CN116223778A - 一种高海拔地区土壤质量实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔地区土壤质量实时监测装置,涉及土壤监测技术领域，该装置包括：一立柱、设于立柱上的一电控箱、一监测器、设于所述电控箱中的一电动机以及一与所述电动机连接传动机构，电动机带动传动机构夹装监测器，并予以供电及信号传输。本发明通过设置电动机、第一转轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、直齿轮、滑块、条形滑座、齿条、第一L形杆、推杆、第二L形杆以及航空插头构成的组件，既实现对监测器的夹装，防止其在外力因素下被挪动或被盗；又实现了对监测器信号的传输及供电，能够自动化实现对监测器工作启停。

Description

一种高海拔地区土壤质量实时监测装置

技术领域

本发明涉及土壤监测技术领域，具体是涉及一种高海拔地区土壤质量实时监测装置。

背景技术

高海拔地区具有湿度低、阳光辐射强、氧气稀薄、气温寒冷等特点，由此，高海拔地区土壤环境对作物植物的生长发育要求较为苛刻，比如牧草中的紫花苜蓿与黑麦草均适宜在上述地域中生长，为了能够掌握高海拔地区土壤参数性能及其变化，技术工作人员有必要在作物生长的土壤上设置装置对土壤质量进行实时监测。

现有的土壤质量监测装置一般采用具有探针或其他监测元件的探头插入到土壤中进行检测，由于高海拔地区气候寒冷，正常情况下都是在零度以下，装置电控箱与监测器之间连接的外露电线容易冻住，在受到人为或动物破坏下极可能会造成损坏的情况，另外，现有的监测器基本上都是直接插入到土壤中，不具有防盗防挪动的功能，可能会存在人为的拔出或被动物刨出的风险，严重影响土壤的监测工作，而且高海拔地区也不便于技术人员去现场进行维修维护工作。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种高海拔地区土壤质量实时监测装置，旨在进一步固定防护监测器，提高监测装置使用的稳定性和安全性。

为了实现上述目的，本发明的监测装置包括：

一立柱；

一电控箱，其设于所述立柱上；

一监测器，

一电动机，该电动机设于所述电控箱中；

一传动机构，该传动机构与所述电动机连接，电动机带动传动机构夹装监测器，并予以供电及信号传输。

进一步地，电控箱内设有控制器、通讯模块、存储模块、定位模块、电池，监测器内设有信号接收及处理模块，所述控制器与电动机、信号接收及处理模块、通讯模块、存储模块、定位模块电连接，所述控制器与电池通过电源电路连接，所述监测器与信号接收及处理模块电连接。

进一步地，在所述立柱顶端设有太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与电池通过太阳能电源控制器电连接。

进一步地，所述立柱为中空结构，其内设有第一空腔，所述太阳能光伏板与电池之间相连接的线路与太阳能电源控制器可内置在第一空腔中。

进一步地，所述电动机的动力端朝向立柱，且在其端部连接有一第一转轴，第一转轴水平贯穿电控箱、立柱及其第一空腔，其另一端套接有一第一轴承，第一轴承固定嵌设在与电控箱相对的立柱侧壁中；

其中，所述传动机构包括：

一第一锥齿轮，该第一锥齿轮固定套接在第一轴承一侧的第一转轴上；

一隔板，该隔板水平横置在第一空腔中，隔板边部与第一空腔内壁连接，隔板位于第一转轴下方，在隔板中心位置固定嵌设有第二轴承，第二轴承中心配合套接有一竖向的第二转轴；

一第二锥齿轮，该第二锥齿轮连接在第二转轴顶端，且第二锥齿轮与侧方等高的第一锥齿轮啮合传动连接；

一直齿轮，该直齿轮连接在第二转轴底端，在直齿轮左右两侧分别设有一滑块，滑块底部前后两侧分别设有一条形滑座，各条形滑座的两端分别与第一空腔内壁垂直固接，在两边的条形滑座上分别设有一齿条，齿条的内侧齿牙段与直齿轮啮合传动连接，且两个齿条的一端分别与其中一滑块垂直固接；

