CN209214797U - 土壤监测仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种土壤监测仪。土壤监测仪包括本体、探头、接头和第一金属片。其中所述探头由可产生氧化还原的金属制成，所述第一金属片由耐腐蚀金属制成。所述第一金属片与所述探头分隔设置以相互绝缘。所述本体的内腔中还设有热敏电阻，所述热敏电阻与所述探头接触并固定。所述热敏电阻、所述第一金属片以及所述探头分别电连接至所述接头。所述热敏电阻可以采集土壤的温度，所述第一金属片和所述探头可以采集土壤的PH值。本申请通过在所述土壤监测仪的所述内腔中集成了多个传感单元，得以采集多个参数，简化了所述土壤监测仪的结构，且可靠性较高。

Description

土壤监测仪

技术领域

本申请涉及监测领域，尤其涉及一种可监测多种参数的土壤监测仪。

背景技术

土壤监测仪是监测土壤肥力参数的仪器，土壤监测仪主要对环境和土壤中7个关键参数进行采集，分别包括：环境温度、环境湿度、环境大气压、环境光照、土壤温度、土壤湿度、土壤肥沃度(EC值)，土壤酸碱度(pH值)。其中，土壤的温度、湿度、EC值和PH值等参数采集主要是通过监测土壤的传感器采集。对应每一种参数，往往需要一个单独的传感器进行数据采集。多个传感器任意导致线路杂乱，且不利于携带和布置，每次设置传感器的耗时较长。

实用新型内容

本申请提出一种集成的土壤监测仪，可一次性采集多种土壤参数，本申请土壤监测仪包括如下技术方案：

一种土壤监测仪，包括至少部分绝缘的本体、以及连接于所述本体相对两端的探头和接头，所述本体内设有内腔，所述探头由可产生氧化还原的金属制成，所述本体的外部还设有第一金属片，所述第一金属片由耐腐蚀金属制成，所述第一金属片与所述探头分隔设置并相互绝缘，所述内腔中安装有热敏电阻，所述热敏电阻与所述探头接触并固定，所述热敏电阻、所述第一金属片以及所述探头分别电连接至所述接头。

其中，所述第一金属片与所述接头之间通过第一导线电性连接，所述第一导线位于所述内腔，所述第一导线与所述第一金属片的连接位置位于所述第一金属片之朝向所述内腔的表面。其中，所述第一金属片呈环状，所述第一金属片与所述本体同轴设置。

其中，所述探头具有朝向所述接头的第一端，所述热敏电阻与所述第一端固定接触。

其中，所述土壤监测仪还包括第二导线，所述第二导线位于所述内腔中，所述第二导线的一端连接至所述第一端，所述第二导线的另一端连接至所述接头。

其中，所述土壤监测仪还包括第二金属片，所述第二金属片、所述第一金属片以及所述探头三者均分隔设置且相互绝缘，所述第二金属片由耐腐蚀金属制成，所述第二金属片电连接至所述接头。

其中，所述本体呈柱状，所述探头呈圆锥状，所述探头的尖部形成于所述探头远离所述本体的一端。

其中，所述接头为连接端子。

其中，所述本体分别与所述探头、所述第一金属片以及所述接头密封连接；

其中，所述本体的内腔中填充有胶体。

本申请所述土壤监测仪，通过至少部分绝缘的本体，以及位于所述本体上的探头和接头，合围出了所述土壤监测仪的所述内腔。所述本体外表面还设有所述第一金属片，所述内腔中还设置了所述热敏电阻。其中，所述第一金属片由耐腐蚀金属制成。所述热敏电阻与所述探头接触并固定，所述热敏电阻、所述第一金属片以及所述探头均分别电连接至所述接头。当需要采集土壤的温度值时，因为所述探头由金属制成，因而与所述探头接触固定的热敏电阻可以通过所述探头的导热而采集到温度值。当需要采集土壤的PH值时，通过所述探头和所述第一金属片各自感应的电流值，也可以进行换算得到。由此，本申请所述土壤监测仪集成了两种土壤参数的传感器件，可以对两种参数同时进行采集。本申请土壤监测仪具有一定的集成度，结构紧凑，体积小且可靠性较高。

