CN212060024U - 一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器 - Google Patents

Abstract

一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，涉及传感器领域，包括至少一组主壳体，相邻主壳体之间通过中心固定板固定连接，多个所述主壳体形成一多点位测量盒，所述多点位测量盒两端各固定连接有一末节盖，所述主壳体内安装有电路板，所述电路板上设有三个探针，所述探针插入主壳体上的定位孔中。本实用新型可以测量同一土壤位置不同深度的温度、水分、电导率参数、可以更好满足农业应用中的需求；相比现有的管式土壤水分传感器，本方案结构简单、成本低廉，可以测试土壤电导率参数且在使用中可以通过简单的拔插排线的方式增减电路板以增减测量层数，更加灵活。

Description

一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体地说是一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器。

背景技术

土壤温度、水分、电导率是影响作物生长的关键条件，适宜的土壤温度、水分、电导率含量不仅能够提高作物产量，而且能够避免资源浪费和土壤流失。因此，对土壤温度、水分、电导率含量的实时监测是十分必要的。目前，常用的土壤传感器有探针式土壤水分电导率传感器和管土壤水分传感器，采用的布设方法是先挖沟、然后填土的方式。

在现有的探针式土壤温度水分电导率三合一传感器中，只是通过某一传感器进行单点测量，然而，随着大规模地块的种植，同一地块的不同深度之间的土壤墒情数据都不同，因此，需要一种可以多点测量的传感器。

管式土壤水分传感器虽可以多点测量，但无法测量电导率参数，且结构复杂，成本较高，难以广泛应用于农业物联网系统。

实用新型内容

针对现有技术中提及的传感器单点测量效率低及管式土壤水分传感器结构复杂、成本高的问题，本实用新型提供一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，可以避免上述问题的发生。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，包括至少一组主壳体，相邻主壳体之间通过中心固定板固定连接，多个所述主壳体形成一多点位测量盒，所述多点位测量盒两端各固定连接有一末节盖，所述主壳体内安装有电路板，所述电路板上设有三个探针，所述探针插入主壳体上的定位孔中。

进一步地，所述电路板连接有数据线，所述数据线穿过主壳体后从末节盖中穿出。

进一步地，所述主壳体上表面安装有上面板，所述上面板上设有刻度。

进一步地，所述上面板采用墨水屏，所述上面板连接有电路板。

进一步地，所述主壳体包括第一U型板，第一U型板内固定连接有前置隔板与后置隔板，第一U型板内安装有电路板，所述电路板处于所述前置隔板与后置隔板之间，所述前置隔板与后置隔板之间设有一封闭底板，所述封闭底板上设有三个与所述探针相配合的定位孔。

进一步地，所述定位孔处安装有密封橡胶圈。

进一步地，所述前置隔板上设有侧穿孔，所述后置隔板上设有中心穿孔。

进一步地，所述末节盖上设有端板，所述端板上设有容纳数据线穿过的穿线孔。

进一步地，所述第一U型板的侧壁上设有多个配合螺栓孔，所述末节盖包括第二U型板，所述第二U型板上设有多个与所述配合螺栓孔配合的端部螺栓孔，所述中心固定板包括第三U型板，所述第三U型板上设有多个与所述配合螺栓孔配合的中间螺栓孔。

进一步地，所述第一U型板上设有多个凹槽，所述第三U型板上设有多个凸块，所述凸块与凹槽相配合。

本实用新型的有益效果是：本实用新型可以测量同一土壤位置不同深度的温度、水分、电导率参数、可以更好满足农业应用中的需求；相比现有的管式土壤水分传感器，本方案结构简单、成本低廉，可以测试土壤电导率参数且在使用中可以通过简单的拔插排线的方式增减电路板以增减测量层数，更加灵活。

附图说明

图1为本实用新型的三维结构示意图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为主壳体的三维结构示意图；

图5为末节盖的三维结构示意图；

图6为中心固定板的三维结构示意图；

图7为电路板上安装有探针时的三维结构示意图；

图8为本实用新型第二实施例的结构示意图。

图中：1主壳体，11第一U型板，111配合螺栓孔，12前置隔板，121侧穿孔，13后置隔板，131中心穿孔，14封闭底板，141定位孔，15凹槽，

2末节盖，21第二U型板，22端板，23穿线孔，24端部螺栓孔，

3中心固定板，31第三U型板，32中间螺栓孔，33凸块，

4电路板，5探针，6数据线，7上面板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图7所示，一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，包括至少一组主壳体1，相邻主壳体之间通过中心固定板3固定连接，多个所述主壳体形成一多点位测量盒，所述多点位测量盒两端各固定连接有一末节盖2，所述主壳体内安装有电路板4，所述电路板上设有三个探针5，所述探针插入主壳体上的定位孔141中至外界。使得人们将该传感器放置在土壤中时，探针能够很好地插入土壤中。

进一步地，所述电路板连接有数据线6，所述数据线穿过主壳体后从末节盖2中穿过。

方案优化，所述主壳体上表面安装有上面板7，所述上面板上设有刻度，可用于进行尺寸的标定。一种优化设计，所述上面板采用墨水屏，所述上面板连接有电路板，因电路板连接有数据线，墨水屏可通过电路板供电。墨水屏上可实时显示测量出的诸多数据。

