CN110658136A - 土壤传感器 - Google Patents
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Abstract
土壤传感器100适于被布置在土壤表面上并且包括壳体102，壳体102适于至少封装：在壳体102的第一端103处的光发射源104；与光发射源104相邻地定位的腔室106，腔室106以使得土壤通过流体渗透的方式存储流体。腔室106还适于接收从光发射源104发射的光。光检测器108与腔室106相邻地定位并且适于从腔室106接收透射光以及转换电信号以用于对所接收光的分析。
Description
技术领域
本发明涉及用于以土壤传感器的使用来检测土壤中营养素浓度和水分的设备。
背景技术
土壤肥力是指土壤以足够的量以及以合适的比例供应营养素用于农作物生长和农作物产量的能力。通过采用高产农作物品种增加产量的趋势已导致土壤中营养素缺乏，并且进而导致植物中的缺乏症状（deficiency symptom）。因此，需要知道土壤的大量营养素（例如氮、磷和钾）和微量营养素（锰、钙、铁）的浓度状态，以用于施加所需剂量的肥料、营养素和水，以便保持土壤肥沃。田地中土壤肥力受如土壤侵蚀、降雨量方面的差异、地理地形等许多因素的影响。因此，为了增加农作物的产量，取决于不同的环境和地形条件而使土壤中的营养素维持在适当的水平处是必要的。
现有技术专利申请US 7189960公开了一种土壤水分传感器，其具有透明环烯烃聚合物（COC）的圆柱形主体。在主体中形成一对朝向彼此锥化的轴向间隔开的腔室。光源放置在一个腔室中，并且光传感器放置在另一个腔室中。腔室的壁如此弯曲使得来自光源的发散光线在腔室-主体界面处被折射成平行的并且反射的平行光线在主体-腔室界面处被折射以便聚焦在光传感器上。来自光源的平行光线在主体的外部表面处被反射或折射，这取决于传感器的周围环境是干燥的还是湿润的。
附图说明
本发明的不同模式在说明书中被详细公开，并且在附图中被图示：
图1图示了土壤传感器。
具体实施方式
图1图示了土壤传感器100。土壤传感器100适于被布置在土壤表面上，并且包括壳体102，壳体102适于至少封装：在壳体102的第一端103处的光发射源104；与光发射源104相邻地定位的腔室106，腔室106以使得土壤通过流体渗透的方式存储流体。土壤可以包括不同量的营养素。在一实施例中，土壤传感器适于被部分地布置到土壤中或被布置到土壤中。腔室106还适于接收从光发射源104发射的光。光检测器108与腔室106相邻地定位并且适于从腔室106接收透射光以及将透射光转换成电信号以用于对所接收光的分析。在一实施例中，壳体102包括与光检测器108相邻地定位的电容器110。附加于电容器，还可以使用任何其他形式的电源，如太阳能电池单元、可充电电池。土壤传感器100还包括传输器114，传输器114定位在壳体102的第二端105处，并且适于从光检测器108接收电信号以及将所述信号传输到处理器以用于检测土壤中存在的营养素的存在。另外，可渗透或半可渗透膜112附接到壳体102，土壤经由可渗透或半可渗透膜112渗透到流体中。
将进一步详细地解释土壤传感器100的构造。本文公开的土壤传感器100一般用于确定土壤中的营养素和水分含量，并且特别是土壤中存在的大量和微量营养素的浓度。土壤传感器100包括壳体102。壳体102的材料可以是纤维素、生物塑料或生物可降解材料中的一个。壳体102适于封装以下：即光发射源104、腔室106和光检测器108。光发射源104定位在壳体102的第一端103处。光发射源104可以是发光二极管（LED）灯泡。从光发射源发出的光的频率可以是可见光、X射线、紫外线或红外光中的一个。腔室106与光发射源104（灯泡）相邻地定位。腔室106存储流体。流体可以是离子水、中性水、浓缩溶液、质膜和有机溶液。光检测器108与腔室106相邻地定位并且适于从腔室106接收透射光以及将透射光转换成电信号以用于对所接收光的分析。