附图说明

图1是本申请所述土壤监测仪的示意图；

图2是本申请所述土壤监测仪的拆解示意图；

图3是本申请所述土壤监测仪的截面示意图；

图4是本申请所述土壤监测仪的检测逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1和图2所示的土壤监测仪100。土壤监测仪100包括柱状的本体10。本体10内设有内腔13。本体10至少部分由绝缘材质制成，如塑料、橡胶等。土壤监测仪100还包括位于本体10相对两端的探头20和接头30。其中探头20由可产生氧化还原的金属(例如锌等)材料制成。本体10的外部还设有第一金属片11。第一金属片11由耐腐蚀金属(例如不锈钢等)材料制成。在本体10的长度方向上，第一金属片11与探头10分隔一段距离，以使得第一金属片11与探头20之间相互绝缘。同时，第一金属片11与探头10位于本体10的至少部分由绝缘材料制成的部位上。以使得第一金属片11和探头10相互绝缘的同时，第一金属片11与本体10也实现独立绝缘，探头10同样与本体10实现独立绝缘。在本体10的内腔13中，还安装有热敏电阻40。其中热敏电阻40需要与探头20接触，且热敏电阻40与探头20的相对位置固定。进一步，在内腔13中，热敏电阻40、第一金属片11以及探头20均分别电连接至接头30。可以理解的，接头30作为土壤监测仪100与外界实现通信的部件，可以将热敏电阻40、第一金属片11以及探头20各自探测的数据传输给外接的设备终端，以实现本申请土壤监测仪100的数据传感功能。

具体的，参看图3，探头20由金属制成，金属具有良好的导热性能。因此当本申请土壤监测仪100设置于土壤中时，探头20可以感测土壤的温度，并将土壤的温度传导给内腔13中固定接触的热敏电阻40。热敏电阻40是一种较为常用的传感元件，热敏电阻40具备将温度值转换为电流值的功能。因为热敏电阻40与接头30电连接，因此在接头30一端对热敏电阻40传导的电流值进行监测，就可以获得当前土壤的温度值数据。由此，本申请土壤监测仪100具备了监测土壤温度值的功能。

另一方面，探头20和第一金属片11也分别电连接至接头30处。探头20由可产生氧化还原反应的金属制成，因而探头20可以与土壤中的酸性物质或碱性物质产生氧化反应。不同酸碱度的土壤与探头20在化学反应中的产生的电流会出现差异。而第一金属片11由耐腐蚀金属制成，第一金属片11可以视作地线的作用。对应探头20在土壤中发生的化学反应，在接头30处对第一金属片11和探头20各自的电流值进行采集和对比，可以感测出土壤的酸碱性，即PH值。由此，本申请土壤监测仪100同时还具备了监测土壤PH值的功能。

由此，本申请土壤监测仪100可以同时监测土壤中的两种参数。较之于现有技术中的监测仪而言，本申请土壤监测仪100具备了更高的集成度。且例如探头20组件，在两种参数的采集过程中都发挥了不同的功能，使得本申请土壤监测仪100的结构更紧凑，节约了空间占用。用户在采集土壤参数的过程中，也减化了布置传感器的步骤。本申请土壤监测仪100各组件之间通过物理绝缘，结构可靠性高，也保证了土壤监测仪100的有序工作。

需要提出的是，图1的实施例中本申请土壤监测仪100的本体10为柱状，柱状的本体10宜插入于土壤内部实施监测功能。在其余实施例中，本体10也可以采用其它形状来设置，并不影响本申请技术方案的实施。

一种实施例，第一金属片11与接头30之间通过第一导线101电性连接。从图3可以看出，第一导线101位于本体10的内腔13中，第一导线101与第一金属片11的连接位置位于第一金属片11朝向内腔13的内表面上。由此，第一导线101可以完全收容于内腔13中，第一导线101不会暴露于土壤监测仪100的外部。收容于内腔13中的第一导线101由于受到本体10的保护，可以免受土壤的腐蚀，有利于延长土壤监测仪100的使用寿命。另外，第一导线101需要从内腔13中穿过本体10来实现与第一金属片11的电性连接。一种实施例中，将导线101与第一金属片11焊接固定，可以保证导线101与第一金属片11的良好接触。

在图2的实施例中，第一金属片11被设置呈环状。环状的第一金属片11套设于本体10上，且第一金属片11与本体10同轴线。第一金属片11与探头20之间包括第一连接件51。第一连接件51为绝缘材料制成，环状的第一金属片11套设于第一连接件51上，第一连接件51将第一金属片11和探头20分隔开，以实现第一金属片11和探头20之间的绝缘。环状的第一金属片11可以在本申请土壤监测仪100处于任意旋转角度伸入土壤中的情况下，都保证第一金属片11能与土壤产生接触并感测到土壤的数据。即只要土壤监测仪100伸入土壤的深度超过第一金属片11的位置，第一金属片11就能正常行使采集工作，并通过第一导线101将电流传送至接头30处。在本实施例中，因为第一连接件51所起到的作用与本体10的作用完全相同，且第一连接件51也为绝缘材料制作，因此可以将第一连接件51视作本体10的一部分。第一连接件51的内孔也视作内腔13的一部分。这样的设置更利于第一金属片11以及探头20的组装和拆卸维护。

