CN208766227U

CN208766227U - Ec传感器以及使用了该ec传感器的农场管理系统

Info

Publication number: CN208766227U
Application number: CN201790000493.6U
Authority: CN
Inventors: 山口健太; 大场义之; 宇野雅雄
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-04-19
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: JPWO2018110219A1; WO2018110219A1

Abstract

本实用新型提供一种EC传感器以及使用了该EC传感器的农场管理系统。本实用新型的EC传感器即使在任意的电极存在表面的污垢、短路等也能够测定正确的EC值，并能够对各种各样的种类的被测定对象物灵敏度良好地测定EC值。本实用新型的EC传感器，构成为具备：多个电极，露出设置于壳体的表面，与被测定对象物接触；以及测定电路，基于对所述电极间施加测定电压而计测的所述电极间的电阻，对被测定对象物的EC值进行运算，所述EC传感器的特征在于，所述电极设置有至少三个以上，所述EC传感器具备：选择电路，从多个所述电极之中选择多个任意的一对所述电极。

Description

EC传感器以及使用了该EC传感器的农场管理系统

技术领域

本实用新型涉及使用露出设置在壳体的表面并与被测定对象物接触的多个电极对EC(Electrical Conductivity：电导率)值进行计测的EC传感器、以及使用了该EC传感器的农场管理系统。

背景技术

以往，作为这种EC传感器，例如有在专利文献1公开的土壤传感器。在该土壤传感器的壳体的侧面，呈直线状排列设置有第一电极、第二电极、第三电极这三个电极和两个供水口。三个电极通过内部布线与计测控制装置内的EC值计测单元或水分含有率计测单元选择性地连接。两个供水口在第一电极、第二电极之间、以及第二电极、第三电极之间的部分开口。土壤传感器被插入到土壤中，使三个电极与土壤接触而进行使用。水分含有率计测单元计测土壤中的水分含有率，微控制器根据其计测结果对电磁开关阀进行控制，从供水口向土壤中供给水分。在土壤中的水分含有率为 50％以上且55％以下的情况下，通过微控制器的控制，计测第一电极、第二电极之间或第二电极、第三电极之间的EC值。此外，在土壤中的水分含有率未达到50％的情况下，控制电磁开关阀，从供水口对第一电极、第二电极之间或第二电极、第三电极之间的土壤补给水分，然后，计测电极间的EC值。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-13025号公报

实用新型内容

实用新型要解决的课题

然而，利用了上述以往的土壤传感器的EC值的测定是计测两个电极间的EC值的结构，因此若电极的表面变脏或者在电极间有石头等阻碍导电的东西，则不能测定正确的EC值。

此外，一般来说，若将电极间的距离设为d，将电极的面积设为S，并将电极间的电阻设为R，则作为EC值的电导率k由以下的(1)式表示。

k＝(d/S)·(1/R)…(1)

该(1)式中的d/S被称为电池常数，由电极的构造决定。通过改变该电池常数，从而能够扩大被测定对象物的电导率k的测定范围。即，如果减小电池常数，则适合于低电导率k的测定范围。此外，如果增大电池常数，则适合于高电导率k的测定范围。然而，在上述以往的土壤传感器中，由于电极间的距离d以及电极的面积S唯一地确定，所以电池常数固定，能够灵敏度良好地测定的土壤的电导率k的范围也确定。因此，在上述以往的土壤传感器中，不能对各种各样的种类的土壤灵敏度良好地测定EC 值。

用于解决课题的技术方案

本实用新型是为了解决这样的课题而完成的，

本实用新型的EC传感器构成为具备：多个电极，露出设置于壳体的表面，与被测定对象物接触；以及测定电路，基于对电极间施加测定电压而计测的电极间的电阻，对被测定对象物的EC值进行运算，该EC传感器的特征在于，

