CN218847269U - 一种农田小气候梯度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种农田小气候梯度监测装置，属于农田生态气象监测技术领域。包括带有刻度凹槽的立柱，立柱上安装有监测组件(温湿度传感器)，以实现对不同作物内部不同高度温度的监测，为更精准的了解农田气象提供一定的支撑。本实用新型通过一根插入农田作物中土壤的立柱，在立柱不同高度上设置多组温湿度传感器，方便灵活的实现了对作物内部温湿度的分梯度测量，采集的数据能够用于研究农田温度与大气温度的变化差异性。

Description

一种农田小气候梯度监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种农田小气候梯度监测装置，属于农田生态气象监测领域，尤其涉及一种能够对农田农作物冠层下，在高度方向上分层监控温湿度的监测装置。

背景技术

农田温度表征农田中近地层范围内冷热程度的物理量，包括近地气层、作物间空气温度以及作物体温，是反映农田小气候条件的重要环境因子。它与百叶箱中的气温有着明显差异，而且这种差异是非线性的。关于农田温度与大气温度的差异研究报道不多，因此，研究农田温度与大气温度的变化差异性，将对更准确地提出农作物生产的温度指标，提前做好防御措施，减少产量损失具有实践意义。

农田温度的监测对作物的气象鉴定，农业气候资源的调查、分析和开发，农田技术措施效应的评定，病虫害发生滋长的预测和防治，农业气象灾害的防御以及农田环境的监测和改良等，均有重要意义。

例如授权公告号为CN203909571U的中国实用新型专利申请公布文本公开的技术方案，现有的农业气候监测系统，仅能监测农田或大棚内温湿度等指标，无法对近地表的农作物内部的温湿度进行监测，且缺乏监测梯度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种农田小气候梯度监测装置，用以实现对农田作物内部分梯度的监测温湿度，解决现有技术对作物内部温湿度缺乏监测的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种农田小气候梯度监测装置的技术方案，包括用于设置于农田中的立柱(10)，所述立柱上在农作物高度范围内的不同高度上设置有若干个连接件，所述连接件上连接有用于监测农作物对应高度处温度和/或湿度的传感器(40)。

本实用新型通过一根插入农田作物中土壤的立柱，在立柱不同高度上设置多组温湿度传感器，方便灵活的实现了对作物内部温湿度的分梯度测量，采集的数据能够用于研究农田温度与大气温度的变化差异性。

进一步地，所述传感器(40)在立柱(10)高度方向上间隔设定距离均匀设置。

温湿度传感器之间的高度差相一致，采集的数据能够反映出测量高度均匀变化时的温湿度变化规律，便于后续数据的分析。

进一步地，所述立柱(10)上均匀设置若干凹槽(100)，所述凹槽(100)用于固定连接件。

本实用新型的立柱上开设用于固定安装传感器的凹槽，能够使横杆安装更为稳固，能够有效防止横杆下滑导致的测量数据的变量出现偏差。

进一步地，所述连接件包括两个通过连杆连接卡箍，其中一个卡箍固定在对应的凹槽 (100)内，另一个卡箍固定传感器(40)。

将传感器通过卡箍固定在凹槽内，保证传感器固定稳固的前提下，便于拆卸调整，增加了装置使用的灵活性。

进一步地，所述立柱(10)上还标示有高度刻度(102)，用于指示对应位置的传感器(40)采集的温湿度数据所来自农作物的高度剖面。

横杆上绘制高度刻度，能够更方便的得知采集的数据所来自的高度位置，更进一步方便了数据的后续分析处理。

进一步地，所述立柱(10)上高于农作物冠层的位置还通过连接件固定有用于检测农作物冠层温度的红外温度传感器(80)。

本实用新型的装置在农作物冠层高度以上设置有红外温度传感器，用于测量农作物冠层温度，对作物内温湿度数据的分析提供一定参考，有助于数据的后续处理。

进一步地，所述立柱(10)顶部高于农作物冠层位置上还设置有第一横梁(11)，所述第一横梁(11)的两个端部分别设置有风速传感器(20)和风向传感器(30)，用于监测农田区域的风速和风向。