一第一L形杆，该第一L形杆上端与一滑块底面垂直固接，第一L形杆的竖段位于第一空腔中，在所述立柱底部一侧开设有一第一条孔，第一条孔与第一空腔连通，第一L形杆的横段贯穿第一条孔延伸至立柱外侧，在第一L形杆下端侧部垂直连接有一推杆；

一第二L形杆，该第二L形杆上端与另一滑块底面垂直固接，第二L形杆的竖段位于第一空腔中，在所述立柱底部一侧开设有一第二条孔，第二条孔与第一空腔连通，第二L形杆的横段贯穿第二条孔延伸至立柱外侧，在第二L形杆内开设有第二空腔，在第二L形杆下端侧部垂直连接有一航空插头，航空插头与信号接收及处理模块、电池分别通过电线相连接，所述电线通过第二空腔以及在第二L形杆、立柱和电控箱上开设的线孔实现走线与信号接收及处理模块、电池分别电连接。

进一步地，所述监测器包含：

一外壳；

一接头，该接头设于外壳顶端，接头内开设有一T形通孔，T形通孔的上方两端口分别位于接头左右两边侧部，T形通孔的端口与外壳内腔连通，在T形通孔的一侧端口中内置有一航空插座，航空插座与所述航空插头相配合连接；

一推板，该推板内置于外壳内腔中，推板边部与外壳内壁接触连接；

多个探针，各探针内端与推板垂直固接，多个探针沿推板垂直高度间隔设置，在与各探针相对应位置的外壳上开设有供探针出入的穿孔，在各探针内端均套设有一弹簧，弹簧一端与外壳内壁连接，弹簧另一端与推板连接；

一双头弯杆，该双头弯杆下端与推板内侧面中心位置垂直固接，双头弯杆上端配合插接在T形通孔另一端口处，从T形通孔端口处持续推动双头弯杆上端可使得推板朝穿孔横移，探针从穿孔处伸出；

一信号接收及处理模块，所述信号接收及处理模块设于外壳内腔中，探针与信号接收及处理模块通过导线电连接。

本发明的有益效果是：通过在立柱中开设第一空腔以及在第二L形杆中开设第二空腔，达到了对电线的防护，提高使用寿命；通过设置电动机、第一转轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、直齿轮、滑块、条形滑座、齿条、第一L形杆、推杆、第二L形杆以及航空插头构成的组件，既实现对监测器的夹装，防止其在外力因素下被挪动或被盗；又实现了对监测器信号的传输及供电，能够自动化实现对监测器工作启停；通过在监测器上设置外壳、接头、航空插座、推板、多个探针、弹簧以及双头弯杆，不仅实现对土壤的纵向多梯度监测，还能够在监测器未启用状态下达到对探针的自动防护。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种土壤监测装置结构示意图；

图2是图1中立柱与电控箱的内部截面简图；

图3是本发明实施例提供的一种土壤监测装置立体结构简图，图示中显示的是立柱第一空腔的结构，及与监测器的连接；

图4是图3中立柱的立体结构简图；

图5是图3中传动机构的立体结构简图；

图6是图3中监测器处的局部放大图；

图7是本发明实施例中监测器的内部截面简图，图示中，监测器还未供电运作；

图8是本发明实施例中监测器的内部截面简图，图示中，监测器通过与航空插头以及推杆的连接已启动运作。

附图标号说明：

1、立柱；101、基座；102、第一空腔；103、第一条孔；104、第二条孔；

2、电控箱；

3、监测器；301、信号接收及处理模块；302、外壳；303、接头；304、T形通孔；305、航空插座；306、推板；307、探针；308、穿孔；309、弹簧；310、双头弯杆；