将进一步详细地解释土壤传感器100的为了检测土壤中营养素的工作。本文公开的土壤传感器100可以被布置在田地上，该田地可以用于农业、园艺、水产养殖以及还在实验室中用于分析土壤中存在的营养素。定位在土壤传感器100的壳体102的第一端103处的光发射源104以特定频率（例如在可见光频率的情况下是430-770THz）发射光。如此发射的光入射在腔室106上。腔室106存储流体。土壤经由附接到壳体102的可渗透或/半可渗透膜112通过流体渗透。入射在腔室106上的光现在被透射或者被反射或折射，该光被与腔室106相邻地定位的光检测器108接收为所接收的光。当光穿过包含在腔室106中存在的土壤的流体时，光的特性（即频率、波长或幅度中的一个）经历改变。这是因为基于土壤中存在的营养素的浓度，光的特性可能有所变化。例如，考虑土壤的样本，其包括大量营养素氮和微量营养素锰的混合物，微量和大量营养素中存在的分子的取向可能引起光的一个或所有特性的改变，并且然后由光检测器108接收穿过该土壤样本的光。光检测器108将所接收光转换成电信号以用于对所接收光的分析。在一实施例中，电信号可以是电压、脉冲宽度调制和电流中的一个。传输器114定位在壳体102的第二端105处，并且适于从光检测器108接收所接收光的频率以及将信号传输到处理器。处理器可以是云平台上的外部处理器、便携式处理器或计算设备。计算设备可以使得土壤传感器100可以插入到设备中，以用于分析以电信号形式接收的所接收光。将通过对所接收光的分析而获得的数据与处理器中可用的数据进行比较，以用于确定土壤中营养素的量。
通过使用以上提及的土壤传感器100，现在有可能准确地确定土壤中存在的营养素的浓度并且进行纠正动作（如肥料的添加、在水分含量方面做出改变）以便增加产量。
应当理解，在以上描述中解释的实施例仅是说明性的，并且在用于壳体的材料类型和用于分析的光的频率方面不限制本发明的范围。设想到许多此类实施例以及在描述中解释的实施例中的其他修改和改变。本发明的范围仅受权利要求的范围限制。
Claims (9)
1.一种土壤传感器100，所述土壤传感器100适于被布置在土壤表面上，并且包括：
壳体102，所述壳体102适于至少封装：
在所述壳体102的第一端处的光发射源104；
与所述光发射源104相邻地定位的腔室106，所述腔室106以使得所述土壤通过流体渗透的方式存储所述流体，并且所述腔室106还适于接收从所述光发射源104发射的光；以及
光检测器108，其与所述腔室106相邻地定位，并且适于从所述腔室106接收透射光以及将所述透射光转换成电信号以用于对所接收光的分析。
2.根据权利要求1所述的土壤传感器100，其中所述壳体102包括与所述光检测器108相邻地定位的电容器110。
3.根据权利要求2所述的土壤传感器100，所述土壤传感器100还包括传输器114，传输器114定位在所述壳体102的第二端105处，并且适于从所述光检测器108接收所述电信号以及将所述信号传输到处理器。
4.根据权利要求3所述的土壤传感器100，其中可渗透或半可渗透膜112中的至少一个附接到所述壳体102，所述土壤经由所述可渗透或半可渗透膜112渗透到所述流体中。
5.根据权利要求1所述的土壤传感器100，其中所述电信号是电压、脉冲宽度调制和电流中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的土壤传感器100，其中所述土壤传感器适于被部分地布置到土壤中或被布置到土壤中。
7.根据权利要求1所述的土壤传感器100，其中所述壳体102的材料是纤维素、生物塑料、生物可降解材料中的一个。
8.根据权利要求1所述的土壤传感器100，其中所述流体是离子水、中性水、浓缩溶液、质膜和有机溶液中的一个。
9.根据权利要求1所述的土壤传感器100，其中光发射源的频率是可见光、X射线、紫外线和红外光中的一个。
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