本实用新型的装置在农作物冠层高度以上设置有风速和风向传感器，提供农田区域的风速风向数据，对作物内温湿度数据的分析提供一定变量参考，有助于数据的后续处理。

进一步地，所述立柱(10)上在农作物高度范围内还通过第二横梁(13)设置有风速传感器(20)和风向传感器(30)，用于检测农作物内部的风速和风向。

本实用新型的装置在低于农作物的位置也设置有风速和风向传感器，提供农田区域作物内部的风速风向数据，对作物内温湿度数据的分析提供一定变量参考，有助于数据的后续处理。

进一步地，所述传感器(40)为温度传感器或温湿度传感器时，其上部还设置有遮阳罩。

阳光直射会导致传感器温度测量数据上升，导致测量结果不准，增加遮阳罩以最大程度减小外界环境干扰。

进一步地，所述立柱(10)顶部还设置有用于为传感器(40)供电的太阳能板(50)。

装置顶部高于作物冠层，顶部安装太阳能板并通过太阳能对装置供电，便于装置的即插即用，方便部署，且能源清洁，对环境友好。

进一步地，还包括信号处理单元和与信号处理单元通信连接的无线通信模块，各个传感器(40)与信号处理单元的信号输入端相连，无线通信模块用于将采集到的数据发送到远端。

本实用新型的装置还带有无线通信模块，无需布线避免了对农田生产的影响与干扰，也防止农业生产活动损坏线路。采用无线通信方便、及时、快捷的传输相关数据。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的农田小气候梯度监测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的农田小气候梯度监测装置的温湿度传感器结构示意图；

图3是本实用新型实施例1的固定底板俯视结构示意图；

图4是本实用新型实施例1的连接件结构示意图；

图5是本实用新型实施例2的农田小气候梯度监测装置的结构示意图。

其中包括：10、立柱；110、固定底板；112、固定孔；140、连接件；141、第一卡箍；142、第二卡箍；143、连接杆；144、紧固螺栓；100、凹槽；101、卡箍；102、刻度；11、第一横梁；12、横杆；13、第二横梁；14、第三横梁；20、风速传感器；30、风向传感器； 40、温湿度传感器；41、传感器本体；42、遮阳罩；421、遮阳罩支架；43、传感器连接线； 50、太阳能电池板；60、土壤；70、配电箱；80、红外温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1所示的本实用新型的农田小气候梯度监测装置，包括立柱10，能够设置在农田中用于观测农作物冠层及内部温湿度变化情况，尤其是用于小麦和玉米，便于了解小麦晚霜冻和干热风高发期、玉米花期高温和连阴雨高发期内部温湿度变化。为了适配小麦和玉米作物，立柱10的高度大于300cm。

立柱10可以通过立柱底端的钢钎插入农田土壤60来固定，从而实现快速布置和转移，即插即用。为了保证立柱10插入牢固，立柱钢钎在立柱10下端部设置一长一短两根。

进一步为了保证立柱10稳固的竖直设置，在立柱10下端部与土壤60表面接触的位置设置固定底板110。立柱10插入土壤60后，固定底板110压覆与土壤60表面，增大了立柱10与地表的接触面积。固定底板110的俯视图如图3，中间为立柱10的横截面，固定底板110在3等分的径线位置还开设有3个固定孔112，用于立柱10在插设好后，通过固定孔112向土壤60内打入固定钢钉，进一步保证立柱10的稳固和垂直度。固定钢钉可以朝向远离立柱10的方向倾斜打入土壤60。

更进一步地，例如在玉米作物的使用场景下，为了保证超过300cm高的立柱10的稳定竖直以及抗风能力，还对立柱10通过斜拉钢丝固定，从立柱10上部沿周向三等分或四等分方向向周围地面引出三或四根斜拉线，斜拉线底端通过钢钎固定在土壤60之中。

立柱10上通过连接件140固定有若干个温湿度传感器。同时立柱10本体上标注有刻度102，用于直观显示传感器高度，从而得知在作物内部对应高度采集温湿度数据。本实施例中，对于小麦作物，在立柱10距土壤60表面20cm、40cm、60cm、80cm处通过连接件 140设置有温湿度传感器40，用于均匀的在小麦作物冠层下部测量其内部的温湿度变化；对于玉米作物，在立柱距土壤60表面150cm和300cm处增设两个温湿度传感器40，配合 20cm、40cm、60cm、80cm处的温湿度传感器40，测量玉米作物冠层下部不同高度断层的温湿度。

