CZ309063B6 - System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it - Google Patents

System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it Download PDF

Info

Publication number
CZ309063B6
CZ309063B6 CZ2020464A CZ2020464A CZ309063B6 CZ 309063 B6 CZ309063 B6 CZ 309063B6 CZ 2020464 A CZ2020464 A CZ 2020464A CZ 2020464 A CZ2020464 A CZ 2020464A CZ 309063 B6 CZ309063 B6 CZ 309063B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
sensor
soil
printing
temperature
printed
Prior art date
Application number
CZ2020464A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2020464A3 (en
Inventor
Tomáš SYROVÝ
Syrový Tomáš doc. Ing., Ph.D.
Silvan Pretl
Pretl Silvan Ing., Ph.D.
Robert Vik
Vik Robert Ing., Ph.D.
Jiří Čengery
Čengery Jiří Ing., Ph.D.
Aleš Hamáček
Hamáček Aleš doc. Ing., Ph.D.
Ladislav Menšík
Menšík Ladislav Ing., Ph.D.
Lubomír KUBÁČ
Kubáč Lubomír Ing., Ph.D.
Original Assignee
Univerzita Pardubice
Západočeská Univerzita V Plzni
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.
Centrum organické chemie s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Pardubice, Západočeská Univerzita V Plzni, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Centrum organické chemie s.r.o. filed Critical Univerzita Pardubice
Priority to CZ2020464A priority Critical patent/CZ309063B6/en
Priority to US18/022,180 priority patent/US20230296548A1/en
Priority to PCT/CZ2021/050086 priority patent/WO2022037731A1/en
Publication of CZ2020464A3 publication Critical patent/CZ2020464A3/en
Publication of CZ309063B6 publication Critical patent/CZ309063B6/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/186—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer using microstructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/02—Instruments for indicating weather conditions by measuring two or more variables, e.g. humidity, pressure, temperature, cloud cover or wind speed

Abstract

The system (1) for measuring air and soil temperature and humidity (3) with wireless data transmission comprises at least one body (2) of a biodegradable cellulose-based material. The body (2) has an underground part (8) and an above-ground part (9), at least one capacitive sensor (4) of soil moisture (3), at least one resistance sensor (5) of soil temperature (3) are printed on the surface of the underground part (8) and conductive paths (10) leading to a capacitive soil moisture sensor (4) and a resistance sensor (5) of soil temperature (3). The capacitive soil moisture sensor (4) of soil moisture (3), the resistance sensor (5) of soil temperature (3) and the conductive paths (10) are printed by printing equipment. At least one bus (11) for data transmission is printed on the surface of the above-ground part (9), to which the removable control unit (6), radio communication module (7) and antenna (12) are connected in contact and at least one digital relative humidity and air temperature sensor (13).

Description

Systém pro měření teploty a vlhkosti vzduchu a půdy s bezdrátovým přenosem dat a způsob jeho výrobySystem for measuring temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of its production

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká oblasti detekce teploty a vlhkosti, konkrétně systému a způsobu jeho výroby, které je určené pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy s bezdrátovým přenosem dat, s využitím především v zemědělství, lesnictví, zahradnictví a pěstování rostlin.The invention relates to the field of temperature and humidity detection, in particular to a system and method for its production, which is intended for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission, for use primarily in agriculture, forestry, horticulture and plant growing.

Dosavadní stav technikyState of the art

Jsou známé senzory detekující půdní vlhkost vytvořené na nosných platformách neboli základních tělesech, na kterých jsou uspořádané elektrody reagující na změny v půdě v závislosti na přítomnosti vlhkosti, a to změnou elektrického odporu, kapacity, proudu či napětí. Také jsou známé senzory detekující půdní teplotu v různých hloubkách většinou s použitím elektrických půdních teploměrů. Základní tělesa jsou zpravidla vytvořena z rigidního materiálu, zejména plastu, který je svým tvarem přizpůsoben pro možné umístění do půdy. Zařízení využívající taková tělesa s elektrodami jsou popsána, např. v dokumentech US 20060290360, US 3968428, US 201000277185 nebo US 20140025300. Tělesa jsou zpravidla tvarově upravena tak, aby bylo možné jejich snadné vetknutí do půdy a jsou opatřena senzorem vlhkosti či teploty. Dokument US 20190271656 dále popisuje bezdrátovou jednotku pro snímání vlhkosti půdy, která vysílá změřená data ze senzorů pomocí radiofrekvenční komunikační jednotky.Sensors are known which detect soil moisture formed on supporting platforms or basic bodies, on which electrodes are arranged which respond to changes in the soil depending on the presence of moisture, by changing the electrical resistance, capacity, current or voltage. Sensors that detect soil temperature at various depths are also known, mostly using electric soil thermometers. The basic bodies are usually made of a rigid material, in particular plastic, which is shaped for possible placement in the soil. Devices using such electrode bodies are described, for example, in US 20060290360, US 3968428, US 201000277185 or US 20140025300. The bodies are generally shaped so that they can be easily embedded in the soil and are provided with a humidity or temperature sensor. Document US 20190271656 further describes a wireless soil moisture sensing unit which transmits measured data from sensors by means of a radio frequency communication unit.

Dalším známým řešením je senzor, který měří teplotu a vlhkost v půdě podle US 20110187393, který je vytvořen jako lepicí fólie se dvěma elektrodami nanesenými na horní vrstvě hydrofobního substrátu, překrytými ochrannou vrstvou. Spodní strana hydrofobního substrátu je opatřena adhezní vrstvou zajišťující přilnavost k různým materiálům. Vzhledem k čím dál většímu ekologickému zájmu zasahujícímu do většiny průmyslových odvětví roste taktéž zájem o vytvoření ekologičtější alternativy detekce vlhkosti půdy, konkrétně senzoru či systému pro měření teploty, vlhkosti půdy a mikroklimatu. Řešením z výše uvedeného dokumentuje otázka ekologie vyřešena jen zčásti, neboť těleso může být vytvořeno z biodegradabilního materiálu, ale fólie senzoru nikoli, je tudíž potřeba vyřešit následnou ekologicky šetrnou likvidaci senzoru. Další nevýhoda tohoto řešení spočívá vtom, že senzor je vytvořen jako vícevrstevná struktura, jejíž výroba je poměrně komplikovaná, zdlouhavá a ekonomicky nevýhodná.Another known solution is a sensor which measures the temperature and humidity in the soil according to US 20110187393, which is formed as an adhesive film with two electrodes applied on the top layer of a hydrophobic substrate, covered with a protective layer. The underside of the hydrophobic substrate is provided with an adhesive layer ensuring adhesion to various materials. Due to the growing environmental interest in most industries, there is also a growing interest in creating a greener alternative to soil moisture detection, namely a sensor or system for measuring temperature, soil moisture and microclimate. The solution from the above documents the issue of ecology solved only partially, because the body can be made of biodegradable material, but the sensor foil is not, so it is necessary to solve the subsequent environmentally friendly disposal of the sensor. Another disadvantage of this solution is that the sensor is designed as a multilayer structure, the production of which is relatively complicated, time consuming and economically disadvantageous.

Z tohoto důvodu se vybízí využití běžného přírodního biodegradabilního materiálu jakožto základního tělesa detekčního zařízení, které lze v přírodě nechat i po skončení měření bez znečištění životního prostředí. V tomto ohledu však musí být použity i materiály samotných senzorů takového složení, které by tuto schopnost/možnost umožňovaly. Za tímto účelem byl vytvořen senzor, který má celkovou biodegradabilní schopnost, jaká není ve výše uvedených řešeních popsána.For this reason, the use of common natural biodegradable material as the basic body of the detection device, which can be left in nature even after the measurement without environmental pollution, is encouraged. In this respect, however, the materials of the sensors themselves must also be of such a composition that would allow this capability / possibility. For this purpose, a sensor has been developed which has an overall biodegradable capability not described in the above solutions.