一种实施例，探头20具有朝向接头30的第一端21。第一端21伸入内腔13中，热敏电阻40与第一端21固定接触。具体的，第一端21内设收容槽211，热敏电阻40放置于收容槽211内。收容槽211的形状可以与热敏电阻40的外形匹配设置，以巩固热敏电阻40与探头20之间的固定。可以理解的，收容槽211内还可以灌胶处理，以粘合热敏电阻40与探头20。

对于探头20与接头30的电性连接，可以设置第一端21完全贯穿内腔13后与接头30接触，以实现探头20与接头30的电性连接。另一种实施例见图3，土壤监测仪100还包括第二导线103。第二导线103用于实现第一端21与接头30的电性连接。第二导线103体积相较于第一端21更小，可以将第二导线103也设置于本体10的内腔13中，且不影响其它线路的走线空间。相似的原理，第二导线103设置于内腔13中，可以保护第二导线103免受土壤的腐蚀，延长本申请土壤监测仪100的使用寿命。从图3中可以看出，第一端21还设置有用于固定连接第二导线103的收容孔212，第二导线103可以焊接或灌胶粘合于收容孔212中，以保证第二导线103有效的电性连接于探头20和接头30之间。

通过图1至图3的实施例可以看出，土壤监测仪100还可以包括第二金属片12。第二金属片12位于第一金属片11与探头20之间，第二金属片12与第一金属片11和探头20均为分隔设置，且第二金属片12与第一金属片11、探头20之间均为相互绝缘设置。第一连接件51位于第二金属片12与第一金属片11之间，第一连接件51实现第一金属片11与第二金属片12之间的绝缘。第二金属片12与探头20之间还设置有第二连接件52，第二连接件52也为绝缘材料制成，第二连接件52用于实现第二金属片52与探头20之间的绝缘。第二金属片12也由耐腐蚀的金属材料制成，第二金属片12也电连接至接头30。

第二金属片12的加入可以进一步扩大本申请土壤监测仪100的检测项目。例如，将第二金属片12与第一金属片11分别导通后，利用外接电源连接至接头30，使得第一金属片11、土壤和第二金属片12形成电流通路。并在接头30处对第一金属片11和第二金属片12之间的电阻值进行监测。本实施例也可以描述为第一金属片11和第二金属片12在接头30处的外接电源通电后形成两个电极，并对两个电极之间的电阻值(土壤)进行监测。此时可以对土壤的可溶性离子浓度(土壤肥沃度EC值)进行监测。不同可溶性离子浓度的土壤，其导电能力即阻值会出现变化。因此在接头30处接收到第一金属片11和第二金属片12的电流值之后，可以通过电路模拟校正来监测出土壤的EC值。

另一种检测项目针对土壤的湿度，也可以通过第一金属片11和第二金属片12的配合来获得。同样的，将第一金属片11、第二金属片12以及土壤视作一个回路，根据频域反射原理(FDR)，利用第一金属片11或第二金属片12发送电磁脉冲的方式，再经由第二金属片12或第一金属片11将电磁波收回。根据电磁波在土壤中传播的频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤的相对含水量，最终获得土壤的湿度值。

需要提出的是，第二金属片12也同第一金属片11上述的实施例一样，可以采用第三导线102来实现第二金属片12与接头30的电性连接。其中第三导线102同样可以连接于第二金属片12朝向内腔13一侧的表面上，第二金属片12与第三导线102可以通过焊接固定。第二金属片12也可以为圆环状。

请参见图4。图4为本申请土壤监测仪100在包含第二金属片12的实施例后可实施的四种参数测量逻辑图。其中包括土壤的温度、PH值、EC值以及湿度四个参数。其中，将温度、PH值、EC值以及湿度四个参数各自的电性回路描述为对应模拟电路A、B、C、D。在温度值的监测中，热敏电阻40通过第四导线104以及第五导线105来与接头30实现电性连接，进而传输温度数据。因此从图4中可以较为直观的看出本实施例中土壤监测仪100的数据检测逻辑。可以理解的，在本实施例中，因为第二金属片12的加入，进一步扩大了本申请土壤监测仪100的监测项目，丰富了土壤监测仪100的功能。同时本申请也并不限于图4所表达的四种数据的采集。通过进一步的增加传感元件或算法的补充，本申请土壤监测仪100还可以进一步增加监测项目，在紧凑的结构下实现更丰富的感测功能。

