CN108444534A - 一种土壤水分和温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种土壤水分和温度检测装置，包括：水分检测模块、探针、温度检测模块和探头，所述探头为空心结构，所述探头包围所述探针，所述探头为绝缘材料，所述探头内表面粘涂导电材料；其中，所述水分检测模块通过所述探针发射电磁波，并通过所述内表面导电材料接收所述探头上的电磁波，并根据接收的电磁波检测土壤中的水分含量，所述温度检测模块通过所述探针检测土壤的温度。本发明可以更加便捷的测量出土壤水分和温度，并且可以提高测量土壤水分和温度的精确性和灵敏度。可以完成不同环境不同位置土壤水分和温度的测量。

Description

一种土壤水分和温度检测装置

技术领域

本发明实施例涉及农业测量技术领域，尤其涉及一种土壤水分和温度检测装置。

背景技术

水是土壤的重要组成部分，是农作物生长的重要保障，土壤含水量过多和过少都不利于农作物生长。我国的淡水资源并不丰富，水资源的高效合理利用是现代国内农业需要解决的重要课题。要节约农业灌溉用水，就必须了解土壤的水分情况。土壤含水量与土壤温度、溶质浓度和孔隙度等关系密切，因此准确测量土壤含水量和土壤的温度对生态和农业具有重要意义。

土壤的介电特性是由前苏联学者提出，这一重要理论随后便被引入土壤含水量的测量技术研究中。常用的基于介电理论的含水量测量方法有时域反射法(Time DomainReflectometry，简称TDR)和频域法(Frequency Domain，简称FD)。频域分解法是由荷兰学者提出，该方法在一个测试频率下将土壤的介电常数进行实部和虚部的分解，分解后的介电常数实部确定土壤含水量。近年来，随着技术产品推向市场，基于FD原理的水分传感器因为其成本低，使用简单等优点，得到了市场的认可。传统的商用水分传感器多为针式结构，两针式、三针式还有四针式结构应用较为广泛。但是针式结构的传感器电磁波的溢出较多，受土壤中其他参数的影响较大，测量土壤水分值灵敏度不足。

发明内容

本发明实施例提供一种土壤水分和温度检测装置，用以解决现有技术中针式传感器电磁波溢出较多、测量土壤水分灵敏度不高的问题，实现土壤水分和温度的实时监测。

本发明实施例提供一种土壤水分和温度检测装置，包括：水分检测模块、探针、温度检测模块和探头，所述探头为空心结构，所述探头包围所述探针，所述探头为绝缘材料，所述探头内表面粘涂导电材料；

其中，所述水分检测模块通过所述探针发射电磁波，并接收所述探头上的电磁波，并根据接收的电磁波检测土壤中的水分含量，所述温度检测模块通过所述探针检测土壤的温度。

本发明实施例提供的一种土壤水分和温度检测装置，水分检测模块通过探针发射电磁波，而探针又位于探头内部，探头为空心圆柱形，正好把探针包围，当探针发射电磁波时，经过一段土壤的传输到达探头内表面，探头内表面的金属箔吸收电磁波，将吸收到的电磁波通过导线返回给水分检测模块，水分检测模块通过最后接收到的电磁波的变化量，检测出土壤中水分含量对应的电压值。由于探针处于探头的内部，探针发射的电磁波可以大部分被探头吸收，因此减少了电磁波的溢出，提高了土壤中水分的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种土壤水分与温度检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一种土壤水分和温度检测装置的剖面内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

图1为本发明实施例一种土壤水分与温度检测装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：水分检测模块、探针、温度检测模块和探头2，所述探头2为空心结构，所述探头2包围所述探针，所述探头2为绝缘材料，所述探头2内表面粘涂导电材料；

其中，所述水分检测模块通过所述探针3发射电磁波，并接收所述探头2上的电磁波，并根据接收的电磁波检测土壤中的水分含量，所述温度检测模块通过所述探针3检测土壤的温度。

在使用该装置检测土壤中的水分含量和温度时，需要把下面的探头2和探针3都插入到土壤中，本发明实施例中的探头2为空心圆柱形结构，探针3位于探头2的内部，为了方便插入到土壤中，探头2的下部分与环刀式管口5连接，或者也可以直接把探头2的下边缘做成类似刀的结构，下窄上宽，方便该装置插入土壤。

水分检测模块和温度检测模块一起封装在一个壳体中，如图1中的标号1所示，标号1即表示为封装水分检测模块和温度检测模块的壳体，水分检测模块具体是一个基于介电原理的用来测量水分的集成电路板6构成，采用100MHZ的晶振发出电磁波，通过与水分检测模块发射极相连的探针3发射出电磁波。