4、太阳能光伏板；

5、电动机；6、第一转轴；7、第一轴承；8、第一锥齿轮；9、隔板；10、第二轴承；11、第二转轴；12、第二锥齿轮；13、直齿轮；14、滑块；15、条形滑座；16、齿条；17、第一L形杆；18、推杆；19、第二L形杆；20、航空插头。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。全文中出现的“和/刻”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提出一种高海拔地区土壤质量实时监测装置，用于对高海拔地区土壤的温度、湿度、盐分、pH值等参数进行监测，以使得相关人员能够及时掌握地域内土壤性能及其变化情况，便于对土壤作物的生长、种植、栽培提供指导和依据，利于决策部署下一步工作。

在本发明实施例中，参阅图1所示，该监测装置包括：

一立柱1、安装在立柱1上的一电控箱2以及与电控箱2通过导线进行电连接的监测器3，其中，立柱1底端通过基座101垂直固接在地面上，监测器3插设在立柱1附近的土壤中。

在本实施例中，电控箱2内设有控制器、通讯模块、存储模块、定位模块、电池，监测器3内设有信号接收及处理模块301，所述控制器与信号接收及处理模块301、通讯模块、存储模块、定位模块电连接，控制器与电池通过电源电路连接，监测器3与信号接收及处理模块301电连接，电池上设有外部充电接口。

其中，通讯模块优选为无线通讯模块，用于将监测到的数据进行实时传输；存储模块用于将监测到的数据进行存储；定位模块可采用GPRS定位器或GPS定位器，其用于获知监测装置的具体位置。

在本发明的一实施例中，在所述立柱1顶端设有太阳能光伏板4，太阳能光伏板4与电池通过太阳能电源控制器电连接，太阳能光伏板4可通过设置支架安装在立柱1上。

在本发明的一实施例中，所述立柱1为中空结构，其内设有第一空腔102，太阳能光伏板4与电池之间相连接的线路与太阳能电源控制器可内置在第一空腔102中进行防护。

在本发明的一实施例中，结合图2-图6所示，所述装置还包括：

一电动机5，该电动机5横向卧式安装在电控箱2中，与控制器电连接，电动机5的动力端朝向立柱1，且在其端部连接有一第一转轴6，第一转轴6水平贯穿电控箱2、立柱1及其第一空腔102，其另一端套接有一第一轴承7，第一轴承7固定嵌设在与电控箱2相对的立柱1侧壁中；

一第一锥齿轮8，该第一锥齿轮8固定套接在第一轴承7一侧的第一转轴6上；

一隔板9，该隔板9水平横置在第一空腔102中，隔板9边部与第一空腔102内壁连接，隔板9具体位于第一转轴6下方，在隔板9中心位置固定嵌设有第二轴承10，第二轴承10中心配合套接有一竖向的第二转轴11；

一第二锥齿轮12，该第二锥齿轮12连接在第二转轴11顶端，且第二锥齿轮12与侧方等高的第一锥齿轮8啮合传动连接；

一直齿轮13，该直齿轮13连接在第二转轴11底端，在直齿轮13左右两侧分别设有一滑块14，滑块14底部前后两侧分别设有一条形滑座15，各条形滑座15的两端分别与第一空腔102内壁垂直固接，在两边的条形滑座15上分别设有一齿条16，齿条16的内侧齿牙段与直齿轮13啮合传动连接，且两个齿条16的一端分别与其中一滑块14垂直固接，通过电动机5的正反转首先带动第一转轴6，在上述设置的第一锥齿轮8、第二锥齿轮12、第二转轴11、直齿轮13以及齿条16的传动下，可实现两边滑块14的相对或相背移动；

一第一L形杆17，该第一L形杆17上端与一侧滑块14底面中心位置垂直固接，第一L形杆17的竖段位于第一空腔102中，在立柱1底部一侧开设有一第一条孔103，第一条孔103与第一空腔102连通，第一L形杆17的横段贯穿第一条孔103延伸至立柱1外侧，在第一L形杆17下端侧部垂直连接有一推杆18；

