CN111239195A - 一种用于离子浓度监测和供给的培养装置及根盒 - Google Patents

Abstract

一种用于离子浓度监测和供给的培养装置及根盒。本发明将根盒可拆卸地设置在多层的主体框架上，通过在根盒侧壁连接相应的连接管道，实现对作物根系营养物质的供应。本发明在根盒的内部设置分别检测不同种类离子浓度的离子电极，能够准确的获知根盒内部不同离子的浓度，从而相应的调节营养液供给和配比，实现对作物吸收营养成分的追踪。本发明具有结构简单、易于制作、测量精度高、准确性好、使用范围广的优点。本发明能广泛用于多种植物，实现营养液精确供给的栽培培养。

Description

一种用于离子浓度监测和供给的培养装置及根盒

技术领域

本发明涉及作物培养设备领域，具体而言涉及一种用于离子浓度监测和供给的培养装置及根盒。

背景技术

营养液是将含有植物生长发育所必须的各种营养元素的化合物和少量为使某些营养元素的有效性更加长久的辅助材料，按一定数量和比例溶解于水中所配置而成的溶液。

在作物栽培过程中，需要能对营养液的浓度进行实时检测，以满足不同阶段的植物生长发育需求。目前一般通过EC(电导率)值测量仪测量溶液中的EC值，以反映可溶性盐的浓度。其主要原理是用于配制营养液的某些盐类化合物溶解于水后电离为带正负电荷的离子，而使溶液有导电作用，导电能力大小能够用电导率表示，即EC值。营养液的导电性随着营养液度的变化而变化，在一定的浓度范围之内，营养液的EC值随着浓度的提高而增加，当营养液浓度较低时，其电导率也降低。

电导率反映的是整个溶液的盐类浓度，并不能详细检测出各营养成分的含量。在现实生产中，营养液中全部离子的浓度高低都统一由电导率反映。而多余的非营养成分的盐类，也必然反映到电导率上。这样就会出现电导率高，营养成分低的状况。

