CN204789436U - 一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，包括密封外壳，外壳内设有电子元器件和测量组件，电子元器件包括通信接口、电源、主板，主板包括控制器、存储器，测量组件包括安装骨架，安装骨架上设有若干对电极，电极能够沿安装骨架滑动，安装骨架上还设有限位装置，每对电极均能够通过柔性电缆与主板形成数据连接，电极输出的数据传输入控制器中，控制器将数据传输入存储器中存储，电源用于为电子元器件供电，通信接口与控制器相连。本实用新型采用一体化设计，将电源、主板、通信部件全部封装在外壳内，并能够对数据进行长期记录存储；同时，不同土层的测量深度还可以根据需要进行调节，满足用户对不同土壤层水分的监测需求。

Description

一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪

技术领域

本发明属于土壤水分测量装置技术领域，具体涉及一种土壤纵向水分自动记录仪。

背景技术

土壤水分是存在于土壤空隙或吸附在土壤颗粒上的水，分布在地表面以下至潜水面以上的土壤层中，是土壤重要的物质组分和土壤肥力的重要影响因子，是植物与土壤微生物生长发育的重要物质基础和生态环境因子。土壤水分是地球环境中水循环这一自然传送带链条中的一个关键环节，是地球环境物质循环和能量传递的重要载体，也是自然界水资源的重要组成部分。土壤水分的组成、数量等状况与土壤的理、化、生性质及其理、化、生过程密切相关。作为水循环的重要环节与地球化学循环的重要载体和媒介之一，土壤水分也是地球化学、地质矿产、植物营养与墒情等研究中的一项重要内容。土壤水分研究是土壤学、环境学、生态学、水文学、地质学、地理学、农学等学科研究中的一个重要方面，而土壤水分的采集则是土壤水分研究的基础。

土壤水分在地面以下土壤间隙中，没有河湖自然水体那么便捷。测量土壤水分含量的方法很多：传统的方法有烘干称重法、中子仪法、热分散传感法是通过测定土壤温度的变化对热脉冲的响应进而测得土壤水张力而得出土壤水含量；目前最常用的新方法有时域反射仪(TDR)法、张力计法、简化电阻块法、干湿计法、远红外遥感法、高频电容传感法、伽马射线衰减法、湿度计法、电磁技术等。

申请号为201110036902.7的中国发明专利中，公开了一种土壤水分测定装置，由阴极、阳极、导线、电阻组成，通过导线将阴极、位于土壤中的阳极组以及电阻串联起来形成一个回路，测定阳极组和阴极之间的电压值，从而计算得到水分含量。这也是目前较为常见的土壤水分测定装置的典型结构。我们知道，土壤在不同的深度水分含量区别较大，而上述专利中的土壤水分测定装置，是将测定装置埋设在某一深度中进行测量，因此一次只能测量固定深度的水分含量值，当需要测定不同深度土壤水分含量时，还需要多次多点埋设测量，效率低下，工序繁琐。此外，由于数据采集需要，目前的土壤水分测定装置多数具有通信主板，并由太阳能电池供电，通信主板再外接天线等通信设备进行数据的实时传输，但在使用中我们发现，外接天线和太阳能电池都容易受环境影响或遭受人为破坏，这导致了维护成本的大幅增加；又因为现有土壤水分测定装置中不进行数据存储，当供电传输功能遭到破坏时，容易造成了数据丢失的严重后果。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种同时测量地下多层土壤水分的自动记录仪，采用一体化设计，将电源、主板、通信部件全部封装在外壳内，并对数据进行记录存储；同时，不同土层的测量深度还可以根据需要进行调节，大大增加了记录仪的适用范围。

为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：

一种一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，包括外壳，所述外壳内设有电子元器件和测量组件，所述电子元器件包括通信接口、电源、主板，所述主板包括控制器、存储器，所述测量组件包括安装骨架，所述安装骨架上设有若干对电极，所述电极能够沿安装骨架滑动，所述安装骨架上还设有限位装置，每对电极均能够通过柔性电缆与主板形成数据连接，所述电极输出的数据传输入控制器中，所述控制器将数据传输入存储器中存储，所述电源用于为电子元器件供电，所述通信接口与控制器相连。

进一步的，还包括传感器印制板、电缆以及电缆插座，所述电极通过柔性电缆与传感器印制板连接，所述传感器印制板与电缆插针连接，所述电缆与电缆插座连接，所述电缆插针用于插入电缆插座中。