一第二L形杆19，该第二L形杆19上端与另一侧滑块14底面中心位置垂直固接，第二L形杆19的竖段位于第一空腔102中，在立柱1底部一侧开设有一第二条孔104，第二条孔104与第一条孔103对称设置，第二条孔104与第一空腔102连通，第二L形杆19的横段贯穿第二条孔104延伸至立柱1外侧，在第二L形杆19内开设有第二空腔，在第二L形杆19下端侧部垂直连接有一航空插头20，航空插头20与信号接收及处理模块301、电池分别通过电线相连接，所述电线通过第二空腔以及在第二L形杆19、立柱1和电控箱2上开设的线孔实现走线与信号接收及处理模块301、电池分别电连接；

本实施例中，在上述两个滑块14的带动下，第一L形杆17与第二L形杆19同样可实现相对或相背移动，采用上述结构及其动作目的有以下：一是夹装固定监测器3，放置被挪动、被盗；二是便于电线走线防护，防止其在高海拔寒冷环境下加快损坏，提高使用寿命；三是便于监测器3监测信号的传输及供电；四是能够自动化实现对监测器3工作启停。

基于上述，在本发明的一实施例中，请参见图7-图8所示，所述监测器3包含以下结构：

一直四棱柱状的外壳302；

一接头303，该接头303设于外壳302顶端，接头303内开设有一T形通孔304，T形通孔304的上方两端口分别位于接头303左右两边侧部，T形通孔304的端口与外壳302内腔连通，在T形通孔304的一侧端口中内置有一航空插座305，航空插座305可与所述的航空插头20相配合连接；

一推板306，该推板306内置于外壳302内腔中，推板306边部与外壳302内壁接触连接；

多个探针307，所述多个探针307分层式布置，用以达到纵向多梯度监测，实现对土壤各层面数据(如：温度、湿度、盐分、pH值等参数)的采集获取，具体的，各探针307内端与推板306垂直固接，多个探针307沿推板306垂直高度间隔设置，在与各探针307相对应位置的外壳302上开设有供探针307出入的穿孔308，在各探针307内端均套设有一弹簧309，弹簧309一端与外壳302内壁连接，弹簧309另一端与推板306连接；

一双头弯杆310，该双头弯杆310下端与推板306内侧面中心位置垂直固接，双头弯杆310上端配合插接在T形通孔304另一端口处(与航空插座305相对)，从T形通孔304端口处持续推动双头弯杆310上端可使得推板306朝穿孔308横移，探针307从穿孔308处伸出；

一信号接收及处理模块301，所述信号接收及处理模块301安装在外壳302内腔中，探针307与信号接收及处理模块301通过导线电连接。

本实施例方案通过在监测器3上设置上述结构，能够实现与侧方立柱1的连接及联动，不仅实现对监测器3本体的安装固定，还便于操控监测器3的启停运作，在未启用的状态下，有效地对监测器3内探针307进行防护。

本实施例监测装置的工作原理及使用方式是：

(1)选址，选择地势平坦的目标监测点，且该目标监测点具有代表性和稳定性，使用土钻在合适的位置打孔(避免孔洞打歪)，取出孔洞中土壤和泥待用，将监测器3插入到孔洞中，随即灌入泥浆，初步固定监测器3；

(2)将立柱1安装在监测器3附近位置，将立柱1上的其它组件(电控箱2等)进行安装固定，确保监测器3位于第一L形杆17下端(即推杆18)与第二L形杆19下端(即航空插头20)之间，且推杆18对应接头303侧部的双头弯杆310上端，航空插头20对应接头303另一侧部的航空插座305；

(3)启动电动机5通过前述传动带动第一L形杆17、第二L形杆19相对移动，实现推杆18与双头弯杆310上端逐步缓慢抵接动作，使得推板306朝着穿孔308方向横移，弹簧309压缩蓄力，直至探针307从监测器3中伸出，插入至外部土壤中；另一方面，航空插头20正好与航空插座305配对连接，实现对监测器3信号的传输与供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高海拔地区土壤质量实时监测装置，其特征在于，包含：