Úkolem vynálezu je proto vytvoření sondy, resp. systému pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy současně umožňující pomocí vhodné elektronické jednotky bezdrátový přenos dat, který by odstraňoval výše uvedené nedostatky, představoval ekologickou alternativu známým půdním senzorům, poskytoval přesná data o obsahu vody v půdě, teplotě půdy a jehož výroba by byla časově i ekonomicky výhodná.The object of the invention is therefore to provide a probe or system for measuring air and soil temperature and humidity at the same time enabling wireless data transmission by means of a suitable electronic unit, which would eliminate the above-mentioned shortcomings, represented an ecological alternative to known soil sensors, provided accurate data on soil water content, soil temperature and and economically advantageous.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Vytčený úkol je vyřešen pomocí systému pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy s bezdrátovým přenosem dat podle tohoto vynálezu. Systém zahrnuje alespoň jedno tělesoThe stated object is solved by means of a system for measuring temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission according to the present invention. The system includes at least one body

-1 CZ 309063 B6 vetknutelné, resp. instalovatelné do půdy, na kterém je uspořádán alespoň jeden senzor vlhkosti půdy a alespoň jeden senzor teploty půdy. Dále systém zahrnuje řídicí jednotku, se kterou jsou oba senzory propojeny a radiokomunikační modul spojený s řídicí jednotkou.-1 CZ 309063 B6 lockable, resp. installable in the soil, on which at least one soil moisture sensor and at least one soil temperature sensor are arranged. Furthermore, the system comprises a control unit to which both sensors are connected and a radio communication module connected to the control unit.

Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že těleso je vytvořeno z biodegradabilního materiálu na bázi celulózy a je rozděleno na podzemní část a nadzemní část, kde rozdělení vyplývá z instalovatelnosti do půdy, resp. následné konečné pozici tělesa při měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy. Na povrchu podzemní části je natištěn alespoň jeden kapacitní senzor vlhkosti půdy, alespoň jeden odporový senzor teploty půdy a vodivé dráhy vedoucí ke kapacitnímu senzoru vlhkosti půdy a odporovému senzoru teploty půdy. Kapacitní senzor vlhkosti půdy, odporový senzor teploty půdy a vodivé dráhy jsou natištěny tiskovou technikou ze skupiny: sítotisk, šablonový tisk, flexotisk, tampónový tisk, injektový tisk, aerosol jet printing, mikrodispensing, mikrosprej. Na povrchu nadzemní části je natištěna alespoň jedna sběrnice pro přenos dat, a to tiskovou technikou ze skupiny: sítotisk, šablonový tisk, flexotisk, tampónový tisk, injektový tisk, aerosol jet printing, mikrodispensing, mikrosprej. Ke sběrnici jsou odnímatelně kontaktně připojeny řídicí jednotka, radiokomunikační modul s anténou a alespoň jeden digitální senzor relativní vlhkosti a teploty vzduchu. Takto uspořádaný systém poskytuje jednoduše a rychle měřit teplotu a vlhkost vzduchu i půdy s použitím ekologických, volně rozložitelných materiálů.The essence of the present invention lies in the fact that the body is made of a biodegradable cellulose-based material and is divided into an underground part and an above-ground part, where the division results from being installable in the soil, resp. the subsequent final position of the body when measuring the temperature and humidity of air and soil. At least one capacitive soil moisture sensor, at least one resistance soil temperature sensor and a conductive path leading to the capacitive soil moisture sensor and a resistance soil temperature sensor are printed on the surface of the underground part. Capacitive soil moisture sensor, resistance soil temperature sensor and conductive paths are printed by printing technology from the group: screen printing, stencil printing, flexographic printing, pad printing, injection printing, aerosol jet printing, microdispensing, microspray. At least one bus for data transmission is printed on the surface of the above-ground part, using printing technology from the group: screen printing, stencil printing, flexographic printing, pad printing, injection printing, aerosol jet printing, microdispensing, microspray. The control unit, the radio communication module with the antenna and at least one digital sensor of relative humidity and air temperature are removably connected to the bus. The system is designed to easily and quickly measure air and soil temperature and humidity using environmentally friendly, freely degradable materials.

Těleso je s výhodou vytvořeno ze dřeva vybraného ze skupiny: smrk, modřín, borovice, douglaska, dub, akát. Případně může být alternativně těleso vytvořeno z papíru, konkrétně vlnité lepenky nebo slisovaného papírového recyklátu. Oba ekologické, přírodně rozložitelné materiály poskytují zcela inovativní a nové řešení měřicí sondy, která poskytuje relevantní výsledky měření.The body is preferably made of wood selected from the group: spruce, larch, pine, Douglas fir, oak, acacia. Alternatively, the body may be formed of paper, in particular corrugated cardboard or pressed recycled paper. Both environmentally friendly, biodegradable materials provide a completely innovative and new measuring probe solution that provides relevant measurement results.

Kapacitní senzor vlhkosti půdy, odporový senzor teploty půdy a vodivé dráhy jsou ve výhodném uspořádání vytvořeny jako tiskový motiv vytvořený z formulací na bázi uhlíkových materiálů ze skupiny: grafit, grafen, nanotrubice, saze. V jiném výhodném provedení mohou být kapacitní senzor vlhkosti půdy, odporový senzor teploty půdy a vodivé dráhy jsou vytvořeny jako tiskový motiv vytvořený z formulací na bázi vodivých polymerů, jako je polyanilin neboli PANI, poly (3,4ethylendioxythiofen) neboli PEDOT, póly (3,4-ethylendioxythiofen) polystyrensulfonát neboli PEDOT:PSS a polypyrrol neboli PPY nebo z formulací na bázi metalických kompozitů a nanočásticových inkoustů, jako je stříbro Ag, měď Cu, nikl Ni, zlato Au nebo platina Pt.The capacitive soil moisture sensor, the resistance soil temperature sensor and the conductive paths are preferably formed as a printing motif formed from formulations based on carbon materials from the group: graphite, graphene, nanotubes, carbon black. In another preferred embodiment, the capacitive soil moisture sensor, the resistance soil temperature sensor and the conductive paths may be formed as a printing motif formed from formulations based on conductive polymers such as polyaniline or PANI, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) or PEDOT, poles (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate or PEDOT: PSS and polypyrrole or PPY or from formulations based on metallic composites and nanoparticulate inks such as silver Ag, copper Cu, nickel Ni, gold Au or platinum Pt.

Těleso má ve výhodném uspořádání na povrchu podzemní části vytvořeno vybrání s rovnou plochou, ve kterém je natištěn alespoň jeden kapacitní senzor vlhkosti a alespoň jeden odporový senzor teploty. Tím jsou senzory více chráněny v rámci instalace tělesa do zeminy proti případnému mechanickému poškození.In a preferred arrangement, the body has a flat surface recess in which the at least one capacitive humidity sensor and the at least one resistance temperature sensor are printed on the surface of the underground part. This makes the sensors more protected during installation of the body in the ground against possible mechanical damage.

S výhodou je celý povrch podzemní části nebo alespoň její část, kde je natištěn kapacitní senzor vlhkosti půdy, odporový senzor teploty půdy a vodivé dráhy, překryt ochrannou vrstvou proti otěru a pro elektrickou a bariérovou izolaci vůči okolí.Preferably, the entire surface of the underground part or at least a part thereof, where the capacitive soil moisture sensor, the soil resistance sensor and the conductive path are printed, is covered with a protective layer against abrasion and for electrical and barrier insulation to the surroundings.

Řídicí jednotka, radiokomunikační modul s anténou a alespoň jeden digitální senzor relativní vlhkosti a teploty vzduchu jsou ve výhodném uspořádání ke sběrnici odnímatelně připojené pomocí pružných kontaktů.The control unit, the radio communication module with the antenna and the at least one digital relative humidity and air temperature sensor are in a preferred arrangement removably connected to the bus by means of flexible contacts.

