CN208705259U - 一种土壤湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器技术领域，具体为一种土壤湿度传感器，包括可拆卸的圆柱形壳体、所述壳体包括相互扣接的壳体上部和壳体下部，所述壳体上部设有高频振荡电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和电源电路、USB数据插头以及可拆卸的插头盖，所述插头盖与壳体上部间采用螺纹连接，所述壳体下部内固定安装有电池组和可伸缩的传感器探针，所述传感器探针顶部设有可替换的圆锥形穿刺部；所述电源电路为处理器、A\D转换电路、放大电路和高频振荡电路供电，所述高频振荡电路连接传感器探针，其采集的电流信号依次经放大电路、A\D转换电路传输至处理器。

Description

一种土壤湿度传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种土壤湿度传感器。

背景技术

随着现代农业和智能灌溉系统的发展，土壤水分的检测控制要求不断提高，土壤湿度传感器是土壤水分检测中最常应用的检测设备。目前的土壤湿度传感器主要利用频域反射法、时域反射法或驻波法测量土壤的含水量，其中频域反射法因其技术简便安全、测量快速准确等特点应用最为普遍。

采用频域反射法的土壤湿度传感器，是利用不同含水量的土壤其介电常数的特性，通过探针检测土壤的电阻或电容，传感器高频振荡检测电路的振荡频率因探针检测的电阻值或电容值不同而改变，从而根据振荡频率换算得知土壤的含水量。传统电容式的土壤湿度传感器为例，主要包括作为电容电极的探针、高频振荡电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和电源电路，探针、高频振荡电路、放大电路、A/D转换电路和处理器依次连接，电源电路为传感器各部分电路提供工作电压；根据测量应用环境的不同，探针通常设计为为两根、并行排列的三根、或星状排列的四根，探针数量和排列不同其形成的电容也不同。工作时，土壤湿度传感器的探针插入土壤中，土壤充当探针之间的电介质，从而由探针和土壤构成可变电容；土壤水分的改变会使探针之间的介质常数发生变化，使得探针和土壤构成的可变电容的容值改变，进而高频震荡电路受到可变电容的影响，其振荡频率相应地改变；高频震荡电路的频率信号由放大电路进行放大，然后经A/D转换电路将放大的频率信号转换为能够被处理器采集的数字信号，由处理器对该数字信号进行处理输出检测结果，这样就通过测量频率信号的变化间接测量到了土壤水分的含量。

但是，目前市场上采用频域反射法的土壤湿度传感器，其每根探针都是单级的，这样容易出现几个问题：1）由于一根探针整体作为一个电极，在对土壤进行灌溉时，灌溉水一旦进入土壤一定深度接达到探针的上层检测范围时，就会造成土壤湿度传感器输出检测信号的明显变化，甚至检测值已达到土壤理想湿度值，而此时深层土壤还并未获得水分灌溉，土壤整体上并不一定达到了理想湿度；2）用户无法使用一只传感器了解土壤不同深度层次的含水量情况。这些问题使得现有土壤湿度传感器的应用受到了一定的限制，例如在刚进行灌溉后土壤湿度测量不准确，测量土壤不同层次的含水量需要多支土壤湿度传感器以及多个传感器接口等。

实用新型内容

针对前述的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种土壤湿度传感器。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种土壤湿度传感器，其特征在于：包括可拆卸的圆柱形壳体、所述壳体包括相互扣接的壳体上部和壳体下部，所述壳体上部设有高频振荡电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和电源电路、USB数据插头以及可拆卸的插头盖，所述插头盖与壳体上部间采用螺纹连接，所述壳体下部内固定安装有电池组和可伸缩的传感器探针，所述传感器探针顶部设有可替换和旋转的圆锥形穿刺部，所述圆锥形穿刺部包括锥形的锥尖和设于锥尖尾部的支撑头，所述锥尖外表面设有螺旋形的凹槽，所述支撑头插入所述探针底部，所述探针底部设有容纳支撑头的容纳腔，容纳腔底部设有滚珠；所述电源电路为处理器、A\D转换电路、放大电路和高频振荡电路供电，所述高频振荡电路连接传感器探针，其采集的电流信号依次经放大电路、A\D转换电路传输至处理器。

优选的，所述传感器探针包括相互套接的上段探针本体、中段探针本体和下段探针本体，各段探针本体间采用螺纹连接，所述上段探针本体、中段探针本体和下段探针本体中部设有凹陷的夹持部，所述壳体下部上还设有一可拆卸的组合异形扳手，所述组合异形扳手包括左扣接部和右扣接部，所述左扣接部和右扣接部内侧均设有相互搭扣的搭接臂，所述搭接臂上设有三个搭接位，所述左扣接部和右扣接相互搭接在不同搭接位时形成不同的搭接宽度。

进一步的，所述上段探针本体底部还设有用于卡紧与之相连的中段探针本体的螺帽，所述螺帽内侧还设有圆锥面，所述上段探针本体底部设有与螺帽配合的圆锥面；所述中段探针本体底部还设有用于卡紧与之相连的底段探针本体的螺帽，所述螺帽内侧还设有圆锥面，所述中段探针本体底部也设有与螺帽配合的圆锥面。

