CN114814163B - 太阳能无线探棒式土壤水分传感器 - Google Patents

Abstract

本发明所公开的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，包括太阳能板和探棒，探棒包括多组等间距设置的探针，探棒外部套设有探测管，探测管对应多组探针的外壁开有探测口，探棒的外部环形设置多个支撑柱，多个支撑柱上对应于多组探针的位置设置有松土件，两个松土环由支撑柱穿过并进行焊接固定，两个松土环之间对称地固定安装有两个松土弧板，松土弧板的两端分别设置揽土凸块和送土凸块，探棒的顶部设置有连接头进行安装，连接头内还设置有传动轴，传动轴两侧设置有传动组件连接于多个支撑柱，传动组件和松土件形成松土结构。本发明通过设置松土结构和缓冲结构，保证探针周围土壤的松弛，保证检测数据准确同时减少了探针的损坏。

Description

太阳能无线探棒式土壤水分传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是太阳能无线探棒式土壤水分传感器。

背景技术

土壤水分传感器又称土壤湿度传感器，多由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的工具。在进行测量之前应选择密度均匀的土壤作为被测对象，不要将传感器探针插入硬土块中，防止探针损坏；不可直接拽拉电缆将传感器移出土壤，用手握住环氧树脂外包装被测土壤；土壤水分传感器使用完毕后，用毛刷扫除探针上的土尘，并用柔软的布擦干探针，保护湿度探头干净，增加使用寿命。

现有的探棒式土壤水分传感器在使用时，由于传感器长期埋设地下，土壤经过自然地沉降作用和地面上人、动物的踩实，探针处很容易受到过度的压力而损坏，此时如果不能够对周边的土壤进行松弛，很容易造成探针损坏，探针过度紧实地与土壤接触也会影响检测数据的准确。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的太阳能无线探棒式土壤水分传感器。

本发明所设计的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，包括太阳能板和探棒，探棒包括多组等间距设置的探针，探棒外部套设有探测管，探测管对应多组探针的外壁开有探测口，探棒的外部环形设置多个支撑柱，多个支撑柱上对应于多组探针的位置设置有松土件，松土件包括两个松土环，两个松土环由支撑柱穿过并进行焊接固定，两个松土环之间对称地固定安装有两个松土弧板，松土弧板的两端分别设置揽土凸块和送土凸块，探棒的顶部设置有连接头进行安装，连接头内还设置有传动轴，传动轴两侧设置有传动组件连接于多个支撑柱，传动组件和松土件形成松土结构，松土弧板、揽土凸块和送土凸块旋转带动周围土壤移动，并通过揽土凸块和送土凸块平衡土壤出入探测口，位于顶部的松土件和连接头之间设置有缓冲结构，缓冲结构底部对应探测口顶部，且缓冲结构弹性阻挡土壤进入缓冲结构顶部和连接头底部的区域。