电极设置有至少三个以上，

该EC传感器具备：选择电路，从多个电极之中选择多个任意的一对电极。

测定电路对由选择电路选择的各一对电极间施加测定电压而对多个 EC值进行运算，并从运算的EC值之中将相差悬殊的异常的值的EC值排除在外而决定被测定对象物的EC值。

根据本结构，由于通过测定电路从运算的多个EC值之中将相差悬殊的异常的值的EC值排除在外，所以即使在电极的表面变脏或者在电极间有石头等阻碍导电的东西等情况下，也能够测定正确的EC值。此外，通过根据测定的被测定对象物的种类来改变由选择电路选择的电极对，设为具有与测定的被测定对象物的种类相应的电极间距离或电极面积的电极对，从而能够将电池常数设定为所希望的值。因此，能够对各种各样的种类的被测定对象物灵敏度良好地测定EC值。

此外，本实用新型的特征在于，任意的一对电极是单个电极彼此的对，或多个电极彼此的对，或单个电极与多个电极的对。

根据本结构，能够由选择电路选择的电极对的种类丰富，变得能够选择具有各种各样的电极间距离或电极面积的电极对。因此，能够对种类丰富的被测定对象物将电池常数设定为最佳的值而灵敏度良好地测定EC 值。

此外，本实用新型的特征在于，在所述壳体的表面，假想地规定正方形，此时，所述多个电极包含：沿着所述正方形的各边以等间隔配置的多个电极；以及沿着所述正方形的对角线配置的多个电极。

此外，本实用新型的特征在于，在所述壳体的表面，假想地规定第一直线、与所述第一直线正交的第二直线、以及与所述第一直线以及所述第二直线成相等的角度的第三直线，此时，所述多个电极包含：沿着所述第一直线以等间隔配置的至少三个电极；沿着所述第二直线以等间隔配置的至少三个电极；以及沿着所述第三直线以等间隔配置的至少三个电极。

此外，本实用新型的特征在于，所述多个电极中的至少两个被电短路。

此外，本实用新型的特征在于，选择电路由多个第一开关、多个第二开关以及控制电路构成，多个第一开关使测定电压向电极的各一端的施加断续，多个第二开关使电极的各另一端与基准电压之间的连接断续，控制电路对第一开关以及第二开关各自的断续进行控制。

根据本结构，通过由控制电路对第一开关以及第二开关各自的断续进行控制，从而能够将任意的一对电极形成为各种各样的方式而对具有所希望的电极间距离或电极面积的电极对施加测定电压。因此，能够根据被测定对象物的种类将电极对的电池常数简单地设定为适当的值而对各种各样的种类的被测定对象物灵敏度良好地计测EC值。

此外，本实用新型的特征在于，测定电路从运算的多个EC值之中将异常的EC值排除在外，使用有效的EC值决定被测定对象物的EC值。

根据本结构，在运算的多个EC值之中，异常的EC值一律被排除在外，使用有效的EC值决定被测定对象物的EC值。因此，可容易地进行EC值的异常值的检测，可简单地进行精度良好的EC值的检测。

此外，本实用新型构成了农场管理系统，该农场管理系统具备：上述的任一项的EC传感器；水分传感器，计测农场中的土壤的水分含有率；发送部，发送由EC传感器测定的农场中的土壤的EC值数据以及由水分传感器测定的水分含有率数据；存储部，存储施肥量规定数据以及灌溉量规定数据，该施肥量规定数据规定相对于农场中的土壤的EC值的施肥量，该灌溉量规定数据规定相对于农场中的土壤的水分含有率的灌溉量；数据处理部，基于从发送部接收的EC值数据以及水分含有率数据，参照存储在存储部的施肥量规定数据以及灌溉量规定数据，决定对土壤的施肥量以及灌溉量；以及施肥量以及灌溉量调整部，按照由该数据处理部决定的施肥量以及灌溉量，调整灌溉装置对土壤的施肥量以及灌溉量。

根据本结构，由EC传感器可正确地计测土壤的EC值，并且对各种各样的种类的土壤可灵敏度良好地测定EC值，可对农作物进行适当的施肥量的施肥以及灌溉。因此，能够提供一种能够抑制农作物的品质、收获量的偏差的农场管理系统。