进一步的，所述限位装置包括弹性凸起。

进一步的，所述电源包括干电池组。

进一步的，所述电极为圆环形。

进一步的，所述外壳顶部设有筒帽。进一步的，所述外壳底部设有防水堵头。

进一步的，所述外壳采用非金属材料制成。

进一步的，还包括通信模块，所述通信接口通过通信模块与控制器连接。

进一步的，所述通信接口包括天线、航空插座、USB接口、454接口、射频模块、蓝牙模块中的至少一种。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供的土壤纵向水分自动记录仪，能够实现多层土壤水分连续观测，精确记录不同土壤层水分变化规律，对农作物需水进行精准灌溉，实现农业节水灌溉；监测层数可根据用户需要定制，调整灵活方便，满足用户对不同土壤层水分的监测需求，提高了土壤纵向水分分布的监测精度，适应范围极广；此外，大容量存储器和干电池供电设置，保证了本记录仪能够在无外接电源的条件下长期工作，实现土壤水分长期自动记录，尤其适合野外长期水分监测。

附图说明

图1为本发明提供的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪整体结构示意图；

图2为安装骨架上电极的一种调节状态示意图；

图3为安装骨架上电极的另一种调节状态示意图；

图4为外壳内电子元器件连接示意图。

附图标记列表：

1-外壳，2-筒帽，3-防水堵头，4-通信接口，5-电源，6-通信模块，7-主板，8-扁平缆，9-传感器印制板，10-骨架，11-电极，12-弹性凸起，13-柔性电缆，14-扁平缆插座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

请参阅图1、图2、图3，如图所示的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪外壳1由非金属复合材料制成，外壳1最好一体成型，侧面没有缝隙，顶部设有非金属复合材料制成的筒帽2，底部设有橡胶防水堵头3，所有元器件封装在外壳1内，密封防水。水分自动记录仪内部主要包括电子元器件及测量组件，电子元器件中大部分设在外壳1内上半部分，具体包括通信接口4、电源5、通信模块6、主板7等，电子元器件连接示意图如图4所示，主板7分别与通信模块、电源5连接，通信模块6连接着通信接口4，主板7还通过通信线（本发明中通信线采用扁平缆8）与传感器印制板9连接，传感器印制板9用于中转测量组件采集到的数据，主板7用于对接收到的电极信号进行处理，将其转换为水分值后进行保存，转换前的数值也应作为原始值保存。主板7中包括核心控制器、存储器、根据需要还可包括A/D转换芯片、放大器、滤波器等常规信号处理元器件，主板7采用大容量存储器，能够对数据进行长期存储，核心控制器用于处理和计算数据，其余电子元器件均与核心控制器连接。本发明中所指的通信接口4包括常规的远距离、近距离、有线或无线方式下各种直接对外通信部件，例如天线、航空插座、USB接口、454接口等、射频模块、蓝牙模块等等，本发明通信接口4可同时具备多种通信部件。有时这些通信接口4中集成有通信模块6，或在主板7中集成有通信模块6，上述两种情况下通信接口4直接与主板7连接。在本发明中采用GPRSDTU模块作为通信模块6，通信接口4采用GPRS天线，GPRS天线和GPRSDTU模块相配合用于远距离传输记录仪输出的数据或自控制中心接受信号。GPRS天线位于外壳1顶部，设于筒帽2下方，保证良好的通信条件。本发明中采用航空插座进行短距离有线传输，航空插座紧邻筒帽2下方，打开筒帽2即可连接插座进行数据传输。本发明中记录仪电源5采用干电池组供电，图1中，干电池组位于外壳1顶端通信接口4下方，避免暴露在外部造成损坏，且便于更换。