现有技术中，如果单一的测量某种元素的含量，则存在操作复杂、麻烦、成本高的问题。目前，在植物栽培生长过程中，缺少一种能够对作物根盒内营养液营养成分离子浓度进行实时监测的栽培架装置。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种用于离子浓度监测和供给的培养装置及根盒，本发明利用离子电极准确测量根盒内部营养成分的离子浓度，能够更为精确且实时地掌握作物生长状况和对养分的吸收情况。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种用于离子浓度监测和供给的培养装置，其包括：主体框架，其设置为多层，每一层上均分别设置有可拆卸的栽培架；根盒，其设置在主体框架上，各根盒分别与可拆卸的栽培架插接固定，每一个所述根盒均分别包括有根盒盖、离子电极、根盒筒、内筒及根盒底座，其中，所述内筒设置在根盒筒内部，根盒筒与内筒的底部由根盒底座固定连接并封闭，根盒筒与内筒之间形成有用于容纳营养液的根系生长空间，根盒盖可拆卸的设置在根盒筒的上端，根盒盖下方设置离子电极，离子电极从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒之间的根系生长空间中；连接管道，其包括分别连通至各根盒的支管，以及串联各支管的主管路，主管路沿主体框架的各层排列，所述连接管道连通设置在主体框架各层的各个根盒；营养液发生器，其设置在所述主体框架底部的一侧，连接所述连接管道的输入端，向主管路以及各支管输送营养液；营养液回收箱，其设置在所述主体框架底部的另一侧，连接所述连接管道的输出端，接收主管路通过各支管所接收的由各根盒所排出的废液；消毒过滤装置，其连接在营养液回收箱的输出端和营养液发生器的输入端之间，用于对营养液回收箱所输出的废液进行消毒和过滤，输出清洁的营养液至营养液发生器，对废液中的营养成分进行回收利用。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其中，所述根盒，其在所述根盒底座的下表面设置有向下凸出的圆柱形凸起，所述圆柱形凸起与栽培架插接固定；所述根盒底座的两侧还分别相对设置有向上延伸的凸台，所述凸台的内侧紧密贴合所述根盒筒的外壁表面，各所述凸台上分别设置有连通孔，各所述连通孔分别与连接管道的不同支管连通，所述根盒通过其中一个连通孔接收连接管道的一个支管所输送的营养液，所述根盒通过其中另一个连通孔向连接管道的另一个支管排出作物吸收养分后营养液的废液。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其中，还包括流量控制阀，其分别独立的设置在各连接管道的支管上，分别独立调节各支管供营养液流通的孔径，分别独立调节各根盒中营养液的流量和/或流速。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其中，所述栽培架包括：培育架主体，其沿水平方向设置在主体框架的各层上，与所述主体框架可拆卸地连接；手柄，其垂直设置在培育架主体的两端，与培育架主体固定连接；圆柱凹槽，其沿所述培育架主体的长度方向排列在所述培育架主体上，所述圆柱凹槽的内径与根盒底座下表面所设置的向下凸出的圆柱形凸起的直径相同，所述圆柱形凸起插接进入所述圆柱凹槽内部，所述圆柱凹槽的深度至少达到所述圆柱形凸起的长度，所述根盒底座的下表面贴合所述培育架主体的上表面。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其中，所述根盒，其根盒筒为圆柱形，所述根盒的内筒为直径小于根盒筒直径的圆柱形，所述内筒的顶部还向上收缩为锥形；所述根盒盖的中部对应内筒顶部锥形尖角的位置还设置有作物生长孔，作物的根系由内筒顶部锥形尖角的位置沿内筒的外壁向下生长，作物的枝叶由根盒盖中部的作物生长孔向上生长至根盒外。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其中，所述离子电极包括沿根盒盖周向向下设置在内筒和根盒筒之间根系生长空间的多个，各离子电极分别连接有对应的参比电极，离子电极和参比电极共同形成测量回路，分别用于测量根系生长空间内所容纳的营养液的硝酸根离子浓度、钾离子浓度、硫酸根离子浓度；所述根盒盖的下方还设置有ph值传感器LE438-2M IP67、溶氧量传感器LE621、温度传感器SE-T-TS中的一种或其组合，其分别沿根盒盖周向向下设置在内筒和根盒筒之间，分别用于检测根系生长空间内所容纳的营养液的ph值、溶氧量和温度。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其中，还包括控制单元，其连接各根盒所设置的所述离子电极、ph值传感器、溶氧量传感器、温度传感器，其还连接所述营养液发生器和营养液回收箱；所述控制单元用于：获取各离子电极所检测到的硝酸根离子浓度、磷酸根离子浓度、钾离子浓度、硫酸根离子浓度，获取ph值传感器、溶氧量传感器、温度传感器所检测到的营养液的ph值、溶氧量和温度；根据各类离子浓度、各根盒营养液的ph值、溶氧量和温度，判断根盒内营养液的成分及浓度，分别控制设置在营养液发生器中的第一蠕动泵调节营养液发生器向主管路以及各支管所输送的营养液的流量，控制设置在所述营养液回收箱中的第二蠕动泵调节营养液回收箱接收废液的流量。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种用于离子浓度监测的根盒，其包括：根盒筒，其为圆柱形，其两侧分别连接有连接管道的不同支管，各支管分别用于向根盒筒内部输送营养液或接收根盒所排出的作物吸收养分后营养液的废液；内筒，其为直径小于所述根盒筒的圆柱形，所述内筒设置在根盒筒内部；根盒底座，其与根盒筒以及内筒的底部固定连接，封闭根盒筒与内筒之间所形成的用于容纳营养液的根系生长空间；根盒盖，其可拆卸的设置在根盒筒的上端；离子电极，其设置在根盒盖下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒之间的根系生长空间中，测量根系生长空间内所容纳的营养液中各类离子浓度；ph值传感器，其设置在根盒盖下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒之间的根系生长空间中，测量根盒中根系生长空间内所容纳的营养液的ph值；温度传感器，其设置在根盒盖下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒之间的根系生长空间中，测量根盒中根系生长空间内所容纳的营养液的温度；溶氧量传感器，其设置在根盒盖下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒之间的根系生长空间中，测量根盒中根系生长空间内所容纳的营养液的溶氧量。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测的根盒，其中，所述根盒底座的下表面设置有向下凸出的圆柱形凸起，所述圆柱形凸起与根盒所设置的栽培架插接固定；所述根盒底座的两侧还分别相对设置有向上延伸的凸台，所述凸台的内侧紧密贴合所述根盒筒的外壁表面，各所述凸台上分别设置有连通孔，各所述连通孔分别与连接管道的不同支管连通，所述根盒通过其中一个连通孔接收连接管道的一个支管所输送的营养液，所述根盒通过其中另一个连通孔向连接管道的另一个支管排出作物吸收养分后营养液的废液。