实用新型效果

根据本实用新型，能够提供一种EC传感器，其中，即使在电极的表面变脏或者在电极间有石头等阻碍导电的东西，也能够测定正确的EC值，并且能够对各种各样的种类的被测定对象物灵敏度良好地测定EC值。

附图说明

图1的(a)是本实用新型的一个实施方式涉及的EC传感器的俯视图，图1的(b)是侧视图。

图2是图1所示的EC传感器的测定电路图。

图3是示出通过图1所示的EC传感器的选择电路选择的电极对的模式例的图。

图4的(a)是基于一个实施方式涉及的EC传感器的比较例的EC传感器的俯视图，图4的(b)是侧视图。

图5是使用图1所示的EC传感器构成的农场管理系统的功能框图。

具体实施方式

接着，对用于实施本实用新型的EC传感器的方式进行说明。

图1的(a)是基于本实用新型的一个实施方式的EC传感器1的俯视图，图1的(b)是侧视图。

EC传感器1在树脂制的壳体2内容纳形成有后述的测定电路3的电子电路基板而构成。在壳体2的表面的电极部4，露出设置有与被测定对象物接触的编号为1～9的九个电极4₁～4₉。在本实施方式中，被测定对象物为土壤或者与其类似的物体，壳体2的前端形成得尖，成为容易将EC 传感器1插入到土壤或者与其类似的物体的形状。

图2是形成在电子电路基板的测定电路3的电路图。测定电路3由电极4₁～4₉、MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)5、运算放大器6、电阻R、第一开关S₁₁～S₁₉以及第二开关S₂₁～S₂₉构成，基于对电极4₁～4₉间施加测定电压V而计测的电极4₁～4₉间的电阻R，由MCU5运算被测定对象物的EC值。MCU5内置有D/A变换电路，从DAC端子输出交流电压信号作为测定电压V。该交流电压信号施加于由电阻R与电极4₁～4₉的串联电路构成的分压电路而被分压。分压的信号d由运算放大器6进行放大并输入到MCU5的ADC端子，由内置于MCU5的A/D变换电路进行 A/D变换，用于EC值的运算。

在电极4₁～4₉的各一端，设置有使测定电压V的施加断续的九个第一开关S₁₁～S₁₉，在电极4₁～4₉的各另一端，设置有使与作为基准电压的接地电压之间的连接断续的九个第二开关S₂₁～S₂₉。第一开关S₁₁～S₁₉以及第二开关S₂₁～S₂₉各自通过构成控制电路的MCU5的控制而被断续。这些第一开关S₁₁～S₁₉、第二开关S₂₁～S₂₉以及MCU5构成从多个电极4₁～4₉之中选择多个任意的一对电极的选择电路。

图3是示出例如通过选择电路选择的电极对的模式的24个例子的图。另外，在图3中，对于与图1相同的部分，标注同一附图标记，并省略其说明。此外，附图标记仅对模式1进行标注，关于模式2～24，由于与模式 1相同，所以省略附图标记的图示。

在图3中，由测定电路3测定的电极对由用线连结的带黑点的电极彼此的对来表示。此外，对电极间进行连结的粗的线意味着这些电极间短路。在这些模式1～24中，有像模式1那样编号为1的单个电极与编号为4的单个电极彼此的对、像模式16那样编号为1～3的多个电极与编号为4～6 的多个电极彼此的对。此外，虽然未图示，但是还有单个电极与多个电极的对。

在选择了模式1的情况下，如图2所示，只有第一开关S₁₁和第二开关S₂₄被接通(ON)，剩余的开关全部被断开(OFF)。此外，在选择了模式16的情况下，只有第一开关S₁₁、S₁₂、S₁₃和第二开关S₂₄、S₂₅、5₂₆被接通，剩余的开关全部被断开。

测定电路3对由选择电路选择的模式的各一对电极间施加测定电压 V，基于前述的(1)式对多个EC值进行运算，从运算的EC值之中将相差悬殊的异常的值的EC值排除在外而决定被测定对象物的EC值。