具体的，温湿度传感器40结构如图2所示，包括传感器本体41和罩设在本体之上的遮阳罩42，遮阳罩42避免农田内设置的温湿度传感器40受阳光直射的影响而吸热升温导致温度测量不准。本实施例中，温湿度传感器40采用温湿度一体式的探头作为测量元件，将温湿度采集出来；作为其他实施方式，也可以分别采用温度传感器和湿度传感器集成设置分别实现温湿度采集；也可以仅设置温度传感器或湿度传感器，仅测量作物内部的温度或湿度的情况。具体可以采用厂家为中国华云的型号为HYA-T03的温度传感器，和江苏省无线电科学研究所有限公司的型号为DHC2的湿度传感器。

图2中，遮阳罩42沿图中点划线刨开，去掉一部分以显示遮阳罩42如何设置在温湿度传感器40之上，具体通过夹持在传感器本体41之上的遮阳罩支架421支撑固定遮阳罩42。温湿度传感器40通过传感器本体41尾部的传感器连接线43与采集单元连接，以供电及传输数据。

连接件140具体如图4所示，包括用于夹持温湿度传感器40的第一卡箍141和用于夹持立柱10的第二卡箍142，第一卡箍141和第二卡箍142之间通过连接杆143连接。第一卡箍141抱在在传感器本体41的夹持部44处，并通过紧固螺栓144箍紧传感器本体41；第二卡箍142夹持方向旋转90度后通过对应紧固螺栓144箍紧在竖直的立柱10的对应高度刻度处，并尽可能保持温湿度传感器40的水平。

本实施例中，温湿度传感器40的设置位置适配小麦和玉米作物的内部温湿度测量，作为其他的实施方式，也可以通过调整连接件140在立柱10上的固定位置，来调整温湿度传感器40的数量和设置高度，以适配不同的作物或针对玉米和小麦测量在不同高度梯度处测量温湿度。

进一步地，在立柱10距土壤60表面80cm处设置红外温度传感器80，用于测量小麦冠层温度。还在300cm处设置红外温度传感器80，用于测量玉米冠层叶片温度。红外温度传感器80高于对应作物的冠层高度，倾斜向下测量冠层温度。红外温湿度传感器80外型同温湿度传感器40一样呈圆柱体，同样可以通过如图4所示的连接件固定在立柱10上，并调整安装角度，使红外温度传感器80对准对应的作物冠层。

立柱10顶部设置有太阳能板50，用于为装置上的传感器供电。立柱10上的空旷位置通过易于拆卸的固定件(例如卡箍)安装配电箱70，配电箱70内设置蓄电池、用做采集单元的信号处理单元和与信号处理单元连接的无线通信模块，太阳能板50在阳光充足的时刻为装置供电，同时为蓄电池充电，蓄电池在阳光不足的时刻为装置各传感器和无线通信模块供电。各传感器的数据通过信号处理单元采集处理后，通过无线通信模块传输到远端的监控平台，实现数据的处理。

实施例2：

如图5所示，本实施例中的监测装置包括设置在农田农作物中的立柱10，为了实现即插即用，方便布设和转移，立柱10可以通过削尖的底端插入农田土壤的方式固定在农田中，或者在立柱10底端加设钢钎等用于插入土壤便于固定的结构；为了进一步保证竖直和防止被风吹倒，还可以进一步从立柱10顶端向周围地面设置斜拉线。

立柱10的整体高度应大于被监测农作物的高度，本实施例中，立柱10露出地面的高度为3.5米高，适配的待监测作物的高度可以达到3米，基本涵盖了从小麦到玉米等不同高度的作物，适配范围广。在立柱10设置于农田中后，从立柱10露出土壤的位置开始，到3米高的位置处，每隔设定的高度，就设置一个凹槽100，凹槽100由直径更细的柱体构成。由直径的减小在立柱10上所形成的环台用于支撑对应凹槽100内设置的横杆12。立柱10 的凹槽100之间，绘设有高度刻度102，用于标识出对应凹槽100距地面的高度，能够直观从立柱10上读出，通过对应凹槽100设置的传感器的高度。