Podzemní část tělesa má s výhodou výšku od 10 do 100 cm a nadzemní část tělesa má výšku od 20 do 250 cm. V jednom výhodném provedení je podzemní část tělesa rozdělena do tří zón, kde první zóna je umístěna do 30 cm pod rozhraním mezi podzemní částí tělesa a nadzemní částí tělesa a obsahuje první tištěný kapacitní senzor vlhkosti půdy a první tištěný odporový senzor teploty půdy. Druhá zóna je umístěna od 30 do 60 cm pod rozhraním a obsahuje druhý tištěný kapacitní senzor vlhkosti půdy a druhý tištěný odporový senzor teploty půdy. Třetí zóna je umístěna od 60 do 90 cm pod rozhraním a obsahuje třetí tištěný kapacitní senzor vlhkosti půdy a třetí tištěný odporový senzor teploty půdy.The underground part of the body preferably has a height of 10 to 100 cm and the above-ground part of the body has a height of 20 to 250 cm. In one preferred embodiment, the underground body portion is divided into three zones, wherein the first zone is located within 30 cm below the interface between the underground body portion and the aboveground body portion and includes a first printed capacitive soil moisture sensor and a first printed resistance soil temperature sensor. The second zone is located 30 to 60 cm below the interface and contains a second printed capacitive soil moisture sensor and a second printed resistance soil temperature sensor. The third zone is located 60 to 90 cm below the interface and contains a third printed capacitive soil moisture sensor and a third printed resistance soil temperature sensor.

- 2 CZ 309063 B6- 2 CZ 309063 B6

Ve výhodném provedení je nadzemní část tělesa rozdělena do dvou zón, kde první zóna je uspořádána do 30 cm nad rozhraním a obsahuje řídicí jednotku a první digitální senzor relativní vlhkosti a teploty vzduchu a druhá zóna je uspořádána od 30 do 60 cm nad rozhraním a obsahuje druhý digitální senzor relativní vlhkosti a teploty vzduchu a radiokomunikační modul s anténou.In a preferred embodiment, the above-ground part of the body is divided into two zones, where the first zone is arranged 30 cm above the interface and comprises a control unit and a first digital relative humidity and temperature sensor and the second zone is arranged 30 to 60 cm above the interface digital relative humidity and air temperature sensor and radio communication module with antenna.

Těleso je s výhodou v místě natištění tiskových vrstev předupraveno alespoň jednou technikou ze skupiny: broušení, hoblování, frézování, vrtání, lakování, penetrace ponorem, sprejování, tisk.The body is preferably pretreated at the location of the printing layers by at least one technique from the group: grinding, planing, milling, drilling, painting, immersion penetration, spraying, printing.

Tiskové vrstvy nadzemní části a tiskové vrstvy podzemní části mají s výhodou distanční mezeru mezi vodivými drahami podzemní části a sběrnicí nadzemní části.The printing layers of the above-ground part and the printing layers of the underground part preferably have a spacer gap between the conductive paths of the underground part and the bus of the above-ground part.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob výroby systému pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy s bezdrátovým přenosem dat popsaného výše. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že se na povrch podzemní části tělesa z biodegradabilního materiálu na bázi celulózy natiskne alespoň jeden kapacitní senzor vlhkosti půdy, alespoň jeden odporový senzor teploty půdy, vodivé dráhy vedoucí ke kapacitnímu senzoru vlhkosti půdy a odporovému senzoru teploty půdy, a současně se v tom samém kroku na povrch nadzemní části natiskne alespoň jedna sběrnice pro přenos dat: Tisk se provádí tiskovými technikami ze skupiny: sítotisk, šablonový tisk, flexotisk, tampónový tisk, injektový tisk, aerosol jet printing, mikrodispensing, mikrosprej. S výhodou se povrch tělesa před tiskem předupraví alespoň jednou technikou ze skupiny: broušení, hoblování, frézování, vrtání, lakování, penetrace ponorem, sprejování, tisk. Dále se těleso s natištěným kapacitním senzorem vlhkosti půdy, odporovým senzorem teploty půdy, vodivými drahami a sběrnicí překryje ochrannou vrstvou proti otěru a pro elektrickou a bariérovou izolaci vůči okolí.The invention also relates to a method of manufacturing a system for measuring temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission described above. The present invention provides at least one capacitive soil moisture sensor, at least one resistance soil temperature sensor, conductive paths leading to a capacitive soil moisture sensor and a soil resistance temperature sensor to be printed on the surface of the subsoil of the cellulosic biodegradable material. At the same time, at least one bus for data transmission is printed on the surface of the above-ground part in the same step: Printing is performed by printing techniques from the group: screen printing, stencil printing, flexographic printing, pad printing, injection printing, aerosol jet printing, microdispensing, microspray Preferably, the surface of the body is pretreated before printing with at least one technique from the group: grinding, planing, milling, drilling, painting, immersion penetration, spraying, printing. Furthermore, the body with printed capacitive soil moisture sensor, resistance soil temperature sensor, conductive tracks and bus is covered with a protective layer against abrasion and for electrical and barrier insulation to the environment.

Výhody systému a způsobu jeho výroby pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy podle tohoto vynálezu spočívají zejména v tom, že současně umožňuje pomocí vhodné elektronické jednotky bezdrátový přenos dat, představuje ekologickou alternativu známým půdním senzorům, poskytuje přesná data o obsahu vody v půdě, teplotě půdy a jeho výroba je navíc časově i ekonomicky výhodná.The advantages of the system and its production method for measuring air and soil temperature and humidity according to the invention are in particular that it also enables wireless data transmission by means of a suitable electronic unit, represents an ecological alternative to known soil sensors, provides accurate data on soil water content, temperature land and its production is also time-efficient and economically advantageous.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:The present invention will be further elucidated in the following figures, where:

obr. 1 znázorňuje pohled na systém pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy, obr. 2 znázorňuje pohled nátiskové vrstvy na tělese, obr. 3 znázorňuje pohled na těleso na bázi dřeva se senzory a vodivými dráhami, obr. 4 znázorňuje pohled na těleso na bázi dřeva se senzory a vodivými dráhami, obr. 5 znázorňuje pohled na těleso na bázi dřeva se senzory a vodivými dráhami, obr. 6 znázorňuje pohled na těleso na bázi papíru se senzory a vodivými dráhami, obr. 7 znázorňuje pohled na vybrání v tělese na bázi papíru se senzory a vodivými dráhami.Fig. 1 shows a view of a system for measuring temperature and humidity of air and soil, Fig. 2 shows a view of a proof layer on a body, Fig. 3 shows a view of a wood-based body with sensors and conductive paths, Fig. 4 shows a view of the body on Fig. 5 shows a view of a wood-based body with sensors and conductive paths, Fig. 6 shows a view of a paper-based body with sensors and conductive paths, Fig. 7 shows a view of a recess in the body. paper base with sensors and conductive paths.