进一步的，所述缓冲结构包括套设于探棒外部的弹簧和弹簧底部橡胶材质的隔离柱。

进一步的，所述隔离柱的上下两端均通过磨削设置有缓冲角。

进一步的，所述探测管的底部固定安装有锥头，且探测管和锥头的表面设置有自攻螺纹。

进一步的，所述连接头的顶部设置有安装柱，太阳能板可转动地安装于安装柱的顶部，且安装柱上还设置有控制器与太阳能板和探棒连接。

进一步的，传动组件包括多个支撑柱的顶部固定安装的连接环，连接环与传动轴相连，还包括传动轴顶部固定安装的调钮，调钮中心穿过安装柱。

进一步的，连接头外壁贴合安装有相互配合的第一固定板和第二固定板，第一固定板和第二固定板的底部设置有连接于太阳能板的蓄电池。

进一步的，调钮包括外部的驱动齿。

进一步的，第一固定板和第二固定板上设置电机和传动齿连接于驱动齿。

进一步的，探棒的表面设置有安装探针的探针座，探针座为柱形套体，且探针座的侧面等间距地设置有三个弧形橡胶块体，探针底部穿过弧形橡胶块体与探棒的内部相连。

本发明所设计的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，通过设置的多个支撑柱和松土环组合使得支撑柱和松土件组成稳定的框架，配合传送组件对于传送轴和支撑柱的连接，此时上述的稳定的框架即可以在该传感器埋入土壤后由传送组件处带动传送轴转动，从而框架内部的支撑柱和松土件对周边土壤进行搅散和换新；设置了多组探针能够在不同深度的地表进行探测，由探测管插入土壤时，防止了探棒直接进行预埋，减少土壤中碎石等的损伤，在探测管插入后，周围土壤会慢慢侵入探测口，当然由土壤自然的侵入或者是人工轻踩安装处的土壤都能够保证探测口中进入一部分土壤，这部分土壤经过探测口后与探针接触，在长时间的探测中，这部分土壤与外界的土壤相互连通，因而其水分含量也与周围土壤近乎一致，经过探测口和多个支撑柱之间形成的夹缝的过滤，此时几乎没用石块能够进入，防止探针和探棒损坏；在持续的探测中，由于土壤经过自然沉降以及地表上的按压作用，探针周围的土壤会被渐渐踩实，如果此时接着测量，一方面对于探针来说受过度的压力作用容易损坏，另一方面紧实的土壤容易侵蚀探针表面，造成腐蚀，此时通过定期对传动轴的转动能够带动支撑柱和松土件转动来对探针周围的土壤进行松弛，在支撑柱和松土件转动时，设置的松土弧板能够增加转动时对于土壤的接触，同时也不会造成土壤大面积的平移，土壤随着松土弧板在探针的周围转动从而进行松弛，减少土壤和探针之间的相互作用，转动时设置的揽土凸块和送土凸块能够带动周边土壤更大范围的移动，揽土凸块设置为弯钩型凸块，转动时会拨动土壤，而送土凸块设置为平滑的导向凸块，在揽土凸块朝内揽土的同时，送土凸块向外导向将内部土壤送出，防止土壤积聚在探针周围被压紧压实，将土壤换新并松弛，保证探针处具有松弛的土壤；显然，探针周围具有一定空间能够保证更加准确地测量数据；

本发明所设计的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，通过设置的缓冲结构能够保护该部分尽少接触土壤，同时，在松土组件转动时，土壤不可避免地会侵入，此时缓冲结构弹性作用于土壤使得该部分不会在松土组件转动时硬性地与松土组件相抵住，相反在转动时缓冲结构能够向上一段距离让土壤侵入，减轻松土组件转动时的挤压，在松土过程后，缓冲结构复位，减少这部分的土壤残留。

本发明所设计的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，通过设置的弧形橡胶块体，探针底部穿过弧形橡胶块体与探棒的内部相连，探棒通过探针座安装探针，探针在安装和松土过程中会受到压力，此时由于弧形橡胶块体的设置，探针能够在一定范围内摆动，从而减少探针的损坏。

附图说明

图1是整体结构示意图；

图2是探棒处的结构示意图；

图3是探测管的结构示意图；

图4是探棒处去除松土结构的结构示意图；

图5是松土结构的结构示意图；

图6是半剖结构示意图；

图7是单个松土件结构示意图；

图8是松土弧板结构示意图。

图中：安装柱1、调钮2、第一固定板3、蓄电池4、探测管5、松土件6、探测口7、第二固定板8、控制器9、太阳能板10、连接头11、探棒12、支撑柱13、隔离柱14、探针15、弹簧16、松土弧板17、锥头18、探针座19、缓冲角20、连接环21、传动轴22、揽土凸块23、送土凸块24。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-8所示，本实施例所描述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，包括太阳能板10和探棒12，探棒12包括多组等间距设置的探针15，使用时，通过太阳能板10持续产电使得探棒12埋入预设土壤后具有持续且稳定的电源；