进一步的，所述土壤湿度传感器探针上还设有便于清洁探针的清洁环，移动该清洁环即可使穿刺后的探针表面污泥去除。

优选的，所述处理器为89C52单片机。

进一步的，所述壳体下部可拆卸的设有中空的螺纹环，所述螺纹环内侧设有两个弹性金属凸起，所述壳体下部设有两个连通上段探针本体的通孔，所述上段探针本体上设有恰好能容纳金属突起的凹槽，将上段探针本体拉出壳体时，扭动所述螺纹环即可使金属凸起嵌入凹槽内从而使上段探针本体伸缩位置被限定。

与相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型结构紧凑，可收缩的探针设计方便用户进行不同深度的土壤湿度探测，同时也方便用户日常携带，除此之外，发明人将壳体可拆卸的设计，方便了用户在采集了数据之后将数据导入个人电脑进行数据分析，为了让探针伸长之后连接牢固，发明人在各段探针本体的连接处设置了用于卡紧的螺纹环，避免了在穿刺土壤过程中探针回缩而被泥土污染。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体示意图。

图2为本实用新型实施例的电路逻辑图。

图3为本实用新型实施例的侧视图。

图4为本实用新型实施例的螺纹环示意图。

图5为本实用新型实施例的螺帽示意图。

图6为本实用新型实施例的异型扳手示意图。

图7为本实用新型实施例的下壳体局部示意图。

图8为本实用新型实施例收紧后的透视图。

图9为本实用新型实施例穿刺部示意图。

图中：

1-壳体 1a-壳体上部 1b-壳体下部

2-高频振荡电路 3-放大电路 4-A\D转换电路

5-处理器 6-电源电路

8-插头盖 9-传感器探针 9a-穿刺部

9a1-锥尖 9a2-支撑头 9d1-容纳腔

9b-上段探针本体 9c-中段探针本体 9d-下段探针本体

10-组合异形扳手 10a-左扣接部 10b-右扣接部

11-螺帽 12-清洁环 13-螺纹环

13a-弹性金属凸起。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

实施例

如图1-9所示的土壤湿度传感器，包括可拆卸的圆柱形壳体1、所述壳体1包括相互扣接的壳体上部1a和壳体下部1b，所述壳体上部1a设有高频振荡电路2、放大电路3、A/D转换电路4、处理器5和电源电路6、USB数据插头以及可拆卸的插头盖8，所述插头盖8与壳体上部1a间采用螺纹连接，所述壳体下部1b内固定安装有电池组和可伸缩的传感器探针9，所述传感器探针9顶部设有可替换的圆锥形穿刺部9a。

现有的土壤湿度传感器，多采用单根或者多根穿刺探针来实现不同深度的土壤湿度测量，这一设计无疑会增加制造成本和用于携带的不便性，基于此，发明人想到设计一种探针本体可伸缩的结构来解决这一问题，同时，考虑到日常进行数据分析时，往往需要将清洁之后的土壤湿度传感器与电脑进行连接才能读取数据，这无形中也带来了一定麻烦（需要提前将探针等清洁干净），而采用分段可拆卸的壳体设计，将存储数据的部分与穿刺部分可拆分，这就避免了携带具有泥土的传感器进入实验室。

关于传感器内部的电路设计，发明人采用模块化设计，分为电源电路6、处理器5、A\D转换电路4、放大电路3和高频振荡电路2，所述电源电路6为处理器5、A\D转换电路4、放大电路3和高频振荡电路2供电，所述高频振荡电路2连接传感器探针9，其采集的电流信号依次经放大电路3、A\D转换电路4传输至处理器。

而为了解决穿刺过程中遇到细小碎石等颗粒物体时难于插入的问题，发明人想到利用钻头钻孔的原理，将所述圆锥形穿刺部9a设置成锥形的锥尖9a1和设于锥尖9a1尾部的支撑头9a2，所述锥尖9a1外表面设有螺旋形的凹槽，所述支撑头9a2插入所述传感器探针底部，所述探针底部设有容纳支撑头9a2的容纳腔9d1，容纳腔9d1底部设有滚珠；同时，为了避免滚珠和锥尖9a1掉落，支撑头9d2的尾段和容纳腔9d1的内表面设置了相互配合的螺纹，容纳腔9d1内表面的螺纹只是靠近探针底部才设置，这样，一方面确保了锥尖9a1不会掉落，还确保锥尖9a1能够在探针9底部自由转动。

优选的，所述传感器探针9包括相互套接的上段探针本体9b、中段探针本体9c和下段探针本体9d，各段探针本体间采用螺纹连接，所述上段探针本体9b、中段探针本体9c和下段探针本体9d中部设有凹陷的夹持部，所述土壤湿度传感器下壳体上还设有一可拆卸的组合异形扳手10，所述组合异形扳手10包括左扣接部10a和右扣接部10b，所述左扣接部10a和右扣接部10b内侧均设有相互搭扣的搭接臂10c，所述搭接臂上设有三个搭接位，所述左扣接部10a和右扣接部10b相互搭接在不同搭接位时形成不同的搭接宽度。