-3CZ 309063 B6-3GB 309063 B6

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Příklad 1Example 1

Ze sušeného smrkového dřeva byl připraven hranol o šířce 146 mm, tloušťce 18,5 mm a délce 170 cm s povrchem opracovaným hoblováním a celoplošně opatřeným ochranným voděodolným transparentním lakem. Jeden konec hranolu byl upraven do špičky šikmým řezem pod úhlem 45° usnadňujícím pozdější instalaci, tedy zatlačování do zeminy, tedy půdy 3. Takto připravený dřevěný hranol tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Jak je znázorněno na obr. 1, celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 60 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 110 cm. Jedna z čelních stran tělesa 2 o šířce 146 mm byla zvolena jako plocha pro tisk senzorových elementů, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen třemi zónami 14. 15. 16 ve směru podélné osy hranolu: první zóna 16 v délce 20 cm od zkosené špičky tělesa 2, druhá zóna 15 a třetí zóna 14 přímo navazující na druhou zónu opět v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15, 16 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4', 4” vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5', 5'' teploty půdy 3, jak je znázorněno na obr. 2 a obr. 3.A prism with a width of 146 mm, a thickness of 18.5 mm and a length of 170 cm with a surface treated by planing and provided with a protective water-resistant transparent varnish was prepared from dried spruce wood. One end of the prism was trimmed into the tip at an angle of 45 ° to facilitate later installation, ie pushing into the soil 3. The wooden prism thus prepared formed the basic supporting body 2 of the soil probe or system 1 for measuring air and soil temperature and humidity 3. As shown in Fig. 1, the whole body 2 was formed by two imaginary parts: an underground part 8 intended for installation in the ground 3 60 cm long from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and the directly adjoining ground part 9 in the remaining length 110 cm . One of the front sides of the body 2 with a width of 146 mm was chosen as the area for printing the sensor elements, i.e. the capacitive sensor 4 soil moisture 3 and the resistance sensor 5 soil temperature 3 and the connecting conductive paths 10. The printing motif of the capacitive sensor 4 soil moisture 3, the resistance sensor 5 of the soil temperature 3 and the connecting conductive paths 10 was formed in the underground part 8 by three zones 14. 15. 16 in the direction of the longitudinal axis of the prism: first zone 16 20 cm long from the bevelled tip 2, second zone 15 and third zone 14 directly adjacent to the second zone again in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, 16 the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged next to each other in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive sensor 4, 4 ', 4 "of soil moisture 3 and a resistance temperature sensor 5, 5', 5 ''. soil 3, as shown in Fig. 2 and Fig. 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen dvojicí obdélníkových vodivých ploch o délce 100 mm a šířce 10 mm uspořádaných paralelně vedle sebe ve vzdálenosti 5 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 400 pm, délce 2000 mm natištěnou v ploše 100 mm x 15 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1500 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah JO byl realizován pomocí techniky sítotisk za použití šablony se sítotiskovou tkaninou 55 vláken/cm. Jako tisková formulace byla použita pasta na bázi grafitu. Tisk byl realizován ve dvou průchodech v režimu mokrá do suché s mezisušením pod IR sušákem. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 15 minut. Celý tiskový motiv podzemní části 8 vyjma kontaktních ploch byl následně přetištěn technikou sítotisk pomocí nevodivé tiskové formulace na bázi acetátu celulózy, a to ve dvou průchodech s mezisušením. Pro tisk byla použita šablona se sítotiskovou tkaninou 55 vláken/cm a tisk byl sušen při 100 °C po dobu 15 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of a pair of rectangular conductive surfaces with a length of 100 mm and a width of 10 mm arranged parallel to each other at a distance of 5 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 400 μm, a length of 2000 mm printed in an area of 100 mm x 15 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a thermal resistance coefficient TKR = 1500 ppm / ° C. The printing of all structures, ie the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths JO, was carried out using the screen printing technique using a template with a screen printing fabric of 55 fibers / cm. Graphite-based paste was used as the printing formulation. The printing was carried out in two passes in wet-on-dry mode with intermediate drying under an IR dryer. The resulting print was dried at 120 ° C for 15 minutes. The entire printing motif of the underground part 8, except for the contact surfaces, was subsequently screen-printed using a non-conductive printing formulation based on cellulose acetate, in two passes with intermediate drying. A 55 fiber / cm screen printing stencil was used for printing and the print was dried at 100 ° C for 15 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 5 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa 2 ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 5 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose the conductive paths 10 9 bodies 2 at a distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů řídicí j ednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of the control unit 6 then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a source of electrical energy for the whole system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení radiokomunikačního modulu 7 s anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenos naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. SoučástíIn the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, a bus 11 with a width of 5 mm terminated 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect the radio communication module 7 to the antenna 12 and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located at the top of the body 2 and ensures the transmission of the measured data via the LPWAN network LoRa. Included

-4CZ 309063 B6 radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.-4GB 309063 B6 radio communication module 7 is also an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

Příklad 2Example 2

Ze sušeného modřínového dřeva byl připraven hranol o šířce 95 mm, tloušťce 19 mm a délce 170 cm s povrchem opracovaným hoblováním a celoplošně opatřeným ochranným voděodolným transparentním lakem na bázi nitrocelulózy. Jak je znázorněno na obr. 4 konec hranolu byl upraven do centrované špičky šikmými řezy pod úhlem 45° usnadňujícím pozdější instalaci, tedy zatlačování do zeminy, tedy půdy 3. Takto připravený dřevěný hranol tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 120 cm. Jedna z čelních stran tělesa 2 o šířce 95 mm byla zvolena jako plocha pro tisk senzorových elementů, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14. 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3,jak je znázorněno na obr. 4.A prism with a width of 95 mm, a thickness of 19 mm and a length of 170 cm was prepared from dried larch wood, with a surface treated by planing and provided with a protective water-resistant transparent varnish based on nitrocellulose. As shown in Fig. 4, the end of the prism was adjusted to the centered tip by oblique cuts at an angle of 45 ° facilitating later installation, ie pushing into the soil 3. The wooden prism thus prepared formed the basic supporting body 2 of the soil probe or temperature measuring system 1. and air and soil moisture 3. The whole body 2 was formed by two imaginary parts: an underground part 8 intended for installation in the soil 3 at a length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and a directly adjoining above-ground part 9 at a remaining length of 120 cm. One of the front sides of the body 2 with a width of 95 mm was chosen as the surface for printing the sensor elements, i.e. the capacitive sensor 4 soil moisture 3 and the resistance sensor 5 soil temperature 3 and the connecting conductive paths 10. The printing motif of the capacitive sensor 4 soil moisture 3, the resistance sensor 5 the temperature of the soil 3 and the connecting conductive paths 10 was formed in the underground part 8 by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, the printing motif each contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3, as shown in FIG. 4.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o výšce 100 mm a šířce 30 mm, kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 400 pm, délce 6000 mm natištěnou v ploše 120 mm x 30 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1200 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky sítotisk za použití šablony se sítotiskovou tkaninou 43 vláken/cm. Jako tisková formulace byla použita uhlíková formulace na bázi grafénových částic. Tisk byl realizován ve dvou průchodech v režimu mokrá do suché s mezisušením pod IR sušákem. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 20 minut. Celý tiskový motiv podzemní části 8 vyjma kontaktních ploch byl přetištěn technikou sítotisk pomocí tiskové formulace na bázi polyurethanu, a to ve dvou průchodech s mezisušením. Pro tisk byla použita šablona se sítotiskovou tkaninou 77 vláken/cm a tisk byl sušen při 110 °C po dobu 20 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes 100 mm high and 30 mm wide, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 400 μm, a length of 6000 mm printed in an area of 120 mm x 30 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a thermal resistance coefficient TKR = 1200 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths 10, was realized by screen printing using a template with a screen printing fabric 43 fibers / cm. A graphene particle carbon formulation was used as the printing formulation. The printing was carried out in two passes in wet-on-dry mode with intermediate drying under an IR dryer. The resulting print was dried at 120 ° C for 20 minutes. The entire printing motif of the underground part 8, with the exception of the contact surfaces, was screen-printed using a polyurethane-based printing formulation in two passes with intermediate drying. A stencil with a screen printing fabric of 77 fibers / cm was used for printing and the print was dried at 110 ° C for 20 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 5 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa 2 ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 5 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose the conductive paths 10 9 bodies 2 at a distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů nezobrazené řídicí jednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a nezobrazený digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of a control unit 6 (not shown) then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a power supply for the entire system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 (not shown) for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, nezobrazené sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení nezobrazeného radiokomunikačního modulu 7 s nezobrazenou anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenosIn the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, 5 mm wide buses 11 (not shown) terminated 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect the not shown radio communication module 7 with the not shown antenna 12 and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located on top of the body 2 and provides transmission

-5CZ 309063 B6 naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. Součástí radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.-5GB 309063 B6 measured data using the LoWa LPWAN network. The radio communication module 7 also includes an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