发射的电磁波通过土壤向四周传输，土壤中的水分含量会影响到电磁波的传输，因此，当电磁波传输到探头2内表面时，由于探头2的内表面涂有导电材料，可以更好的吸收电磁波，并且探头2为绝缘材料制成，可以防止吸收的电磁波溢出。

具体地，制成探头2的绝缘材料可以为任何不导电的非金属材料。

具体地，探头2内表面粘涂的导电材料可以为任何导电的金属材料，本发明实施例以金属箔8为例，金属箔是用金属延展成的薄金属片。主要有赤金箔烫印、纯银箔及烫印两种。金属箔8主要用来接收电磁波，探头2吸收电磁波后将吸收到的电磁波传输到水分检测模块中，水分检测模块根据接收到的电磁波变化量来检测出土壤中的水分。

在测量土壤中的温度时，温度检测模块也是由测量温度的集成电路板6构成，温度检测模块与探针3相连，采用两线制接法，并且通过运算放大电路得到输出的电压值，根据该电压值，得到土壤的温度。

待测土壤水分和温度传感器通过与万用表或与数据采集装置连接，可以得到水分和温度的测量值。

本发明实施例提供一种土壤水分和温度检测装置，可以通过电磁波测量出土壤中的水分，并且用热电式传感器测量出土壤中的温度，实时连续记录土壤水分和温度的变化，使用简便，数值精确，灵敏度更高，可以应用于农田土壤水分和温度的实时监测。

在上述实施例的基础上，优选地，所述探针3与所述水分检测模块的电磁波发射极连接。

在通过电磁波测量土壤中的水分时，水分检测模块通过探针3发射电磁波，其具体的连接结构为探针3与水分检测模块的电磁波发射极相连，由于探针3采用的是热电式传感器，所谓的热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。

本发明实施例中探针3的材料为PT100铂热电阻，有很高的测温精度，可以作为测量土壤温度的探针3，并且也作为测量土壤水分的电磁波发射极。

在上述实施例的基础上，优选地，所述水分检测模块通过导线7与所述探头2内表面连接。

图2为本发明实施例一种土壤水分和温度检测装置的剖面内部结构示意图，如图2所示，探头2吸收电磁波后，通过导线7将电磁波传输到水分检测模块。

在上述实施例的基础上，优选地，所述探针3位于所述探头2内部轴心处。

具体地，探针3与探头2同轴设置，由于是同轴的，因此探针3发射的电磁波各个方向上与探头2内表面的距离相同，也就是说电磁波到达探头2内表面的时间是相同的，因此探头2内表面吸收电磁波也更加均匀些，从而，对土壤中水分的测量也更加准确些。

在上述实施例的基础上，优选地，所述探头2上均匀设置通孔4。

具体地，探头2上均匀设置通孔4，方便探头2内部的水分与探头2外面的水分进行流通，避免水分过多或过少的聚集在探头2的内部，导致该装置所测量出的水分和温度值不能代表整个土壤的平均水分和温度值，通过设置通孔4可以保持该装置探针3和探头2内外部土壤水分保持平衡，提高土壤中水分检测精度。

进一步地，通孔4占有探头2表面积的50％，不阻隔待测土壤中水分的流通。

通孔4的形状和大小可以根据实际情况确定，本发明实施例在此对其不做限制。

本发明提供一种可以测量土壤水分和温度检测装置，可以更加便捷的测量出土壤水分和温度，并且可以提高测量土壤水分和温度的精确性和灵敏度。可以完成不同环境不同位置土壤水分和温度的测量。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种土壤水分和温度检测装置，其特征在于，包括：水分检测模块、探针、温度检测模块和探头，所述探头为空心结构，所述探头包围所述探针，所述探头为绝缘材料，所述探头内表面粘涂导电材料；

其中，所述水分检测模块通过所述探针发射电磁波，并接收所述探头上的电磁波，并根据接收的电磁波检测土壤中的水分含量，所述温度检测模块通过所述探针检测土壤的温度。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述探针与所述水分检测模块的电磁波发射极连接。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述水分检测模块通过导线与所述探头内表面连接。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述探针位于所述探头内部轴心处。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述探头上均匀设置通孔。

6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述绝缘材料包括非金属材料。

7.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述导电材料为金属。

8.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述探针为热电式传感器。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述热电式传感器为PT100铂电阻。

10.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述通孔占所述探头表面积的50％。