测量组件设于外壳1内下半部分，测量组件包括非金属材料制成的安装骨架10以及设置在安装骨架10上的电极11，电极11成对设置，骨架10上纵向设置数对电极11，这些电极11可以在骨架10上上下滑动，本发明中电极11为圆环形，中部设有通孔，骨架10贯穿各电极11通孔，骨架10上设有多个弹性凸起12，对弹性凸起12施力能够使其下陷，当无外力施加时，弹性凸起12保持突出状态，能够对相邻电极11起到限位作用，弹性凸起12仅仅为一种示例，本领域内技术人员也可以采用其他能够进行限位作用的部件——如卡槽卡扣等来替代弹性凸起12。当水分记录仪测量组件部分埋设于土壤中时，每对电极11位于土壤不同深度中，一对电极11用于测定某一深度土壤水分数值（采用电极11测得水分值的原理在于电极11之间能够产生电压差，通过固定公式计算后即可得到水分值，这属于现有技术，水分测量相关原理在本发明中不进行详细描述）。骨架10上纵向固定有传感器印制板9，每对电极11均通过柔性电缆13与传感器印制板9连接，柔性电缆13具有优异的弯曲、卷挠、扭转、拉伸性能，采用柔性电缆13连接电极11的好处时，当滑动电极11位置时也不会影响信号的传输和采集。具体的说，如图2所示，以图中最上方的一对电极11为例，其中第一电极111A和第二电极111A’分别通过柔性电缆13与传感器印制板9连接，其余电极11连接方式参照前述第一对电极11的连接方式。安装骨架10上中还纵向设有扁平缆8以及与该扁平缆8连接的若干扁平缆插座14，传感器印制板9上具有扁平缆插针，将扁平缆插针插入对应的扁平缆插座14中即可实现传感器印制板9与扁平缆8的连接。传感器印制板9作为信号中转部件，能够将各对电极11采集到的电信号传输至扁平电缆。扁平电缆与主板7连接，将各电极11输出的信号传输至主板7中，本发明采用的电缆插口插接方式能够快速将传感器印制板9连接至主板7，便于调整位置，且易于安装。电缆传输方式较为稳定，我们也可以采用其他有线或无线数据连接方式来实现将电极11输出的信号传输至主板7中。

外壳1整体呈圆筒形，尺寸大小可适应内部各部件排列形状，例如由于需要容纳电子元器件的上半部分直径可较大，而具有测量组件的下半部分直径较小（下半部分为稍小的圆筒形），适应骨架10及其上电极11的大小。

使用本水分自动记录仪可以从土壤表面垂直向下对不同深度土壤层水分进行连续监测，监测层数可根据用户需要定制，实现多层土壤水分连续观测，通过调整每对电极11之间的距离能够适应不同距离土层的实际需求，电极11的数量也可以根据需要增加或减少。如图2所示，当需要对5公分土层进行土壤水分的监测时，可滑动电极11位置调整至每对电极11之间的距离为5公分，滑动之前需要抵住弹性凸起12使其下降，滑动到需要位置处时，旁边的弹性凸起12可帮助限位，固定电极11的位置。当需要调整成对10公分土层进行土壤水分的监测时，可滑动电极11位置调整至每对电极11之间的距离为10公分，滑动之前需要抵住弹性凸起12使其下降，滑动到需要位置处时，旁边的弹性凸起12可帮助限位，固定电极11的位置，图3中，每对电极11中上方的电极11位置保持不变，向下滑动位于下方的电极11即可实现位置的调整。甚至在一次测量过程中，可以设置上几层土层监测间隔距离和下几层土层监测间隔距离不等，这些都可以通过调整每对电极11的位置和它们彼此之间的距离来实现。每对电极11获取的数据通过传感器印制板9、扁平缆8传输至主板7核心控制器中，并最终存储入大容量存储器中。当需要定期获取数据时，打开外壳1顶部的筒帽2，通过通信接口4连接至存储器获取数据。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：包括外壳，所述外壳内设有电子元器件和测量组件，所述电子元器件包括通信接口、电源、主板，所述主板包括控制器、存储器，所述测量组件包括安装骨架，所述安装骨架上设有若干对电极，所述电极能够沿安装骨架滑动，所述安装骨架上还设有限位装置，每对电极均能够通过柔性电缆与主板形成数据连接，所述电极输出的数据传输入控制器中，所述控制器将数据传输入存储器中存储，所述电源用于为电子元器件供电，所述通信接口与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：还包括传感器印制板、电缆以及电缆插座，所述电极通过柔性电缆与传感器印制板连接，所述传感器印制板与电缆插针连接，所述电缆与电缆插座连接，所述电缆插针用于插入电缆插座中。

3.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述限位装置包括弹性凸起。

4.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述电源包括干电池组。

5.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述电极为圆环形。

6.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述外壳顶部设有筒帽。

7.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述外壳底部设有防水堵头。

8.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述外壳采用非金属材料制成。

9.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：还包括通信模块，所述通信接口通过通信模块与控制器连接。

10.根据权利要求1或2所述的一体化可调节土壤纵向水分自动记录仪，其特征在于：所述通信接口包括天线、航空插座、USB接口、454接口、射频模块、蓝牙模块中的至少一种。