Příklad 3Example 3

Ze sušeného borového dřeva byl připraven hranol o šířce 95 mm, tloušťce 19 mm a délce 170 cm s povrchem opracovaným hoblováním a celoplošně opatřeným ochranným voděodolným transparentním lakem na bázi nitrocelulózy. Jak je znázorněno na obr. 5 konec hranolu byl upraven do centrované špičky šikmými řezy pod úhlem 45° usnadňujícím pozdější instalaci, tedy zatlačování do zeminy, tedy půdy 3. Takto připravený dřevěný hranol tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 120 cm. Jedna z čelních stran tělesa 2 o šířce 95 mm byla zvolena jako plocha pro tisk senzorových elementů, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14. 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3.A prism with a width of 95 mm, a thickness of 19 mm and a length of 170 cm was prepared from dried pine wood, with a surface treated by planing and provided with a protective water-resistant transparent varnish based on nitrocellulose. As shown in Fig. 5, the end of the prism was adjusted to the centered tip by oblique cuts at an angle of 45 ° facilitating later installation, ie pushing into the soil 3. The wooden prism thus prepared formed the basic supporting body 2 of the soil probe or temperature measuring system 1 and air and soil moisture 3. The whole body 2 was formed by two imaginary parts: an underground part 8 intended for installation in the soil 3 at a length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and a directly adjoining above-ground part 9 at a remaining length of 120 cm. One of the front sides of the body 2 with a width of 95 mm was chosen as the surface for printing the sensor elements, i.e. the capacitive sensor 4 soil moisture 3 and the resistance sensor 5 soil temperature 3 and the connecting conductive paths 10. The printing motif of the capacitive sensor 4 soil moisture 3, the resistance sensor 5 the temperature of the soil 3 and the connecting conductive paths 10 was formed in the underground part 8 by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o délce 100 mm a šířce 30 mm kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 400 pm, délce 4500 mm natištěnou v ploše 120 mm x 30 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1500 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky sítotisk za použití šablony se sítotiskovou tkaninou 55 vláken/cm. Jako tisková formulace byla použita pasta na bázi grafitu. Tisk byl realizován ve dvou průchodech v režimu mokrá do suché s mezisušením pod IR sušákem. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 15 minut. Celý tiskový motiv podzemní části 8 vyjma kontaktních ploch byl následně přetištěn technikou sítotisk pomocí nevodivé tiskové formulace na bázi acetátu celulózy, a to ve dvou průchodech s mezisušením. Pro tisk byla použita šablona se sítotiskovou tkaninou 77 vláken/cm a tisk byl sušen při 100 °C po dobu 15 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes with a length of 100 mm and a width of 30 mm, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 400 μm, a length of 4500 mm printed in an area of 120 mm x 30 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a thermal resistance coefficient TKR = 1500 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths 10, was realized by screen printing using a template with a screen printing fabric 55 fibers / cm. Graphite-based paste was used as the printing formulation. The printing was carried out in two passes in wet-on-dry mode with intermediate drying under an IR dryer. The resulting print was dried at 120 ° C for 15 minutes. The entire printing motif of the underground part 8, except for the contact surfaces, was subsequently screen-printed using a non-conductive printing formulation based on cellulose acetate, in two passes with intermediate drying. A stencil with a screen printing fabric of 77 fibers / cm was used for printing and the print was dried at 100 ° C for 15 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 5 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa 2 ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 5 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose the conductive paths 10 9 bodies 2 at a distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů nezobrazené řídicí jednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a nezobrazený digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of a control unit 6 (not shown) then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a power supply for the entire system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 (not shown) for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, nezobrazené sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení nezobrazeného radiokomunikačního modulu 7 s nezobrazenou anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenosIn the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, 5 mm wide buses 11 (not shown) terminated 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect the not shown radio communication module 7 with the not shown antenna 12 and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located on top of the body 2 and provides transmission

-6CZ 309063 B6 naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. Součástí radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.-6GB 309063 B6 measured data using the LoWa LPWAN network. The radio communication module 7 also includes an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

Příklad 4Example 4

Byla použita silnostěnná papírová trubka o průměru 50 mm, o délce 160 cm, se sílou stěny 4 mm. Papírová trubka byla ponorem do laku z acetátu celulózy opatřena krycí vrstvou. Daná sonda na bázi papírové trubky vyžaduje před instalací do země vytvořit instalační otvor kůlem o průměru cca 50 mm. Konec trubky byl upraven řezem do špičky pod úhlem 60° usnadňujícím pozdější instalaci při zatlačování do půdy 3, jak je znázorněno na obr. 6. Takto připravený trubkový profil tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 110 cm. Protože se jednalo o válcovitý objekt, byl tiskový motiv realizován na obvodu trubky, kdy rozvinuty tiskový motiv měl šířku cca 110 mm. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14, 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14. 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3.A thick-walled paper tube with a diameter of 50 mm, a length of 160 cm and a wall thickness of 4 mm was used. The paper tube was coated with a cellulose acetate varnish. The given probe based on a paper tube requires to create an installation hole with a pole with a diameter of about 50 mm before installation in the ground. The end of the pipe was cut to the tip at an angle of 60 ° to facilitate later installation when pushing into the soil 3, as shown in Fig. 6. The pipe profile prepared in this way formed the basic support body 2 of the soil probe or system 1 for measuring air and soil 3. The whole body 2 was formed by two imaginary parts: the underground part 8 intended for installation in the soil 3 in the length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and the directly adjoining above-ground part 9 in the remaining length of 110 cm. Because it was a cylindrical object, the printing motif was realized on the perimeter of the tube, when the developed printing motif was about 110 mm wide. The printing motif of the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5 and the connecting conductive paths 10 in the underground part 8 was formed by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14. 15, the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o výšce 100 mm a šířce 30 mm, kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 600 pm. délce 2000 mm natištěnou v ploše 120 mm x 20 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1200 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky sítotisk za použití šablony se sítotiskovou tkaninou 55 vláken/cm. Jako tisková formulace byla použita pasta na bázi grafénových částic. Tisk byl realizován na sítotiskovém stroji umožňující tisk na otáčející se válcovité předměty. Tiskový motiv byl rozdělen podélně na dvě zóny po cca 76 cm a tisk byl realizován v jednom průchodu. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 20 minut. Celý tiskový motiv podzemní části 8 vyjma kontaktních ploch byl přelakován sprejováním pomocí formulace na bázi polyurethanu. Lak byl sušen při 110 °C po dobu 20 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes 100 mm high and 30 mm wide, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conducting path 10 of meander shape with a width of 600 μm. 2000 mm long printed in an area of 120 mm x 20 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a thermal resistance coefficient TKR = 1200 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths 10, was realized by screen printing using a template with a screen printing fabric 55 fibers / cm. Graphene particle paste was used as the printing formulation. The printing was performed on a screen printing machine enabling printing on rotating cylindrical objects. The printing motif was divided longitudinally into two zones of about 76 cm and the printing was realized in one pass. The resulting print was dried at 120 ° C for 20 minutes. The entire printing motif of the underground part 8, except for the contact surfaces, was repainted by spraying using a polyurethane-based formulation. The lacquer was dried at 110 ° C for 20 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 5 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa 2 ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 5 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose the conductive paths 10 9 bodies 2 at a distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů nezobrazené řídicí jednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a nezobrazený digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of a control unit 6 (not shown) then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a power supply for the entire system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 (not shown) for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, nezobrazené sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení nezobrazeného radiokomunikačního modulu 7 s nezobrazenou anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenos naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. Součástí radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.In the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, 5 mm wide buses 11 (not shown) terminated 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect the not shown radio communication module 7 with the not shown antenna 12 and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located at the top of the body 2 and ensures the transmission of the measured data via the LPWAN network LoRa. The radio communication module 7 also includes an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