在某个电极的表面变脏或者在电极间有石头等阻碍导电的东西等情况下，只有使用该电极进行计测的EC值被检测出异常值。假设在编号为 3的电极4₃产生了表面的污垢、由石头等造成的导电干扰或者由高导电物的存在造成的短路等异常的情况下，在图3所示的模式19的编号为2、3 的电极间测定的EC值和在模式3的编号为3、6的电极间测定的EC值与用其它模式的电极对测定的EC值相比，变得极小或极大。在这样的情况下，测定电路3将示出异常值的EC值排除在外，用剩余的数据计算EC 值的测定值。即，根据基于本实施方式的EC传感器1，因为通过测定电路3从运算的多个EC值之中将相差悬殊的异常的值的EC值排除在外，所以即使在电极的表面变脏或者在电极间有石头等阻碍导电的东西等情况下，也能够测定正确的EC值。

此外，根据基于本实施方式的EC传感器1，通过根据被测定对象物的种类来改变由选择电路选择的电极对的模式，设为具有与被测定对象物的种类相应的电极间距离d或电极面积S的电极对的模式，从而能够将电池常数d/S设定为所希望的值。因此，能够对各种各样的种类的被测定对象物灵敏度良好地测定EC值。

具体地，如果电导率k高的被测定对象物为测定对象，则例如像图3 所示的模式4那样，对施加电压侧的电极使用编号为1的电极，对接地电压侧的电极使用编号为7的电极，从而增大电极间距离d并减小电极面积S，使得电池常数d/S变大。此外，如果电导率k低的被测定对象物为测定对象，则例如像图3所示的模式16那样，对施加电压侧的电极使用编号为1～3的多个电极，对接地电压侧的电极使用编号为4～6的多个电极，从而减小电极间距离d并增大电极面积S，使得电池常数d/S变小。根据基于本实施方式的EC传感器1，能够像这样根据电导率k不同的被测定对象物而区分使用电池常数d/S，能够扩大能够精度良好地测定EC值的范围。

特别是，根据基于本实施方式的EC传感器1，像在图3例示的那样，能够由选择电路选择的电极对的种类丰富，能够选择具有各种各样的电极间距离d或电极面积S的电极对。因此，能够对种类丰富的被测定对象物将电池常数d/S设定为最佳的值而灵敏度良好地测定EC值。

此外，根据基于本实施方式的EC传感器1，通过由MCU5对第一开关S₁₁～S₁₉以及第二开关S₂₁～S₂₉各自的断续进行控制，从而能够将任意的一对电极形成为如图3所示的各种各样的方式而对具有所希望的电极间距离d或电极面积S的电极对施加测定电压V。因此，能够根据被测定对象物的种类将电极对的电池常数d/S简单地设定为适当的值而对各种各样的种类的被测定对象物灵敏度良好地计测EC值。

此外，根据基于本实施方式的EC传感器1，在运算的多个EC值之中，将异常的值的EC值一律排除在外，使用有效的EC值决定被测定对象物的EC值。例如，在运算的多个EC值之中，最大以及最小的EC值作为异常的值的EC值而一律被排除在外，将剩余的有效的EC值的平均值决定为被测定对象物的EC值。因此，可容易地进行EC值的异常值的检测，可简单地进行精度良好的EC值的检测。

图4所示的EC传感器11为基于本实施方式的EC传感器1的比较例，在电极部14的电极中设置有两个电极14₁、14₂。另外，在图4中，对于与图1相同的部分标注同一附图标记，并省略其说明。