为了更方便本申请传感器100在土壤中的安置，探头20可以设置为圆锥状。且圆锥状的探头20较尖的一端，即圆锥状探头20的尖部位于远离本体10的一端。即探头20相对于第一端21的第二端22为圆锥状的探头20较尖的一端。由此，在用户使用本申请土壤监测仪100的时候，只需要将探头20一端朝向土壤插入，圆锥状的探头20可以更方便的置入土壤中，且不会对土壤监测仪100的拆卸带来干扰。

另一方面，因为本申请土壤监测仪100内部的线路较多，在内腔13中各线路的走线需要尽量规则的安置。内腔13中宜设置线槽，线槽可以将各线路独立收容或一起收容于内，使得内腔13中的线路有序排列，降低线路之间的干扰并避免线路干涉。

一种可选的实施例，第一金属片11和第一导线101之间，可以设置第一连接片111来实现二者的电性连接。具体的，本体10在第一金属片11靠近内腔13一侧设置第一避空槽14，第一连接片111固定于第一避空槽14内，第一连接片111与第一金属片11接触导通，第一导线101伸入第一避空槽14内与第一金属片11接触并导通。由此，第一连接片111连接于第一导线101和第一金属片11之间，第一连接片111与第一金属片11的面接触能够使得接触的有效面积更大，而第一导线101可以与第一连接片111焊接固连，且第一导线101在第一避空槽14中不会受到挤压变形，防止第一导线101被压断。同样的设置，第二金属片12和第三导线102之间也可以设置第二连接片112，本体10在第二金属片12靠近内腔13一侧设置第二避空槽15，第二金属片12与第二连接片112通过面接触来增大接触面积，第三导线102与第二连接片112之间也可以通过焊接导通，同时第二避空槽15也能对第三导线102起到保护作用。

一种实施例，在接头30的位置，可以将接头30采用连接端子的形式来实现。接头30采用连接端子实现后，可以避免外界监测仪等装置连接错误，导致数据失真的缺陷。

为了防止土壤中的水份、细微杂质等侵入内腔13中对各检测元件形成腐蚀或干扰，需要对本体10与所述探头20、第一金属片11、接头30包括第二金属片12均进行密封连接。现有技术中常用的密封手段如密封件密封、接口处胶封或者过盈配合等密封方式都可以运用于本申请土壤监测仪100中。

进一步的，在第一导线101、第三导线102、第二导线103、第四导线104以及第五导线105等都安置于内腔13中后，还可以对内腔13进行灌胶处理。灌胶后的内腔13中各导线因为胶体粘结而相互固定，有利于各导线之间的隔离和绝缘。而且灌胶后的内腔13中不易再渗入水份或细微杂质，可以进一步保护内腔13中的线路。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土壤监测仪，其特征在于，包括至少部分绝缘的本体、以及连接于所述本体相对两端的探头和接头，所述本体内设有内腔，所述探头由可产生氧化还原的金属制成，所述本体的外部还设有第一金属片，所述第一金属片由耐腐蚀金属制成，所述第一金属片与所述探头分隔设置并相互绝缘，所述内腔中安装有热敏电阻，所述热敏电阻与所述探头接触并固定，所述热敏电阻、所述第一金属片以及所述探头分别电连接至所述接头。

2.如权利要求1所述土壤监测仪，其特征在于，所述第一金属片与所述接头之间通过第一导线电性连接，所述第一导线位于所述内腔内，所述第一导线与所述第一金属片的连接位置位于所述第一金属片之朝向所述内腔的表面。

3.如权利要求2所述土壤监测仪，其特征在于，所述第一金属片呈环状，所述第一金属片与所述本体同轴设置。

4.如权利要求1所述土壤监测仪，其特征在于，所述探头具有朝向所述接头的第一端，所述热敏电阻与所述第一端固定接触。

5.如权利要求4所述土壤监测仪，其特征在于，所述土壤监测仪还包括第二导线，所述第二导线位于所述内腔内，所述第二导线的一端连接至所述第一端，所述第二导线的另一端连接至所述接头。

6.如权利要求1～5任一项所述土壤监测仪，其特征在于，所述土壤监测仪还包括第二金属片，所述第二金属片、所述第一金属片以及所述探头三者之间均分隔设置且相互绝缘，所述第二金属片由耐腐蚀金属制成，所述第二金属片电连接至所述接头。

7.如权利要求1～5任一项所述土壤监测仪，其特征在于，所述本体呈柱状，所述探头呈圆锥状，所述探头的尖部形成于所述探头远离所述本体的一端。

8.如权利要求1～5任一项所述土壤监测仪，其特征在于，所述接头为连接端子。

9.如权利要求1～5任一项所述土壤监测仪，其特征在于，所述本体分别与所述探头、所述第一金属片以及所述接头密封连接。

10.如权利要求1～5任一项所述土壤监测仪，其特征在于，所述内腔中填充有胶体。