-7 CZ 309063 B6-7 CZ 309063 B6

Příklad 5Example 5

Byla použita silnostěnná papírová trubka o průměru 50 mm, o délce 160 cm, se sílou stěny 4 mm. Papírová trubka byla ponorem do laku z polyurethanu PUR opatřena krycí vrstvou. Daná sonda na bázi papírové trubky vyžaduje před instalací do země vytvořit instalační otvor kůlem o průměru cca 50 mm. Konec trubky byl upraven řezem do špičky pod úhlem 60° usnadňujícím pozdější instalaci při zatlačování do půdy 3, obdobně jako na obr. 6. Takto připravený trubkový profil tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 110 cm. Protože se jednalo o válcovitý objekt, byl tiskový motiv realizován na obvodu trubky, kdy rozvinuty tiskový motiv měl šířku cca 110 mm. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propoj ovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14, 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3.A thick-walled paper tube with a diameter of 50 mm, a length of 160 cm and a wall thickness of 4 mm was used. The paper tube was provided with a cover layer by immersion in PUR polyurethane varnish. The given probe based on a paper tube requires to create an installation hole with a pole with a diameter of about 50 mm before installation in the ground. The end of the pipe was trimmed into the tip at an angle of 60 ° to facilitate later installation when pushing into the soil 3, similar to Fig. 6. The pipe profile prepared in this way formed the basic supporting body 2 of the soil probe or system 1 for measuring air and soil temperature The whole body 2 was formed by two imaginary parts: the underground part 8 intended for installation in the soil 3 in the length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and the directly adjoining above-ground part 9 in the remaining length of 110 cm. Because it was a cylindrical object, the printing motif was realized on the perimeter of the tube, when the developed printing motif was about 110 mm wide. The printing motif of the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5 and the connecting conductive tracks 10 in the underground part 8 was formed by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o výšce 100 mm a šířce 30 mm, kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 500 pm, délce 2500 mm natištěnou v ploše 100 mm x 25 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1200 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky mikrodispenzing za použití trysky s průměrem 350 pm, tlakem 300 kPa a tiskovou rychlostí 1200 mm/minutu. Pro tisk musela být vytvořena 3D data s ohledem na tvar trubky, kdy pro jedné stranu trubky byla vytvořena data pro odporové senzory 5, 5' teploty půdy 3 a vodivé dráhy 10 až na vrchol trubky a na protější straně byly kapacitní senzory 4, 4' vlhkosti půdy 3 a vodivé dráhy 10 na vrchol trubky. Jako tisková formulace byla použita pasta na bázi grafénu. Tisk byl realizován jedním průchodem na každou polovinu trubky, zasušen a pak bylo tištěno na druhou polovinu. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 30 minut. Celý tiskový motiv senzoru vyjma kontaktních ploch byl převrstven ponorem pomocí formulace na bázi PUR a nános byl sušen při 100 °C po dobu 15 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes 100 mm high and 30 mm wide, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 500 μm, a length of 2500 mm printed in an area of 100 mm x 25 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a thermal resistance coefficient TKR = 1200 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5 and the conductive paths 10, was carried out by microdispensing using a nozzle with a diameter of 350 μm, a pressure of 300 kPa and a printing speed of 1200 mm / minute. For printing, 3D data had to be created with respect to the shape of the pipe, where for one side of the pipe data were created for resistance sensors 5, 5 'of soil temperature 3 and conductive paths 10 up to the top of the pipe and on the opposite side were capacitive sensors 4, 4'. soil moisture 3 and conductive path 10 to the top of the pipe. Graphene-based paste was used as the printing formulation. The printing was done in one pass for each half of the tube, dried and then printed on the other half. The resulting print was dried at 120 ° C for 30 minutes. The entire printing motif of the sensor, except for the contact surfaces, was dip-coated with a PUR-based formulation and the coating was dried at 100 ° C for 15 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 8 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 8 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose 9 bodies in the distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů řídicí j ednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of the control unit 6 then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a source of electrical energy for the whole system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení radiokomunikačního modulu 7 s anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenos naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. Součástí radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.In the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, a bus 11 with a width of 5 mm terminated 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect the radio communication module 7 to the antenna 12 and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located at the top of the body 2 and ensures the transmission of the measured data via the LPWAN network LoRa. The radio communication module 7 also includes an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

-8CZ 309063 B6-8CZ 309063 B6

Příklad 6Example 6

Ze sušeného smrkového dřeva byl připraven hranol o šířce 96 mm, tloušťce 18,5 mm a délce 170 cm s povrchem opracovaným hoblováním a celoplošně opatřeným ochranným voděodolným transparentním lakem na bázi nitrocelulózy. Konec hranolu byl upraven do centrované špičky šikmými řezy pod úhlem 45° usnadňujícím pozdější instalaci, tedy zatlačování do zeminy, tedy půdy 3. Takto připravený dřevěný hranol tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 120 cm. Jedna z čelních stran tělesa 2 o šířce 96 mm byla zvolena jako plocha pro tisk senzorových elementů, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10. Podzemní část 8 hranolu byla pomocí frézy v zóně 20 mm nad špičkou a 20 mm pod koncem podzemní části 8 zfrézována o 3 mm oproti rovině dané strany hranolu pro vytvoření vybrání 19. s náběžnou hranou pod úhlem 45°, jak je znázorněno na obr. 7. Tím jsou senzorové elementy více chráněny v rámci instalace tělesa 2 do půdy 3 proti případnému mechanickému poškození. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14. 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3.A prism with a width of 96 mm, a thickness of 18.5 mm and a length of 170 cm was prepared from dried spruce wood, with a surface treated by planing and provided with a protective water-resistant transparent varnish based on nitrocellulose. The end of the prism was adjusted to the centered tip by oblique cuts at an angle of 45 ° facilitating later installation, ie pushing into the soil 3. The wooden prism thus prepared formed the basic supporting body 2 of the soil probe or system 1 for measuring air and soil temperature and humidity 3. The whole body 2 was formed by two imaginary parts: the underground part 8 intended for installation in the soil 3 in the length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and the directly adjoining above-ground part 9 in the remaining length of 120 cm. One of the front sides of the body 2 with a width of 96 mm was chosen as the surface for printing sensor elements, ie capacitive sensor 4 soil moisture 3 and resistance sensor 5 soil temperature 3 and connecting conductive paths 10. The underground part 8 of the prism was above the tip and 20 mm below the end of the underground part 8 milled by 3 mm against the plane of the given side of the prism to form a recess 19 with a leading edge at an angle of 45 °, as shown in Fig. 7. 2 into the soil 3 against possible mechanical damage. The printing motif of the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5 and the connecting conductive paths 10 was formed in the underground part 8 by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o výšce 100 mm a šířce 30 mm, kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 800 pm, délce 1875 mm natištěnou v ploše 120 mm x 25 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1700 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky inkjet za použití tiskových hlav XAAR a rozlišení 360 dpi. Tisková hlava byla 1 mm od nejvyššího bodu hranolu. Jako tisková formulace byl použit inkoust na bázi globulámích nanočástic s SWCNT v poměru 100:1. Tisk byl realizován dvěma průchody v režimu mokrá do mokré. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 15 minut. Celý tiskový motiv systému 1 vyjma kontaktních ploch byl převrstven sprej ovým nanášením pomocí formulace na bázi acetátu celulózy a nános byl sušen při 100 °C po dobu 20 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes 100 mm high and 30 mm wide, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 800 μm, a length of 1875 mm printed in an area of 120 mm x 25 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a temperature coefficient of electrical resistance TKR = 1700 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths 10, was realized by means of the inkjet technique using XAAR printheads and a resolution of 360 dpi. The print head was 1 mm from the highest point of the prism. Globe nanoparticle ink with SWCNT in a ratio of 100: 1 was used as the printing formulation. The printing was done in two passes in wet-on-wet mode. The resulting print was dried at 120 ° C for 15 minutes. The entire printing motif of system 1, except the contact surfaces, was spray-coated with a cellulose acetate formulation and the coating was dried at 100 ° C for 20 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 8 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 8 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose 9 bodies in the distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů nezobrazené řídicí jednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a nezobrazený digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of a control unit 6 (not shown) then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a power supply for the entire system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 (not shown) for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, nezobrazené sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení nezobrazeného radiokomunikačního modulu 7 s nezobrazenou anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenos naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. Součástí radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.In the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, 5 mm wide busbars 11 shown 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect a radiocommunication module 7 (not shown) with an antenna 12 (not shown) and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located at the top of the body 2 and ensures the transmission of the measured data via the LPWAN network LoRa. The radio communication module 7 also includes an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