可选的，上述任一的用于离子浓度监测的根盒，其中，所述内筒的顶部还向上收缩为锥形；所述根盒盖的中部对应内筒顶部锥形尖角的位置还设置有作物生长孔，作物的根系由内筒顶部锥形尖角的位置沿内筒的外壁向下生长，作物的枝叶由根盒盖中部的作物生长孔向上生长至根盒外。

有益效果

本发明将根盒可拆卸地设置在多层的主体框架上，通过在根盒侧壁连接相应的连接管道，实现对作物根系营养物质的供应。本发明在根盒的内部设置分别检测不同种类离子浓度的离子电极，能够准确的获知根盒内部不同离子的浓度，从而相应的调节营养液供给和配比，实现对作物吸收营养成分的追踪。本发明具有结构简单、易于制作、测量精度高、准确性好、使用范围广的优点。本发明能广泛用于多种植物，实现营养液精确供给的栽培培养。

本发明进一步的将根盒、根盒所设置的栽培架分别设置为可拆卸的结构，由此，本发明能够方便搬运、移动根盒，方便对作物表型进行提取和采样。通过将根盒设置成双层结构，尤其，通过在根盒内侧套有一个顶部为锥形、下部为圆柱形的结构的内筒，将作物放置在锥形顶端，本发明能够使得作物的根系沿圆锥表面分布，方便对作物根系的观测，同时套筒结构可减少根盒内部空间，降低营养液的使用量。圆筒为根系生长提供空间，根盒外侧圆环用来放置多种离子选择电极，方便对不同营养液参数的采集。

本发明还进一步的在根盒两侧设置有凸台，凸台对根盒起加强作用，避免根盒在栽培架搬运过程中倾覆。凸台与管道直接相连，能够通过设置密封圈等结构实现对根盒所连接的连接管道的密封。

本发明还可进一步通过控制单元准确的检测营养液状况，实时地通过调节蠕动泵以及流量控制阀，实现对营养液供给流速和流量的监控，精确地对作物不同营养供给状态下生长性状的研究。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的用于离子浓度监测和供给的培养装置的整体结构示意图；

图2是本发明的培养架的侧视图；

图3是本发明用于离子浓度监测和供给的培养装置中主体框架的示意图；

图4是图3主体框架上所设置的根盒的剖视图；

图5是根盒安装在本发明的主体框架上的示意图；

图6是本发明用于离子浓度监测和供给的培养装置中根盒安装与连接管道之间连接关系的示意图；

图7是本发明用于离子浓度监测和供给的培养装置中连接管道上所设置的流量控制阀的示意图；

图8是本发明用于离子浓度监测和供给的培养装置中根盒结构的安装方式示意图。

图中，1-根盒、11-根盒盖、12-内筒、13-根盒底座、14-凸台、2-控制单元、3-连接管道、31-流量控制阀、4-营养液发生器、5-营养液回收箱、6-消毒过滤装置、7-栽培架、71-手柄、72-圆柱凹槽、8-离子电极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于根盒本身而言，由根盒筒的外壁指向根盒内部所容纳的作物根系的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对用于离子浓度监测和供给的培养装置时，由营养液发生器、营养液回收箱或消毒过滤装置指向根盒中作物的方向即为上，反之向即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为根据本发明的一种用于离子浓度监测和供给的培养装置。培养架为作物培育提供场所，营养液是无土栽培中提供作物生长发育所需元素的必备溶液，为解决作物不同时期、不同生长阶段所需营养液浓度、成分的不同。针对不同营养成分以及生长阶段的监控需求，本发明所设计的培养架，其包括：