为了实现探针伸缩设计，发明人想到将各段探针伸长之后采用内外螺纹连接，这种连接方式相对于卡扣等其他方式更为牢固，不容易发生回缩现象，考虑到日常使用时经常需要拧紧探针，而经常穿刺土壤的探针容易夹杂泥土，而且由于穿刺过程容易使其表面比较湿滑，因此发明人想到为其设计一套异形扳手10，并且将该异形扳手10设计成为壳体下部的一部分。

优选的，所述上段探针本体底部还设有用于卡紧与之相连的中段探针本体9c的螺帽11，所述螺帽11内侧还设有圆锥面，所述上段探针本体9b底部设有与螺帽配合的圆锥面；所述中段探针本体底部还设有用于卡紧与之相连的下段探针本体的螺帽11，所述螺帽11内侧还设有圆锥面，所述中段探针本体9c底部也设有与螺帽11配合的圆锥面。而为了进一步加强各段探针本体连接处的连接牢固性，发明人在各段探针本体的连接处设置了用于卡紧连接处的螺帽，通过螺帽11内侧的锥面与各段探针本体的锥面配合，将连接处牢牢卡紧。

考虑到测量土壤湿度时经常需要穿刺土壤然后清洁探针本体，而基本上容易被泥土污染的就是探针本体，因此发明人在所述土壤湿度传感器探针上还设有便于清洁探针的清洁环12，移动该清洁环12即可使穿刺后的探针表面污泥去除。

优选的，所述处理器5为89C52单片机。

更进一步的，所述壳体下部可拆卸的设有中空的螺纹环13，所述螺纹环13内侧设有两个弹性金属凸起13a，所述壳体下部1b设有两个连通上段探针本体9b的通孔，所述上段探针本体9b上设有恰好能容纳金属突起的凹槽，将上段探针本体9b抽出壳体时，扭动所述螺纹环13即可使金属凸起13a嵌入凹槽内从而使上段探针本体9b伸缩位置被限定。

虽然上段探针本体9b与壳体下部1b间也是采用螺纹连接，但是考虑壳体一般会采用塑料材质制造，比较脆弱，在土壤穿刺的过程中，该位置容易受到较大的反作用力，因此发明人想到在这一位置设置一个限位装置，避免螺纹松动而造成穿刺时人员受伤。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，本实用新型的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本实用新型的内容。

Claims (5)

1.一种土壤湿度传感器，其特征在于：包括可拆卸的圆柱形壳体、所述壳体包括相互扣接的壳体上部和壳体下部，所述壳体上部设有高频振荡电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和电源电路、USB数据插头以及可拆卸的插头盖，所述插头盖与壳体上部间采用螺纹连接，所述壳体下部内固定安装有电池组和可伸缩的传感器探针，所述传感器探针顶部设有可替换和旋转的圆锥形穿刺部，所述圆锥形穿刺部包括锥形的锥尖和设于锥尖尾部的支撑头，所述锥尖外表面设有螺旋形的凹槽，所述支撑头插入所述传感器探针底部，所述传感器探针底部设有容纳支撑头的容纳腔，容纳腔底部设有滚珠；所述电源电路为处理器、A\D转换电路、放大电路和高频振荡电路供电，所述高频振荡电路连接传感器探针，其采集的电流信号依次经放大电路、A\D转换电路传输至处理器；所述传感器探针包括相互套接的上段探针本体、中段探针本体和下段探针本体，各段探针本体间采用螺纹连接，所述上段探针本体、中段探针本体和下段探针本体中部设有凹陷的夹持部，所述壳体下部还设有一可拆卸的组合异形扳手，所述组合异形扳手包括左扣接部和右扣接部，所述左扣接部和右扣接部内侧均设有相互搭扣的搭接臂，所述搭接臂上设有三个搭接位，所述左扣接部和右扣接相互搭接在不同搭接位时形成不同的搭接宽度。

2.根据权利要求1所述的土壤湿度传感器，其特征在于：所述上段探针本体底部还设有用于卡紧与之相连的中段探针本体的螺帽，所述螺帽内侧还设有圆锥面，所述上段探针本体底部设有与螺帽配合的圆锥面；所述中段探针本体底部还设有用于卡紧与之相连的下段探针本体的螺帽，所述螺帽内侧还设有圆锥面，所述中段探针本体底部也设有与螺帽配合的圆锥面。

3.根据权利要求2所述的土壤湿度传感器，其特征在于：所述传感器探针上还设有便于清洁探针的清洁环，移动该清洁环即可使穿刺后的探针表面污泥去除。

4.根据权利要求3所述的土壤湿度传感器，其特征在于：所述处理器为89C52单片机。

5.根据权利要求4所述的土壤湿度传感器，其特征在于：所述壳体下部可拆卸的设有中空的螺纹环，所述螺纹环内侧设有两个弹性金属凸起，所述壳体下部设有两个连通上段探针本体的通孔，所述上段探针本体上设有恰好能容纳金属突起的凹槽，将上段探针本体拉出壳体时，扭动所述螺纹环即可使金属凸起嵌入凹槽内从而使上段探针本体伸缩位置被限定。