在这样的EC传感器11中，由于只具备两个电极14₁、14₂，所以不能像基于本实施方式的EC传感器1那样从多个电极4₁～4₉之中选择多个任意的一对电极。因此，在一个电极14₁或14₂的表面变脏或者在电极14₁、 14₂间有石头等阻碍导电的东西等情况下，若使用该电极14₁、14₂计测EC 值，则只会检测到异常值。此外，由于电极14₁、14₂间的距离d以及电极 14₁、14₂的面积S唯一地确定，所以电池常数d/S固定，能够灵敏度良好地测定的被测定对象物的电导率k的范围也确定。另一方面，在基于本实施方式的EC传感器1中，如上所述，具备三个以上的电极4₁～4₉，因此通过改变电极对的模式，设为具有与被测定对象物的种类相应的电极间距离 d或电极面积S的电极对的模式，从而能够扩大能够精度良好地测定EC 值的范围。因此，通过参照基于该比较例的EC传感器11，能够重新认识基于本实施方式的EC传感器1的有用性。

另外，虽然在上述的实施方式中对电极的数量为九个的情况进行了说明，但是电极的数量并不限定于此，只要是三个以上，就能够设定为任意的电极数。并且，即使在这样的结构中，也能够达到与上述的实施方式同样的作用效果。

图5是使用上述的EC传感器1构成的农场管理系统21的功能框图。农场管理系统21具备灌溉装置22、监控装置23以及服务器24而构成。

灌溉装置22对在农场种植的农作物提供液体肥料以及水。监控装置 23在农场的需要监视位置设置有多个。监控装置23具备上述的EC传感器1、与EC传感器1构成在相同的壳体2的水分传感器1a、以及用于通过无线或有线与服务器24收发数据的收发机29。EC传感器1具有形成了图2所示的测定电路3的传感器部，前端插入到种植了农作物的附近的土壤。水分传感器1a对该土壤的水分含有率进行计测。在收发机29连接有对灌溉装置22进行控制的控制部25。控制部25对设置在向灌溉装置22 供给水的配管的电磁阀的开放量以及使液体肥料混入到该配管的混入量进行控制，并对灌溉装置22的施肥量以及灌溉量进行控制。在电磁阀开放的期间，通过配管压送的水根据电磁阀的开放量从灌溉装置22散出，对农作物进行施肥以及灌溉。

服务器24设置在管理中心等，具有通信部26，通过通信部26与设置在农场的收发机29进行数据的收发。收发机29构成发送部，将由EC传感器1测定的作为被测定对象物的土壤的EC值数据和由水分传感器1a 测定的土壤中的水分含有率数据发送到通信部26。在服务器24中，具备构成存储部的规定值DB(数据库)27、以及构成数据处理部的灌溉量/施肥量决定部28。规定值DB27存储有施肥量规定数据以及灌溉量规定数据，该施肥量规定数据规定相对于农场中的土壤的EC值的施肥量，该灌溉量规定数据规定相对于农场中的土壤中的水分含有率的灌溉量。

灌溉量/施肥量决定部28基于从收发机29经由通信部26接收的土壤的EC值数据以及水分含有率数据，决定对农场的农作物的施肥以及灌溉所需的灌溉装置22的施肥量以及灌溉量。在由灌溉量/施肥量决定部28 进行的该施肥量以及灌溉量的决定中，参照存储在规定值DB27的施肥量规定数据以及灌溉量规定数据。即，灌溉量/施肥量决定部28对从收发机 29接收的土壤的EC值数据和施肥量规定数据进行比较，将相对于从收发机29接收的土壤的EC值数据而在施肥量规定数据中规定的施肥量决定为灌溉装置22的施肥量。此外，对从收发机29接收的土壤中的水分含有率数据和灌溉量规定数据进行比较，将相对于从收发机29接收的土壤中的水分含有率数据而在灌溉量规定数据中规定的灌溉量决定为灌溉装置22 的灌溉量。

决定的施肥量以及灌溉量经由通信部26通过无线或有线发送到监控装置23的收发机29。由收发机29接收的施肥量以及灌溉量输出到控制部 25，控制部25对设置在通向灌溉装置22的配管的电磁阀的开放量以及混入到该配管的液体肥料的混入量进行调节，使得成为输入的施肥量以及灌溉量。控制部25构成施肥量以及灌溉量调整部，按照由灌溉量/施肥量决定部28决定的施肥量以及灌溉量，调整灌溉装置22对土壤的施肥量以及灌溉量，即，对农作物的施肥量以及灌溉量。另外，也可以构成为，将控制部25设置在服务器24，从服务器24直接对灌溉装置22的施肥量以及灌溉量进行控制。