一立柱；

一电控箱，其设于所述立柱上；

一监测器，

一电动机，该电动机设于所述电控箱中；

一传动机构，该传动机构与所述电动机连接，电动机带动传动机构夹装监测器，并予以供电及信号传输。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电控箱内设有控制器、通讯模块、存储模块、定位模块、电池，监测器内设有信号接收及处理模块，所述控制器与电动机、信号接收及处理模块、通讯模块、存储模块、定位模块电连接，所述控制器与电池通过电源电路连接，所述监测器与信号接收及处理模块电连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述立柱顶端设有太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与电池通过太阳能电源控制器电连接。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述立柱为中空结构，其内设有第一空腔，所述太阳能光伏板与电池之间相连接的线路与太阳能电源控制器可内置在第一空腔中。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电动机的动力端朝向立柱，且在其端部连接有一第一转轴，第一转轴水平贯穿电控箱、立柱及其第一空腔，其另一端套接有一第一轴承，第一轴承固定嵌设在与电控箱相对的立柱侧壁中；

所述传动机构包括：

一第一锥齿轮，该第一锥齿轮固定套接在第一轴承一侧的第一转轴上；

一隔板，该隔板水平横置在第一空腔中，隔板边部与第一空腔内壁连接，隔板位于第一转轴下方，在隔板中心位置固定嵌设有第二轴承，第二轴承中心配合套接有一竖向的第二转轴；

一第二锥齿轮，该第二锥齿轮连接在第二转轴顶端，且第二锥齿轮与侧方等高的第一锥齿轮啮合传动连接；

一直齿轮，该直齿轮连接在第二转轴底端，在直齿轮左右两侧分别设有一滑块，滑块底部前后两侧分别设有一条形滑座，各条形滑座的两端分别与第一空腔内壁垂直固接，在两边的条形滑座上分别设有一齿条，齿条的内侧齿牙段与直齿轮啮合传动连接，且两个齿条的一端分别与其中一滑块垂直固接；

一第一L形杆，该第一L形杆上端与一滑块底面垂直固接，第一L形杆的竖段位于第一空腔中，在所述立柱底部一侧开设有一第一条孔，第一条孔与第一空腔连通，第一L形杆的横段贯穿第一条孔延伸至立柱外侧，在第一L形杆下端侧部垂直连接有一推杆；

一第二L形杆，该第二L形杆上端与另一滑块底面垂直固接，第二L形杆的竖段位于第一空腔中，在所述立柱底部一侧开设有一第二条孔，第二条孔与第一空腔连通，第二L形杆的横段贯穿第二条孔延伸至立柱外侧，在第二L形杆内开设有第二空腔，在第二L形杆下端侧部垂直连接有一航空插头，航空插头与信号接收及处理模块、电池分别通过电线相连接，所述电线通过第二空腔以及在第二L形杆、立柱和电控箱上开设的线孔实现走线与信号接收及处理模块、电池分别电连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述监测器包含：

一外壳；

一接头，该接头设于外壳顶端，接头内开设有一T形通孔，T形通孔的上方两端口分别位于接头左右两边侧部，T形通孔的端口与外壳内腔连通，在T形通孔的一侧端口中内置有一航空插座，航空插座与所述航空插头相配合连接；

一推板，该推板内置于外壳内腔中，推板边部与外壳内壁接触连接；

多个探针，各探针内端与推板垂直固接，多个探针沿推板垂直高度间隔设置，在与各探针相对应位置的外壳上开设有供探针出入的穿孔，在各探针内端均套设有一弹簧，弹簧一端与外壳内壁连接，弹簧另一端与推板连接；

一双头弯杆，该双头弯杆下端与推板内侧面中心位置垂直固接，双头弯杆上端配合插接在T形通孔另一端口处，从T形通孔端口处持续推动双头弯杆上端可使得推板朝穿孔横移，探针从穿孔处伸出；

一信号接收及处理模块，所述信号接收及处理模块设于外壳内腔中，探针与信号接收及处理模块通过导线电连接。

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