主体框架，其设置为多层，每一层上均分别设置有可拆卸的栽培架7；

根盒1，其设置在主体框架上，各根盒分别与可拆卸的栽培架7插接固定，每一个所述根盒1均分别包括有根盒盖11、离子电极8、根盒筒、内筒12及根盒底座13，其中，所述内筒12设置在根盒筒内部，根盒筒与内筒12的底部由根盒底座13固定连接并封闭，根盒筒与内筒12之间形成有用于容纳营养液的根系生长空间，根盒盖11可拆卸的设置在根盒筒的上端，根盒盖11下方设置离子电极8，离子电极8从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒12之间的根系生长空间中；

连接管道3，其包括分别连通至各根盒1的支管，以及串联各支管的主管路，主管路沿主体框架的各层排列，所述连接管道3连通设置在主体框架各层的各个根盒；

营养液发生器4，其设置在所述主体框架底部的一侧，连接所述连接管道3的输入端，向主管路以及各支管输送营养液；

营养液回收箱5，其设置在所述主体框架底部的另一侧，连接所述连接管道3的输出端，接收主管路通过各支管所接收的由各根盒1所排出的废液；

消毒过滤装置6，其连接在营养液回收箱5的输出端和营养液发生器4的输入端之间，用于对营养液回收箱5所输出的废液进行消毒和过滤，输出清洁的营养液至营养液发生器4，对废液中的营养成分进行回收利用。

其中在营养液发生器和营养液回收箱中分别含有第一蠕动泵、第二蠕动泵。栽培架上的根盒内的营养液经历一定时期作物根部的吸收作用，营养离子成分减少，受环境影响可能存在细菌、病菌，为此，本发明的栽培架中包括有营养液回收装置，对根盒内部的废液进行回收、消毒、杀菌处理后再次利用，解决营养液污染问题。

通过上述的结构，本发明能够利用图2所示的设置在主体框架侧部的控制单元以及相应的信号处理电路，配合各种离子浓度选择电极以及由营养液发生器4、营养液回收箱5和消毒过滤装置6所构成的营养液的循环制备装置，通过控制单元选择需要检测的离子的参考浓度，设置信号控制机制操控检测、调节根盒内的营养液离子浓度。本发明可通过设置常用的检测离子，包括钾离子、钠离子、硝酸根离子所对应的离子选择电极，使其与参比电极构成测量回路，实现对离子信号的检测，然后相应的通过数模转换单元，将离子浓度检测结果的数字信号转化为模拟信号输出，在人机交互页面根据根系生长情况调控营养液的配备比例。配备好的营养液可由营养液发生器4的输出泵输入连接管道3，通过连接管道在栽培架的每层由主管道输入不同的支管，分别由各支管供应给各个根盒。若根盒内营养液离子浓度过低，则控制单元可相应的输出电信号控制相应的泵运行，进行废液回收；营养液的废液经管道流入废液回收箱，经过消毒、过滤后，流进营养液发生机可再次利用。单片机、数字模拟信号转换模块均可设置在控制单元内部实现上述的控制过程。数字信号转换器可实现数字信号的放大转换。本发明具有结构简单、易于制作、测量精度高、准确性好、使用范围广的优点。能广泛由于多种植物的营养液精确供给的栽培培养。

在更为具体的实现方式下，参考图3所示的栽培架7。所述的栽培架，其包括：

培育架主体，其沿水平方向设置在主体框架的各层上，与所述主体框架可拆卸地连接；

手柄71，其垂直设置在培育架主体的两端，与培育架主体固定连接；

圆柱凹槽72，其沿所述培育架主体的长度方向排列在所述培育架主体上，所述圆柱凹槽72的内径与根盒底座13下表面所设置的向下凸出的圆柱形凸起的直径相同，所述圆柱形凸起插接进入所述圆柱凹槽72内部，所述圆柱凹槽72的深度至少达到所述圆柱形凸起的长度，所述根盒底座13的下表面贴合所述培育架主体的上表面。

在图3所示的具体实现方式下，该栽培架可设置为三层作为主体结构的支撑架，支撑架上培育架主体的两侧带有手柄，可方便安装、拆卸。每层支撑架可放置两排根盒，根盒之间留有空间用于管道铺设，而每排根盒支撑架上均有等距圆柱形凹孔，用于插接放置根盒，起固定、定位作用。在栽培架下边放置营养液供给装置的一系列箱子，提高空间利用率。