具体的，探棒12外部套设有探测管5，探测管5对应多组探针15的外壁开有探测口7，探棒12的外部环形设置多个支撑柱13，多个支撑柱13上对应于多组探针15的位置设置有松土件6，松土件6包括两个松土环，两个松土环由支撑柱13穿过并进行焊接固定，两个松土环之间对称地固定安装有两个松土弧板17，松土弧板17的两端分别设置揽土凸块23和送土凸块24，探棒12的顶部设置有连接头11进行安装，连接头11内还设置有传动轴22，传动轴22两侧设置有传动组件连接于多个支撑柱13，传动组件和松土件6形成松土结构，松土弧板17、揽土凸块23和送土凸块24旋转带动周围土壤移动，并通过揽土凸块23和送土凸块24平衡土壤出入探测口7，位于顶部的松土件6和连接头11之间设置有缓冲结构，缓冲结构底部对应探测口7顶部，且缓冲结构弹性阻挡土壤进入缓冲结构顶部和连接头11底部的区域；由多个环形设置的支撑柱13以及松土环组合使得支撑柱13和松土件6组成稳定的框架，配合传送组件对于传送轴22和支撑柱13的连接，此时上述的稳定的框架即可以在该传感器埋入土壤后由传送组件处带动传送轴22转动，从而框架内部的支撑柱13和松土件6对周边土壤进行搅散和换新；该土壤水分传感器在使用时，探测管5先插入土壤中的合适位置，探针15在接触土壤后准确地将信号传导并进行传输，设置了多组探针15能够在不同深度的地表进行探测，由探测管5插入土壤时，防止了探棒12直接进行预埋，减少土壤中碎石等的损伤，在探测管5插入后，周围土壤会慢慢侵入探测口7，当然由土壤自然的侵入或者是人工轻踩安装处的土壤都能够保证探测口7中进入一部分土壤，这部分土壤经过探测口7后与探针15接触，在长时间的探测中，这部分土壤与外界的土壤相互连通，因而其水分含量也与周围土壤近乎一致，经过探测口7和多个支撑柱13之间形成的夹缝的过滤，此时几乎没用石块能够进入，防止探针15和探棒损坏；在持续的探测中，显然土壤经过自然沉降以及地表上的按压作用，探针15周围的土壤会被渐渐踩实，如果此时接着测量，一方面对于探针15来说受过度的压力作用容易损坏，另一方面紧实的土壤容易侵蚀探针表面，造成腐蚀，此时通过定期对传动轴22的转动能够带动支撑柱13和松土件6转动来对探针周围的土壤进行松弛，在支撑柱13和松土件6转动时，设置的松土弧板17能够增加转动时对于土壤的接触，同时也不会造成土壤大面积的平移，土壤随着松土弧板17在探针15的周围转动从而进行松弛，减少土壤和探针之间的相互作用，转动时设置的揽土凸块23和送土凸块24能够带动周边土壤更大范围的移动，如图8所示，揽土凸块23设置为弯钩型凸块，转动时会拨动土壤，而送土凸块24设置为平滑的导向凸块，在揽土凸块23朝内揽土的同时，送土凸块24向外导向将内部土壤送出，防止土壤积聚在探针周围被压紧压实，将土壤换新并松弛，保证探针15处具有松弛的土壤；显然，探针15周围具有一定空间能够保证更加准确地测量数据；在上述松土组件作用时，探棒12位于探测口7以上的部分是裸露于探测管5中的，此时设置缓冲结构能够保护该部分尽少接触土壤，同时，在松土组件转动时，土壤不可避免地会侵入，此时缓冲结构弹性作用于土壤使得该部分不会在松土组件转动时硬性地与松土组件相抵住，相反在转动时缓冲结构能够向上一段距离让土壤侵入，减轻松土组件转动时的挤压，在松土过程后，缓冲结构复位，减少这部分的土壤残留。

上述的缓冲结构包括套设于探棒12外部的弹簧16和弹簧16底部橡胶材质的隔离柱14，隔离柱14的上下两端均通过磨削设置有缓冲角20，在缓冲结构使用时，隔离柱14能够贴合于探棒12起到保护作用，松土时，部分土壤压缩弹簧16变形以抵消松土时内部土壤的挤压作用，使用后弹簧16复位使得该部分土壤能够进行大部分的排除。

探测管5的底部固定安装有锥头18，且探测管5和锥头18的表面设置有自攻螺纹，锥头18和探测管5进行配合，安装时更加容易，通过锥头18插入后转动探测管5并向下按压，方便进行安装。

连接头11的顶部设置有安装柱1，太阳能板10可转动地安装于安装柱1的顶部，且安装柱1上还设置有控制器9与太阳能板10和探棒12连接，控制器9能够进行显示和对该土壤水分传感器进行控制，同时控制器9可以安装数据传输模块来进行远程数据上传。