根据设为这样的结构的农场管理系统21，由EC传感器1可正确地计测土壤的EC值，并且对各种各样的种类的土壤可灵敏度良好地测定EC 值，因此可对农作物进行适当的施肥量以及灌溉量的施肥以及灌溉。因此，根据具备基于上述的实施方式的EC传感器1而构成的农场管理系统21，能够抑制农作物的品质、收获量的偏差。

产业上的可利用性

基于上述的实施方式的EC传感器1能够应用于能够进行温度、pH(pH 值)、EC值等的计测的多模式传感器，能够有助于尖端农业所需的传感器阵容的充实。

附图标记说明

1：EC传感器；

1a：水分传感器；

2：壳体；

3：测定电路；

4：电极部；

4₁～4₉：电极；

5：MCU(控制电路)；

6：运算放大器；

S₁₁～S₁₉：第一开关；

S₂₁～S₂₉：第二开关；

R：电阻；

21：农场管理系统；

22：灌溉装置；

23：监控装置；

24：服务器；

25：控制部(施肥量以及灌溉量调整部)；

26：通信部；

27：规定值DB(存储部)；

28：灌溉量/施肥量决定部(数据处理部)；

29：收发机(发送部)。

Claims

1.一种EC传感器，其特征在于，构成为具备：

多个电极，露出设置于壳体的表面，与被测定对象物接触；以及

测定电路，基于对所述电极间施加测定电压而计测的所述电极间的电阻，对被测定对象物的EC值进行运算，所述EC传感器的特征在于，

所述电极设置有至少三个以上，

所述EC传感器具备：选择电路，从多个所述电极之中选择多个任意的一对所述电极。

2.根据权利要求1所述的EC传感器，其特征在于，

任意的一对所述电极是单个所述电极彼此的对，或多个所述电极彼此的对，或单个所述电极与多个所述电极的对。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的EC传感器，其特征在于，

多个所述电极配置在所述壳体的表面中的正方形区域，

在多个所述电极之中，

一部分沿着所述正方形区域的各边以等间隔配置，

另一部分沿着所述正方形区域的对角线配置。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的EC传感器，其特征在于，

在所述壳体的表面，在多个所述电极之中，

至少三个电极沿着第一直线以等间隔配置，

至少三个电极沿着与所述第一直线正交的第二直线以等间隔配置，

至少三个电极沿着与所述第一直线以及所述第二直线成相等的角度的第三直线以等间隔配置。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的EC传感器，其特征在于，

多个所述电极中的至少两个被电短路。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的EC传感器，其特征在于，

所述选择电路由多个第一开关、多个第二开关以及控制电路构成，多个所述第一开关使所述测定电压向所述电极的各一端的施加断续，多个所述第二开关使所述电极的各另一端与基准电压之间的连接断续，所述控制电路对所述第一开关以及所述第二开关各自的断续进行控制。

7.一种农场管理系统，其特征在于，具备：

权利要求1至权利要求6中的任一项所述的EC传感器；

水分传感器，计测农场中的土壤的水分含有率；

发送部，发送由所述EC传感器测定的农场中的土壤的EC值数据以及由所述水分传感器测定的水分含有率数据；

存储部，存储施肥量规定数据以及灌溉量规定数据，所述施肥量规定数据规定相对于农场中的土壤的EC值的施肥量，所述灌溉量规定数据规定相对于农场中的土壤的水分含有率的灌溉量；

数据处理部，基于从所述发送部接收的EC值数据以及水分含有率数据，参照存储在所述存储部的施肥量规定数据以及灌溉量规定数据，决定对土壤的施肥量以及灌溉量；以及

施肥量以及灌溉量调整部，按照由该数据处理部决定的施肥量以及灌溉量，调整灌溉装置对土壤的施肥量以及灌溉量。