栽培架上所设置的根盒，参考图4所示，其根盒筒为圆柱形，所述根盒的内筒12为直径小于根盒筒直径的圆柱形，所述内筒12的顶部还向上收缩为锥形；

所述根盒盖11的中部对应内筒12顶部锥形尖角的位置还设置有作物生长孔，作物的根系由内筒12顶部锥形尖角的位置沿内筒12的外壁向下生长，作物的枝叶由根盒盖11中部的作物生长孔向上生长至根盒1外。内筒12的锥形部分对作物根系起支撑作用，营养液储放在内筒和根盒筒的两个圆柱筒之间，可借助内筒所占根盒筒内部的体积减少营养液的使用量。

其中，参考图6以及图8所示的结构，本发明通过在根盒顶部盖内连接有多种离子浓度监测传感器、参比电极及敏感膜，通过离子选择电极的设置选择营养成分监控所需的5-15种离子进行浓度检测。其根据作物生长情况需求常用的检测参数可设置为包括：硝酸根离子、磷酸根离子、钾离子、硫酸根离子、ph值电导率、溶氧量、温度等，选用的离子选择电极型号为钠离子浓度传感器BNADJ，氯离子浓度传感器BELL-CL-，氟离子浓度传感器BELL-F-，硝酸根离子浓度传感器BNO3DJ，钾离子浓度传感器BKDJ，硫酸根离子浓度传感器BSDJ。其中，离子选择电极与参比电极构成测量回路。本发明通过设置所述离子电极8形成沿根盒盖11周向向下设置在内筒12和根盒筒之间根系生长空间的多个结构，分别由各离子电极8分别连接其所对应的参比电极，通过离子电极和参比电极共同形成测量回路，组成完整的电化学电池，然后测量电池的电动势。该电动势包括：E＝Em+En+E1-Ew式中En为内参比电极的电势；Ew与E1为外参电极的电势及其液接部分的液接电势，通过对E与Em之间常数项差值的处理，可通过电动势的变化反映Em的变化。由此，分别测量获得根系生长空间内所容纳的营养液的钠离子浓度、氯离子浓度、氟离子浓度、硝酸根离子浓度、钾离子浓度、硫酸根离子浓度；

所述根盒盖11的下方还可进一步的设置有ph值传感器LE438-2M IP67、溶氧量传感器LE621、温度传感器SE-T-TS的一种或其组合，其分别沿根盒盖11周向向下设置在内筒12和根盒筒之间，分别用于检测根系生长空间内所容纳的营养液的ph值、溶氧量和温度。

为保证根盒运输过程中在栽培架上结构稳定，本发明还进一步的在所述根盒底座13的下表面设置有向下凸出的圆柱形凸起，所述圆柱形凸起与根盒所设置的栽培架7上的圆柱凹槽72插接固定；在所述根盒底座13的两侧还分别相对设置向上延伸的凸台14，所述凸台14的内侧紧密贴合所述根盒筒的外壁表面，各所述凸台14上分别设置有连通孔，各所述连通孔分别与连接管道3的不同支管连通，所述根盒1通过其中一个连通孔接收连接管道3的一个支管所输送的营养液，所述根盒1通过其中另一个连通孔向连接管道3的另一个支管排出作物吸收养分后营养液的废液。由此，本发明可通过根盒底座所设置的圆柱形凸起，在根盒放置时将根盒固定安装在栽培架上，便于定位，同时也避免根盒在栽培架上的滑动。

参考图7所示，在一些实现方式下，本发明还可进一步的在各连接管道3的支管上分别独立的设置流量控制阀31。由此，流量控制阀31可各分别独立调节各支管供营养液流通的孔径，分别独立调节各根盒中营养液的流量和/或流速。从而相应的通过图5中的控制单元执行以下步骤：

获取各离子电极8所检测到的硝酸根离子浓度、磷酸根离子浓度、钾离子浓度、硫酸根离子浓度，获取ph值传感器、溶氧量传感器、温度传感器所检测到的营养液的ph值、溶氧量和温度；

根据各类离子浓度、各根盒营养液的ph值、溶氧量和温度，判断根盒内营养液的成分及浓度，分别控制设置在营养液发生器4中的第一蠕动泵调节营养液发生器4向主管路以及各支管所输送的营养液的流量和/或流速，控制设置在所述营养液回收箱5中的第二蠕动泵调节营养液回收箱5接收废液的流量和/或流速，控制流量控制阀31相应的调节输入或流出根盒的营养液或废液的流量和/或流速。