传动组件包括多个支撑柱13的顶部固定安装的连接环21，连接环21与传动轴22相连，还包括传动轴22顶部固定安装的调钮2，调钮2中心穿过安装柱1，连接环21设置后增加多个支撑柱13之间的稳定，设置调钮2方便操作者在松土时转动松土件6。

连接头11外壁贴合安装有相互配合的第一固定板3和第二固定板8，第一固定板3和第二固定板8的底部设置有连接于太阳能板10的蓄电池4，在探测管5安装到土壤中后，此时第一固定板3和第二固定板8从侧面分别贴合安装于连接头11的外壁，利用螺钉进行固定，固定后保证装置整体的稳定性，设置的蓄电池4能够储存电力，保证雨天等无太阳时的电能储备。

上述调钮2还包括外部的驱动齿，驱动齿显然可以用手进行拨动，当然也可以在第一固定板3和第二固定板8上设置电机和传动齿连接于驱动齿，通过电机和传动齿让驱动齿转动，从而实现自动的控制。

上述的探棒12的表面设置有安装探针15的探针座19，探针座19为柱形套体，且探针座19的侧面等间距地设置有三个弧形橡胶块体，探针15底部穿过弧形橡胶块体与探棒12的内部相连，探棒12通过探针座19安装探针15，探针15在安装和松土过程中会受到压力，此时由于弧形橡胶块体的设置，探针15能够在一定范围内摆动，从而减少探针15的损坏。

本实施例在实施时，通过太阳能板10持续产电使得探棒12埋入预设土壤后具有持续且稳定的电源，以方便持续使用；由多个环形设置的支撑柱13以及松土环组合使得支撑柱13和松土件6组成稳定的框架，此时框架可以在该传感器埋入土壤后由传送组件处带动传送轴22转动，从而对周边土壤进行搅散和换新；该土壤水分传感器在使用时，探测管5先插入土壤中的合适位置，探针15在接触土壤后准确地将信号传导并进行传输，设置了多组探针15能够在不同深度的地表进行探测，由探测管5插入土壤时，防止了探棒12直接进行预埋，减少土壤中碎石等的损伤，在探测管5插入后，周围土壤会慢慢侵入探测口7，当然由土壤自然的侵入或者是人工轻踩安装处的土壤都能够保证探测口7中进入一部分土壤，这部分土壤经过探测口7后与探针15接触，在长时间的探测中，这部分土壤与外界的土壤相互连通，因而其水分含量也与周围土壤近乎一致，经过探测口7和多个支撑柱13之间形成的夹缝的过滤，此时几乎没用石块能够进入，防止探针15和探棒损坏；在持续的探测中，显然土壤经过自然沉降以及地表上的按压作用，探针15周围的土壤会被渐渐踩实，此时通过定期对传动轴22的转动能够带动支撑柱13和松土件6转动来对探针周围的土壤进行松弛，在支撑柱13和松土件6转动时，设置的松土弧板17能够增加转动时对于土壤的接触，同时也不会造成土壤大面积的平移，土壤随着松土弧板17在探针15的周围转动从而进行松弛，减少土壤和探针之间的相互作用，转动时设置的揽土凸块23和送土凸块24能够带动周边土壤更大范围的移动，如图8所示，揽土凸块23设置为弯钩型凸块，转动时会拨动土壤，而送土凸块24设置为平滑的导向凸块，在揽土凸块23朝内揽土的同时，送土凸块24向外导向将内部土壤送出，防止土壤积聚在探针周围被压紧压实，将土壤换新并松弛，保证探针15处具有松弛的土壤；显然，探针15周围具有一定空间能够保证更加准确地测量数据；在上述松土组件作用时，探棒12位于探测口7以上的部分是裸露于探测管5中的，此时设置缓冲结构能够保护该部分尽少接触土壤，同时，在松土组件转动时，土壤不可避免地会侵入，此时缓冲结构弹性作用于土壤使得该部分不会在松土组件转动时硬性地与松土组件相抵住，相反在转动时缓冲结构能够向上一段距离让土壤侵入，减轻松土组件转动时的挤压，在松土过程后，缓冲结构复位，减少这部分的土壤残留；在缓冲结构使用时，隔离柱14能够贴合于探棒12起到保护作用，松土时，部分土壤压缩弹簧16变形以抵消松土时内部土壤的挤压作用，使用后弹簧16复位使得该部分土壤能够进行大部分的排除；探测管5安装时通过锥头18插入后转动探测管5并向下按压，方便进行安装；设置控制器9能够进行显示和对该土壤水分传感器进行控制，同时控制器9可以安装数据传输模块来进行远程数据上传；在探测管5安装到土壤中后，第一固定板3和第二固定板8从侧面分别贴合安装于连接头11的外壁，利用螺钉进行固定，固定后保证装置整体的稳定性，设置的蓄电池4能够储存电力，保证雨天等无太阳时的电能储备；调钮2外部设置驱动齿，驱动齿显然可以用手进行拨动，当然也可以在第一固定板3和第二固定板8上设置电机和传动齿连接于驱动齿，通过电机和传动齿让驱动齿转动，从而实现自动的控制；设置探针座19且在侧面等间距地设置有三个弧形橡胶块体，探针15底部穿过弧形橡胶块体与探棒12的内部相连，探棒12通过探针座19安装探针15，探针15在安装和松土过程中会受到压力，此时由于弧形橡胶块体的设置，探针15能够在一定范围内摆动，从而减少探针15的损坏。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能无线探棒式土壤水分传感器，包括太阳能板(10)和探棒(12)，探棒(12)包括多组等间距设置的探针(15)，其特征在于，探棒(12)外部套设有探测管(5)，探测管(5)对应多组探针(15)的外壁开有探测口(7)，探棒(12)的外部环形设置多个支撑柱(13)，多个支撑柱(13)上对应于多组探针(15)的位置设置有松土件(6)，松土件(6)包括两个松土环，两个松土环由支撑柱(13)穿过并进行焊接固定，两个松土环之间对称地固定安装有两个松土弧板(17)，松土弧板(17)的两端分别设置揽土凸块(23)和送土凸块(24)，探棒(12)的顶部设置有连接头(11)进行安装，连接头(11)内还设置有传动轴(22)，传动轴(22)两侧设置有传动组件连接于多个支撑柱(13)，传动组件和松土件(6)形成松土结构，松土弧板(17)、揽土凸块(23)和送土凸块(24)旋转带动周围土壤移动，并通过揽土凸块(23)和送土凸块(24)平衡土壤出入探测口(7)，位于顶部的松土件(6)和连接头(11)之间设置有缓冲结构，缓冲结构底部对应探测口(7)顶部，且缓冲结构弹性阻挡土壤进入缓冲结构顶部和连接头(11)底部的区域。