至少一个实施例中，所述主壳体1包括第一U型板11，其中第一U型板可采用型材或由一矩形板折弯形成，其中第一U型板内固定连接有前置隔板12与后置隔板13，其中前置隔板与后置隔板间隔一定距离，第一U型板内安装有电路板，所述电路板处于所述前置隔板与后置隔板之间，所述前置隔板与后置隔板之间设有一封闭底板14，所述封闭底板上设有三个与所述探针相配合的定位孔141，所述定位孔处安装有密封橡胶圈，用于进行防水。

在前置隔板上设有侧穿孔121，之所以设计侧穿孔是为了进行探针的避位；所述后置隔板上设有中心穿孔131，所述侧穿孔及中心穿孔均用于数据线的穿线。进一步地，所述末节盖上设有端板22，所述端板上设有容纳数据线穿过的穿线孔23。

所述第一U型板的侧壁上设有多个配合螺栓孔111，与之配合的是，所述末节盖2包括第二U型板21，所述第二U型板上设有多个与所述配合螺栓孔配合的端部螺栓孔24，所述中心固定板3包括第三U型板31，所述第三U型板上设有多个与所述配合螺栓孔配合的中间螺栓孔32。具体在本案中，主壳体、末节盖及中心固定板之间均通过螺栓或者螺丝固定连接。

在某些实施例中，如图8所示，所述第一U型板上设有多个凹槽15，与之配合的是，所述第三U型板上设有多个凸块33，所述凸块与凹槽相配合。这种形式拆装方便，但是需要过盈配合，必要时涂胶密封间隙。

其中电路板包括单片机、CPLD模块、LC振荡电路、热敏电阻、两组排线及排线接口；排线及排线接口为4线制，分别为+、-、A、B；使用时，以土壤与插针平行的方向将本土壤传感器竖直埋入土壤中(每一层有三根探针，两两互为平行电容器。排线中的+、-线分别接电源正负极，通过外部10-30VDC电源供电。

本方案原理如下：常见的平行板电容器,电容公式为C＝εS/d.(ε介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离),当保证极板面积和极板间距离不变时，电容大小仅受介电常数影响。土壤可视为由空气、水和固态土组成，其中空气的介电常数为1；水的介电常数为80；固态土的介电常数为3～8。由此可见，土壤的介电常数主要受水分的介电常数影响。水分的测量原理如下：通过在CPLD模块中编程一个与或门模块，单片机根据与或门模块计算出相位差，相位差大小决定电容大小，电容大小决定了水分大小。单片机将模拟信号转换为数字信号后传输给服务器端；电导率主要受容抗影响。容抗Xc＝1/(2πfC)，其中f为交流电频率，C为电容量。因电路中单片机施加的交流电频率不变，因此容抗只受电容C影响，电容C受土壤介电常数影响，因此可测得土壤电导率参数。电导率测量原理如下：单片机通过在探针两端施加交流电压使两个探针成为一组平行板电容器。当插针插入土壤时，通过采集两个探针两端的电压传输到单片机，单片机将模拟信号转换为数字信号后传输给服务器端；温度测量原理原理如下：热敏电阻阻值随温度变化而变化，导致热敏电阻两端电压随温度变化而变化，电压值传输到单片机，单片机将该模拟信号转换为数字信号后传输给服务器端。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，包括至少一组主壳体，相邻主壳体之间通过中心固定板固定连接，多个所述主壳体形成一多点位测量盒，所述多点位测量盒两端各固定连接有一末节盖，所述主壳体内安装有电路板，所述电路板上设有三个探针，所述探针插入主壳体上的定位孔中。

2.根据权利要求1所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述电路板连接有数据线，所述数据线穿过主壳体后从末节盖中穿出。

3.根据权利要求1所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述主壳体上表面安装有上面板，所述上面板上设有刻度。

4.根据权利要求3所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述上面板采用墨水屏，所述上面板连接有电路板。

5.根据权利要求1所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述主壳体包括第一U型板，第一U型板内固定连接有前置隔板与后置隔板，第一U型板内安装有电路板，所述电路板处于所述前置隔板与后置隔板之间，所述前置隔板与后置隔板之间设有一封闭底板，所述封闭底板上设有三个与所述探针相配合的定位孔。

6.根据权利要求5所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述定位孔处安装有密封橡胶圈。

7.根据权利要求5所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述前置隔板上设有侧穿孔，所述后置隔板上设有中心穿孔。

8.根据权利要求1所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述末节盖上设有端板，所述端板上设有容纳数据线穿过的穿线孔。

9.根据权利要求5所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述第一U型板的侧壁上设有多个配合螺栓孔，所述末节盖包括第二U型板，所述第二U型板上设有多个与所述配合螺栓孔配合的端部螺栓孔，所述中心固定板包括第三U型板，所述第三U型板上设有多个与所述配合螺栓孔配合的中间螺栓孔。

10.根据权利要求9所述的一种多土层温度水分电导率三合一土壤传感器，其特征在于，所述第一U型板上设有多个凹槽，所述第三U型板上设有多个凸块，所述凸块与凹槽相配合。

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