根据需要，可在凹槽100处设置横杆12。横杆12通过卡箍101抱箍在凹槽100内，其水平朝向可根据需要360度调节。

作为其他实施方式，立柱10可为均匀的光杆，不设置凹槽100，横杆12通过卡箍或其他方式设置在立柱10上，立柱10的表面可粗糙处理，以增加与横杆12之间的摩擦力，防止横杆转动和下滑。立柱10不设凹槽时，横杆12高度可自由无极调节。

横杆12远离立柱10的一端设置有温湿度传感器40，用于采集作物冠层以下(作物内部)不同高度剖面的温湿度数据。本实施例中，温湿度传感器40为设置于百叶箱中的传感器，具体温湿度传感器本体可采用与实施例1中相同的型号。

立柱10顶部设置有第一横梁11，第一横梁11中间位置通过法兰与立柱10顶部连接，第一横梁11的两个端部分别设置有风速传感器20和风向传感器30。由于立柱10高于农作物高度，因此顶端设置的风速传感器20和风向传感器30位于农作物冠层之上，用于监测整个农田区域的风速和风向。

在立柱10土壤60以外部分的中间位置，还设置有第二横梁13和第三横梁14，第二横梁13一端通过螺栓固定在立柱10上对应的连接座上，另一端设置有风速传感器20；第三横梁14一端通过螺栓固定在立柱10上对应的连接座上，另一端设置有风向传感器30。第二横梁13和第三横梁14的固定位置应当位于农作物冠层以下，因此设置在中间位置的风速传感器20和风向传感器30用于监测农作物冠层以下(作物之间)的风速和风向。在立柱10上不同高度设置多组连接座，使第二横梁13和第三横梁14固定在立柱10上的位置可以根据作物高度自由调节。

立柱10上还设置有信号处理单元和与信号处理单元通信连接的无线通信模块，各个温湿度传感器、风速传感器和风向传感器与信号处理单元的信号输入端相连，无线通信模块将采集到的数据发送到远端。通过远端的监控主机，即可实现对多个不同农田或者农田不同位置处设置的农田小气候梯度监测装置进行数据采集。

立柱10顶端的第一横梁11的中间，设置有太阳能电池板50，用于为本监测装置各传感器及信号处理单元、无线通信模块供电。

通过上述监测装置，本实用新型能够实现对农作物内部温湿度按高度分梯度的实时动态监测，为农田生态环境气象监测研究提供准确的分析数据，同时能够将监测到数据进行汇总发送给监控后台，提高农业生产管理的效率和决策水平。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭示的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农田小气候梯度监测装置，其特征在于，包括用于设置于农田中的立柱(10)，所述立柱上在农作物高度范围内的不同高度上设置有若干个连接件，所述连接件上连接有用于监测农作物对应高度处温度和/或湿度的传感器(40)。

2.根据权利要求1所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述传感器(40)在立柱(10)高度方向上间隔设定距离均匀设置。

3.根据权利要求2所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述立柱(10)上均匀设置若干凹槽(100)，所述凹槽(100)用于固定连接件。

4.根据权利要求3所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述连接件包括两个通过连杆连接卡箍，其中一个卡箍固定在对应的凹槽(100)内，另一个卡箍固定传感器(40)。

5.根据权利要求4所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述立柱(10)上还标示有高度刻度(102)，用于指示对应位置的传感器(40)采集的温湿度数据所来自农作物的高度剖面。

6.根据权利要求1所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述立柱(10)上高于农作物冠层的位置还通过连接件固定有用于检测农作物冠层温度的红外温度传感器(80)。

7.根据权利要求1所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述立柱(10)顶部高于农作物冠层位置上还设置有第一横梁(11)，所述第一横梁(11)的两个端部分别设置有风速传感器(20)和风向传感器(30)，用于监测农田区域的风速和风向；所述立柱(10)上在农作物高度范围内还通过第二横梁(13)设置有风速传感器(20)和风向传感器(30)，用于检测农作物内部的风速和风向。

8.根据权利要求7所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述传感器(40)为温度传感器或温湿度传感器时，其上部还设置有遮阳罩。

9.根据权利要求1所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，所述立柱(10)顶部还设置有用于为传感器(40)供电的太阳能板(50)。

10.根据权利要求1～9任一项所述的农田小气候梯度监测装置，其特征在于，还包括信号处理单元和与信号处理单元通信连接的无线通信模块，各个传感器(40)与信号处理单元的信号输入端相连，无线通信模块用于将采集到的数据发送到远端。

Images