-9CZ 309063 B6-9CZ 309063 B6

Příklad 7Example 7

Ze sušeného modřínového dřeva byl připraven hranol o šířce 95 mm, tloušťce 19 mm a délce 150 cm s povrchem opracovaným hoblováním a celoplošně opatřeným ochranným voděodolným transparentním lakem na bázi nitrocelulózy. Konec hranolu byl upraven do centrované špičky šikmými řezy pod úhlem 45° usnadňujícím pozdější instalaci, tedy zatlačování do zeminy, tedy půdy 3. Takto připravený dřevěný hranol tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 100 cm. Jedna z čelních stran tělesa 2 o šířce 95 mm byla zvolena jako plocha pro tisk senzorových elementů, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10. Podzemní část 8 hranolu byla pomocí frézy v zóně 20 mm nad špičkou a 20 mm pod koncem podzemní části 8 zfrézována o 3 mm oproti rovině dané strany hranolu pro vytvoření vybrání 19. s náběžnou hranou pod úhlem 45°, jak je znázorněno na obr. 7. Tím jsou senzorové elementy více chráněny v rámci instalace tělesa 2 do půdy 3 proti případnému mechanickému poškození. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14. 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3.A prism with a width of 95 mm, a thickness of 19 mm and a length of 150 cm was prepared from dried larch wood, with a surface treated by planing and provided with a protective water-resistant transparent varnish based on nitrocellulose. The end of the prism was adjusted to the centered tip by oblique cuts at an angle of 45 ° facilitating later installation, ie pushing into the soil 3. The wooden prism thus prepared formed the basic supporting body 2 of the soil probe or system 1 for measuring air and soil temperature and humidity 3. The whole body 2 was formed by two imaginary parts: the underground part 8 intended for installation in the soil 3 in the length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and the directly adjoining above-ground part 9 in the remaining length of 100 cm. One of the front sides of the body 2 with a width of 95 mm was chosen as the surface for printing sensor elements, ie capacitive sensor 4 soil moisture 3 and resistance sensor 5 soil temperature 3 and connecting conductive paths 10. The underground part 8 of the prism was above the tip and 20 mm below the end of the underground part 8 milled by 3 mm against the plane of the given side of the prism to form a recess 19 with a leading edge at an angle of 45 °, as shown in Fig. 7. 2 into the soil 3 against possible mechanical damage. The printing motif of the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5 and the connecting conductive paths 10 was formed in the underground part 8 by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o výšce 100 mm a šířce 30 mm, kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 1500 μτη, délce 1200 mm natištěnou v ploše 120 mm x 30 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1700 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky mikrospreje za použití trysky s průměrem 150 pm, tlakem 400 kPa a tiskovou rychlostí 1200 mm/minutu. Pro tisk musela být vytvořena 3D data s ohledem na povahu frézovaného povrchu a aby trysky byly stále ve stejné vzdálenosti, tj. 1 mm nad povrchem od nejvyššího bodu hranolu. Jako tisková formulace byl použit inkoust na bázi globulámích nanočástic s SWCNT v poměru 100:1. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 30 minut. Celý tiskový motiv senzoru vyjma kontaktních ploch byl převrstven sprejovým nanášením pomocí formulace na bázi PUR a nános byl sušen při 100 °C po dobu 15 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes 100 mm high and 30 mm wide, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 1500 μτη, a length of 1200 mm printed in an area of 120 mm x 30 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a temperature coefficient of electrical resistance TKR = 1700 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths 10, was realized by microspray using a nozzle with a diameter of 150 μm, a pressure of 400 kPa and a printing speed of 1200 mm / minute. For the printing, 3D data had to be created with respect to the nature of the milled surface and that the nozzles were always at the same distance, ie 1 mm above the surface from the highest point of the prism. Globe nanoparticle ink with SWCNT in a ratio of 100: 1 was used as the printing formulation. The resulting print was dried at 120 ° C for 30 minutes. The entire print motif of the sensor, except for the contact surfaces, was spray-coated with a PUR-based formulation and the coating was dried at 100 ° C for 15 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 5 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 5 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose the conductive paths 10 9 bodies in the distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů nezobrazené řídicí jednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a nezobrazený digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of a control unit 6 (not shown) then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a power supply for the entire system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 (not shown) for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, nezobrazené sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení nezobrazeného radiokomunikačního modulu 7 s nezobrazenou anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenosIn the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, 5 mm wide busbars 11 shown 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect a radiocommunication module 7 (not shown) with an antenna 12 (not shown) and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located on top of the body 2 and provides transmission

-10CZ 309063 B6 naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. Součástí radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.-10GB 309063 B6 measured data using the LPWAN network LoRa. The radio communication module 7 also includes an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

Příklad 8Example 8

Z recyklované papíroviny byl vytvořen silnostěnný papírový substrát s rozměry o šířce 100 mm, tloušťce 10 mm a délce 160 cm celoplošně opatřeným nástřikem ochranným voděodolným transparentním lakem na bázi acetátu celulózy. Daná sonda na bázi papírového profilu vyžaduje před instalací do země vytvořit instalační otvor kovovým hranolem o rozměrech 100 x 10 mm. Konec profilu byl upraven do centrované špičky šikmými řezy pod úhlem 45° usnadňujícím pozdější instalaci při zatlačování do půdy 3. Takto připravený trubkový profil tvořil základní nosné těleso 2 půdní sondy neboli systému 1 pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy 3. Celé těleso 2 bylo tvořeno dvěma pomyslnými částmi: podzemní částí 8 určenou pro instalaci do půdy 3 v délce 50 cm od zkosené špičky ve směru podélné osy tělesa 2 a přímo navazující nadzemní částí 9 ve zbývající délce 110 cm. Jednaz čelních stran tělesa 2 o šířce 100 mm byla zvolena jako plocha pro tisk senzorových elementů a vodivých propojovacích struktur. Tiskový motiv kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a propojovacích vodivých drah 10 byl v podzemní části 8 tvořen dvěma zónami 14. 15 ve směru podélné osy hranolu. Druhá zóna 15 v délce 30 cm od špičky tělesa 2 a první zóna 14 přímo navazující na druhou zónu v délce 20 cm. V každé zóně 14, 15 obsahoval tiskový motiv vždy dvojici senzorových elementů uspořádaných vedle sebe ve směru příčné osy tělesa 2, tedy kapacitní senzor 4, 4' vlhkosti půdy 3 a odporový senzor 5, 5' teploty půdy 3.A thick-walled paper substrate with dimensions of 100 mm wide, 10 mm thick and 160 cm long was made of recycled pulp by spraying with a protective water-resistant transparent varnish based on cellulose acetate. The given probe based on a paper profile requires to create an installation hole with a metal prism measuring 100 x 10 mm before installation in the ground. The end of the profile was adjusted to the centered tip by oblique cuts at an angle of 45 ° facilitating later installation when pushing into the soil 3. The thus prepared tubular profile formed the basic supporting body 2 of the soil probe or system 1 for measuring air and soil temperature and humidity 3. The whole body 2 was consists of two imaginary parts: an underground part 8 intended for installation in the soil 3 in a length of 50 cm from the bevelled tip in the direction of the longitudinal axis of the body 2 and a directly adjoining above-ground part 9 in the remaining length of 110 cm. One of the front sides of the body 2 with a width of 100 mm was chosen as the surface for printing the sensor elements and conductive interconnecting structures. The printing motif of the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5 and the connecting conductive paths 10 was formed in the underground part 8 by two zones 14, 15 in the direction of the longitudinal axis of the prism. The second zone 15 in the length of 30 cm from the tip of the body 2 and the first zone 14 directly adjoining the second zone in the length of 20 cm. In each zone 14, 15, the printing motif always contained a pair of sensor elements arranged side by side in the direction of the transverse axis of the body 2, i.e. a capacitive soil moisture sensor 4, 4 'and a soil temperature resistance sensor 5, 5' 3.