在一些实现方式下，所述的控制单元可安装在栽培架的一侧，主要由单片机、数据转换模块、信号转换模块和触控显示屏等组成。操作人员可在触控显示屏上操作，向离子浓度检测系统发送指令，离子检测系统进行至少一种离子浓度的检测；所述信号处理装置与所述控制单元信号连接以根据所述离子浓度信号向所述控制单元发送信号传输传感器所采集到的信息，信号转换模块将电路信号转化为数字信息，控制营养液发生器的运行，并根据需要配置出不同浓度的营养液。

控制单元还可以控制根盒内营养液的回收，在控制单元显示屏上输入命令，指导第二蠕动泵推动废液进入回收装置进行营养液回收。根据对离子浓度信号进行处理所获得的各个离子的浓度，所述控制单元与所述营养液发生器信号连接，根据所述操作指令及预设配比程序控制所述营养液发生器进行营养液配比。单片机、数字信号转换模块均可设置在控制单元内部，配合数字信号转换器可实现数字信号的放大以及相应的运算处理，由此输出给个阀门或泵体，实现对营养液的精确控制。

本发明中的连接管道，考虑到营养液的成分及经济成本，可采用pvc，即，聚氯乙烯材质的管道。本发明所设计的管道通过第一及第二蠕动泵直接连向根盒，为其提供营养液或驱动营养液流出。根盒的两侧皆可相应的连接有管道，分别用于输送营养液、排出根盒内的废液。输送营养液的管道由营养液发生装置经第一蠕动泵的驱动而向根盒内输入营养液。栽培架每层均有一个位于栽培架中间的主管道输入接口。主管道输入接口后一级再分别由两个三通接口连接不同支管连通至各个根盒，分别为各根盒提供养分。在栽培架外侧连接各个根盒的另一组连接管，其主要用于废液的排出。废液经用于输出的支管连通至用于输出的主管道，进入废液箱。由此，废液可配合在栽培架底部配置的营养液发生器、营养液回收箱及消毒装置，实现营养液的循环供给。其中的营养液发生器可根据需要配置出不同营养离子浓度的营养液；同时，根据离子浓度检测的结果，可将根盒内的废液排出至废液回收箱，本发明设计的消毒装置可对回收的营养液进行消毒、过滤；废液可实现再回收利用。由此，本发明可实现营养液灌溉的高效利用，同时也做到环保。

考虑到灌溉精度，通常选择微灌方案优于滴灌优于喷灌。因此，本发明可通过微灌方式应用于气候舱栽培架进行营养液灌溉。其具体通过在根盒两侧所连接的支管，设置营养液输入侧支管连接有流量控制阀(可设置为手动)，实现管内通过营养液流量口径的调节。本发明可根据需要调节通过根盒内部的营养液流量。一般来讲，调节输入营养液的支管口径较小，而调节流出的营养液废液口径较大，便于废液的排出。

由此，本发明能够将配备好的营养液由输出泵输入管道，在栽培架的每层由主管道输入支管，由支管连接各个根盒，在根盒内营养液离子浓度过低时，控制输出泵运行，进行废液回收。废液经管道流经废液回收箱，经过消毒、过滤，流进营养液发生机可再次利用。

本发明还可以选择离子进行检测浓度。通过离子选择电极与参比电极构成测量回路，实现对常用离子，例如钾离子、钠离子、硝酸根离子的检测；信号转换器将离子浓度检测结果的数字信号转化为模拟信号输出，向控制平台传输检测结果；根据检测结果及作物的实际生长发育需求，在人机交互页面选择根系生长情况调控营养液的配备比例，向营养液配备装置发送浓度调整指令。控制单元相应控制第一蠕动泵从营养液发生器输出配备好的营养液，由输出泵泵入各层的输入管道，在栽培架的每层由主管道输入支管，再由各个支管连接各个根盒，完成营养液的输送。若显示屏显示出根盒内营养液离子浓度过低或有其他杂质生成，操作人员则可在显示屏界面选择营养液回收，控制单元控制营养液输出泵运行，进行废液回收；废液经与根盒相连的各个支管流入回收主管道，主管道流经废液回收箱，经过其消毒、过滤后，再流进营养液发生机以再次被利用进行营养液配备。营养液回收后，第一液位计显示数据并实时传输数据至实时监测控制系统，自动控制打开电磁阀驱动相应的管道上的阀门放出冷凝水，最终供应配比好的营养液至各个根盒。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，包括：