2.根据权利要求1所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，所述缓冲结构包括套设于探棒(12)外部的弹簧(16)和弹簧(16)底部橡胶材质的隔离柱(14)。

3.根据权利要求2所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，所述隔离柱(14)的上下两端均通过磨削设置有缓冲角(20)。

4.根据权利要求1所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，所述探测管(5)的底部固定安装有锥头(18)，且探测管(5)和锥头(18)的表面设置有自攻螺纹。

5.根据权利要求1所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，所述连接头(11)的顶部设置有安装柱(1)，太阳能板(10)可转动地安装于安装柱(1)的顶部，且安装柱(1)上还设置有控制器(9)与太阳能板(10)和探棒(12)连接。

6.根据权利要求5所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，传动组件包括多个支撑柱(13)的顶部固定安装的连接环(21)，连接环(21)与传动轴(22)相连，还包括传动轴(22)顶部固定安装的调钮(2)，调钮(2)中心穿过安装柱(1)。

7.根据权利要求6所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，连接头(11)外壁贴合安装有相互配合的第一固定板(3)和第二固定板(8)，第一固定板(3)和第二固定板(8)的底部设置有连接于太阳能板(10)的蓄电池(4)。

8.根据权利要求7所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，所述调钮(2)包括外部的驱动齿。

9.根据权利要求8所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，第一固定板(3)和第二固定板(8)上设置电机和传动齿连接于驱动齿。

10.根据权利要求1-9任一项所述的太阳能无线探棒式土壤水分传感器，其特征在于，探棒(12)的表面设置有安装探针(15)的探针座(19)，探针座(19)为柱形套体，且探针座(19)的侧面等间距地设置有三个弧形橡胶块体，探针(15)底部穿过弧形橡胶块体与探棒(12)的内部相连。