绕固定于所述环形凹槽中形成测量电极22，并将所述测量电极22与所述导线电性连接；
步骤S108、对所述测量电极22的外表面进行特氟龙喷涂处理，得到土壤水分传感器。
通过以上的步骤S102至步骤S108能够制造土壤水分传感器，该传感器通过中空本体1和测量装置2的配合，达到了测量装置2中的第一电极环221、第二电极环222平行设置于中空本体1的表面上测得电容值，并通过测量电路21的转换得到土壤的水分含量值的目的，从而实现了增强强度和可塑性的技术效果，进而解决了由于PCB电极可塑性差和强度不够造成的测量精度、分辨率受限的的技术问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种土壤水分测量装置，其特征在于，包括：置于土壤内的中空本体和用于测量土壤内水分的测量装置，所述测量装置设置于所述中空本体上，
所述测量装置包括：测量电路和测量电极，所述测量电路与所述测量电极连接，
所述测量电极包括：第一电极环和第二电极环，
所述第一电极环和所述第二电极环分别设置于所述中空本体的表面，且所述第一电极环所在中空本体表面位置位于所述第二电极环所在中空本体表面位置的平行位置；
在所述中空本体内的所述测量电路分别与在所述中空本体外的所述第一电极环和所述第二电极环电性连接，用于将所述第一电极环和所述第二电极环组合测量得到电容值结果转化为当前土壤的水分含量值。
2.根据权利要求1所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述中空本体为由尼龙材质组成的筒状体。
3.根据权利要求1所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述第一电极环/所述第二电极环为多个，分别平行设置于所述中空本体的表面。
4.根据权利要求1所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述第一电极环/所述第二电极环包括：导电层和绝缘层，所述绝缘层设置于所述导电层的外表面上。
5.根据权利要求4所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述导电层的外表面上喷涂有特氟龙材料层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述中空本体的外表面上设置有至少两个环形凹槽，两个相邻的所述环形凹槽，用于与所述第一电极环/所述第二电极环中的第一电极环和第二电极环匹配。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述第一电极环/所述第二电极环中通过点胶与所述中空本体连接。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的土壤水分测量装置，其特征在于，所述测量电路板通过导线与所述第一电极环/所述第二电极环电性连接，所述导线穿过所述中空本体上开设的至少两个走线孔。
9.一种土壤水分传感器，其特征在于，包括：权利要求1-8所述的土壤水分测量装置。
10.一种土壤水分传感器的制造方法，其特征在于，包括：
通过尼龙挤出或浇注工艺制造得到中空本体，其中，所述中空本体上具有环形凹槽和走线孔；
将测量电路板置于所述中空本体中，并与导线电性连接，同时从所述走线孔中引出所述导线；
通过点胶将金属条形板环绕固定于所述环形凹槽中形成测量电极，并将所述测量电极与所述导线电性连接；
对所述测量电极的外表面进行特氟龙喷涂处理，得到土壤水分传感器。
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Legal Events
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