主体框架，其设置为多层，每一层上均分别设置有可拆卸的栽培架(7)；

根盒(1)，其设置在主体框架上，各根盒分别与可拆卸的栽培架(7)插接固定，每一个所述根盒(1)均分别包括有根盒盖(11)、离子电极(8)、根盒筒、内筒(12)及根盒底座(13)，其中，所述内筒(12)设置在根盒筒内部，根盒筒与内筒(12)的底部由根盒底座(13)固定连接并封闭，根盒筒与内筒(12)之间形成有用于容纳营养液的根系生长空间，根盒盖(11)可拆卸的设置在根盒筒的上端，根盒盖(11)下方设置离子电极(8)，离子电极(8)从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒(12)之间的根系生长空间中；

连接管道(3)，其包括分别连通至各根盒(1)的支管，以及串联各支管的主管路，主管路沿主体框架的各层排列，所述连接管道(3)连通设置在主体框架各层的各个根盒；

营养液发生器(4)，其设置在所述主体框架底部的一侧，连接所述连接管道(3)的输入端，向主管路以及各支管输送营养液；

营养液回收箱(5)，其设置在所述主体框架底部的另一侧，连接所述连接管道(3)的输出端，接收主管路通过各支管所接收的由各根盒(1)所排出的废液；

消毒过滤装置(6)，其连接在营养液回收箱(5)的输出端和营养液发生器(4)的输入端之间，用于对营养液回收箱(5)所输出的废液进行消毒和过滤，输出清洁的营养液至营养液发生器(4)，对废液中的营养成分进行回收利用。

2.如权利要求1所述的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，所述根盒(1)，其在所述根盒底座(13)的下表面设置有向下凸出的圆柱形凸起，所述圆柱形凸起与栽培架(7)插接固定；

所述根盒底座(13)的两侧还分别相对设置有向上延伸的凸台(14)，所述凸台(14)的内侧紧密贴合所述根盒筒的外壁表面，各所述凸台(14)上分别设置有连通孔，各所述连通孔分别与连接管道(3)的不同支管连通，所述根盒(1)通过其中一个连通孔接收连接管道(3)的一个支管所输送的营养液，所述根盒(1)通过其中另一个连通孔向连接管道(3)的另一个支管排出作物吸收养分后营养液的废液。

3.如权利要求1-2所述的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，还包括流量控制阀，其分别独立的设置在各连接管道(3)的支管上，分别独立调节各支管供营养液流通的孔径，分别独立调节各根盒中营养液的流量和/或流速。

4.如权利要求1-2所述的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，所述栽培架(7)包括：

培育架主体，其沿水平方向设置在主体框架的各层上，与所述主体框架可拆卸地连接；

手柄(71)，其垂直设置在培育架主体的两端，与培育架主体固定连接；

圆柱凹槽(72)，其沿所述培育架主体的长度方向排列在所述培育架主体上，所述圆柱凹槽(72)的内径与根盒底座(13)下表面所设置的向下凸出的圆柱形凸起的直径相同，所述圆柱形凸起插接进入所述圆柱凹槽(72)内部，所述圆柱凹槽(72)的深度至少达到所述圆柱形凸起的长度，所述根盒底座(13)的下表面贴合所述培育架主体的上表面。

5.如权利要求1-4所述的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，所述根盒(1)，其根盒筒为圆柱形，所述根盒的内筒(12)为直径小于根盒筒直径的圆柱形，所述内筒(12)的顶部还向上收缩为锥形；

所述根盒盖(11)的中部对应内筒(12)顶部锥形尖角的位置还设置有作物生长孔，作物的根系由内筒(12)顶部锥形尖角的位置沿内筒(12)的外壁向下生长，作物的枝叶由根盒盖(11)中部的作物生长孔向上生长至根盒(1)外。

6.如权利要求1-5所述的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，所述离子电极(8)包括沿根盒盖(11)周向向下设置在内筒(12)和根盒筒之间根系生长空间的多个，各离子电极(8)分别连接有对应的参比电极，离子电极和参比电极共同形成测量回路，分别用于测量根系生长空间内所容纳的营养液的硝酸根离子浓度、钾离子浓度、硫酸根离子浓度；

所述根盒盖(11)的下方还设置有ph值传感器LE438-2MIP67、溶氧量传感器LE621、温度传感器SE-T-TS中的一种或其组合，其分别沿根盒盖(11)周向向下设置在内筒(12)和根盒筒之间，分别用于检测根系生长空间内所容纳的营养液的ph值、溶氧量和温度。

7.如权利要求1-6所述的用于离子浓度监测和供给的培养装置，其特征在于，还包括控制单元(2)，其连接各根盒所设置的所述离子电极(8)、ph值传感器、溶氧量传感器、温度传感器，其还连接所述营养液发生器(4)和营养液回收箱(5)；

所述控制单元(2)用于：

获取各离子电极(8)所检测到的硝酸根离子浓度、磷酸根离子浓度、钾离子浓度、硫酸根离子浓度，获取ph值传感器、溶氧量传感器、温度传感器所检测到的营养液的ph值、溶氧量和温度；

根据各类离子浓度、各根盒营养液的ph值、溶氧量和温度，判断根盒内营养液的成分及浓度，分别控制设置在营养液发生器(4)中的第一蠕动泵调节营养液发生器(4)向主管路以及各支管所输送的营养液的流量，控制设置在所述营养液回收箱(5)中的第二蠕动泵调节营养液回收箱(5)接收废液的流量。

8.一种用于离子浓度监测的根盒，其特征在于，包括：

根盒筒，其为圆柱形，其两侧分别连接有连接管道(3)的不同支管，各支管分别用于向根盒筒内部输送营养液或接收根盒所排出的作物吸收养分后营养液的废液；

内筒(12)，其为直径小于所述根盒筒的圆柱形，所述内筒(12)设置在根盒筒内部；

根盒底座(13)，其与根盒筒以及内筒(12)的底部固定连接，封闭根盒筒与内筒(12)之间所形成的用于容纳营养液的根系生长空间；

根盒盖(11)，其可拆卸的设置在根盒筒的上端；

离子电极(8)，其设置在根盒盖(11)下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒(12)之间的根系生长空间中，测量根系生长空间内所容纳的营养液中各类离子浓度；

ph值传感器，其设置在根盒盖(11)下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒(12)之间的根系生长空间中，测量根盒中根系生长空间内所容纳的营养液的ph值；

温度传感器，其设置在根盒盖(11)下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒(12)之间的根系生长空间中，测量根盒中根系生长空间内所容纳的营养液的温度；

溶氧量传感器，其设置在根盒盖(11)下方，从根盒盖向下伸入根盒筒与内筒(12)之间的根系生长空间中，测量根盒中根系生长空间内所容纳的营养液的溶氧量。

9.如权利要求8所述的用于离子浓度监测的根盒，其特征在于，所述根盒底座(13)的下表面设置有向下凸出的圆柱形凸起，所述圆柱形凸起与根盒所设置的栽培架(7)插接固定；

所述根盒底座(13)的两侧还分别相对设置有向上延伸的凸台(14)，所述凸台(14)的内侧紧密贴合所述根盒筒的外壁表面，各所述凸台(14)上分别设置有连通孔，各所述连通孔分别与连接管道(3)的不同支管连通，所述根盒(1)通过其中一个连通孔接收连接管道(3)的一个支管所输送的营养液，所述根盒(1)通过其中另一个连通孔向连接管道(3)的另一个支管排出作物吸收养分后营养液的废液。

10.如权利要求8-9所述的用于离子浓度监测的根盒，其特征在于，所述内筒(12)的顶部还向上收缩为锥形；

所述根盒盖(11)的中部对应内筒(12)顶部锥形尖角的位置还设置有作物生长孔，作物的根系由内筒(12)顶部锥形尖角的位置沿内筒(12)的外壁向下生长，作物的枝叶由根盒盖(11)中部的作物生长孔向上生长至根盒(1)外。

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