Kapacitní senzor 4 vlhkosti půdy 3 byl tvořen IDE strukturou s hřebínkovými elektrodami o délce 100 mm a šířce 30 mm kdy celá struktura měla rozměry 100 x 40 mm. Odporový senzor 5 teploty půdy 3 byl tvořen vodivou dráhou 10 meandrového tvaru o šířce 400 pm, délce 4500 mm natištěnou v ploše 120 mm x 30 mm. Vodivá dráha 10 byla natištěna z uhlíkového materiálu s teplotním součinitelem elektrického odporu TKR = 1500 ppm/°C. Tisk všech struktur, tedy kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3 a vodivých drah 10 byl realizován pomocí techniky sítotisk za použití šablony se sítotiskovou tkaninou 55 vláken/cm. Jako tisková formulace byla použita pasta na bázi grafitu. Tisk byl realizován ve dvou průchodech v režimu mokrá do suché s mezisušením pod IR sušákem. Výsledný tisk byl zasušen při 120 °C po dobu 20 minut. Celý tiskový motiv podzemní části 8 vyjma kontaktních ploch byl následně přetištěn technikou sítotisk pomocí nevodivé tiskové formulace na bázi acetátu celulózy, a to ve dvou průchodech s mezisušením. Pro tisk byla použita šablona se sítotiskovou tkaninou 77 vláken/cm a tisk byl sušen při 110 °C po dobu 20 minut.The capacitive soil moisture sensor 4 consisted of an IDE structure with comb electrodes with a length of 100 mm and a width of 30 mm, where the whole structure had dimensions of 100 x 40 mm. The resistance sensor 5 of the soil temperature 3 was formed by a conductive path 10 of meander shape with a width of 400 μm, a length of 4500 mm printed in an area of 120 mm x 30 mm. The conductive path 10 was printed from a carbon material with a thermal resistance coefficient TKR = 1500 ppm / ° C. The printing of all structures, i.e. the capacitive sensor 4 of soil moisture 3, the resistance sensor 5 of soil temperature 3 and the conductive paths 10, was realized by screen printing using a template with a screen printing fabric 55 fibers / cm. Graphite-based paste was used as the printing formulation. The printing was carried out in two passes in wet-on-dry mode with intermediate drying under an IR dryer. The resulting print was dried at 120 ° C for 20 minutes. The entire printing motif of the underground part 8, except for the contact surfaces, was subsequently screen-printed using a non-conductive printing formulation based on cellulose acetate, in two passes with intermediate drying. A stencil with a screen printing fabric of 77 fibers / cm was used for printing and the print was dried at 110 ° C for 20 minutes.

Tiskový motiv v podzemní části 8 zahrnoval současně se senzorovými elementy rovněž vodivé propojovací dráhy 10 o šířce 5 mm zajišťující přenos signálu do řídicí jednotky 6 umístěné v nadzemní části 9 tělesa 2. Za tímto účelem jsou vodivé dráhy 10 svedeny od jednotlivých senzorových elementů do nadzemní části 9 tělesa ve vzdálenosti, resp. výšce 10 cm od dělicí roviny, tedy rozmezí. Vodivé dráhy 10 byly zakončeny kontaktními ploškami s rozměry 5 mm x 5 mm uspořádanými vedle sebe se vzájemnou roztečí 10 mm na čelní straně tělesa 2.The printing motif in the underground part 8 also included, together with the sensor elements, conductive connecting paths 10 with a width of 5 mm ensuring signal transmission to the control unit 6 located in the above-ground part 9 of the body 2. For this purpose the conductive paths 10 9 bodies in the distance, resp. height of 10 cm from the dividing plane, ie the range. The conductive tracks 10 were terminated by contact surfaces measuring 5 mm x 5 mm arranged side by side with a mutual spacing of 10 mm on the front side of the body 2.

Na tyto plošky pak dosedá pole pružných kontaktních elementů řídicí j ednotky 6. Pomocí této řídicí jednotky 6 je měřena elektrická kapacita kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3 a elektrický odpor odporového senzoru 5 teploty půdy. Řídicí jednotka 6 dále obsahuje zdroj elektrické energie pro celý systém 1 a digitální senzor 13 vlhkosti a teploty vzduchu pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu neboli mikroklimatu rostlin.An array of flexible contact elements of the control unit 6 then rests on these surfaces. By means of this control unit 6, the electrical capacity of the capacitive soil humidity sensor 4 and the electrical resistance of the resistance temperature sensor 5 are measured. The control unit 6 further comprises a source of electrical energy for the whole system 1 and a digital humidity and temperature sensor 13 for measuring the temperature and relative humidity of the plants or the microclimate of the plants.

Ve směru podélné osy nadzemní části 9 byly natištěny další vodivé dráhy, sběrnice 11 o šířce 5 mm zakončené 5 mm před koncovou hranou tělesa 2 sloužící pro připojení radiokomunikačního modulu 7 s anténou 12 a jeho napájení elektrickou energií. Radiokomunikační modul 7 je umístěn na vrcholu tělesa 2 a zajišťuje přenos naměřených dat pomocí LPWAN sítě LoRa. SoučástíIn the direction of the longitudinal axis of the above-ground part 9, further conductive paths were printed, a bus 11 with a width of 5 mm terminated 5 mm in front of the end edge of the body 2 used to connect the radio communication module 7 to the antenna 12 and supply it with electricity. The radio communication module 7 is located at the top of the body 2 and ensures the transmission of the measured data via the LPWAN network LoRa. Included

-11 CZ 309063 B6 radiokomunikačního modulu 7 je také elektronický obvod pro měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu.-11 CZ 309063 B6 radio communication module 7 is also an electronic circuit for measuring temperature and relative humidity.

Příklad 9Example 9

Provedení systému 1 je stejné jako v příkladu 9 s tím rozdílem, že jako tiskový substrát neboli těleso 2 byla použita třívrstvá vlnitá lepenka o tloušťce 15 mm, šířce 100 mm a délce 150 cm.The embodiment of the system 1 is the same as in Example 9, with the difference that a three-layer corrugated board with a thickness of 15 mm, a width of 100 mm and a length of 150 cm was used as the printing substrate or body 2.

Příklad 10Example 10

Provedení systému 1 je stejné jako v příkladu 2 s tím rozdílem, že pro tisk kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3, vodivých drah 10 a sběmic 11 byl použit kompozit na bázi stříbrných Ag částic, který vykazuje výrazně vyšší vodivost. Vodivé dráhy 10 a sběrnice 11 byly natištěny v šíři 2 mm.The design of the system 1 is the same as in Example 2, except that a composite based on silver Ag particles, which has a significantly higher conductivity, was used to print the capacitive soil moisture sensor 4, the soil temperature resistance sensor 5, the conductive paths 10 and the busbars 11. . The conductive tracks 10 and the bus 11 were printed in a width of 2 mm.

Příklad 11Example 11

Provedení systému 1 je stejné jako v příkladu 3 s tím rozdílem, že pro tisk kapacitního senzoru 4 vlhkosti půdy 3, odporového senzoru 5 teploty půdy 3, vodivých drah 10 a sběmic 11 byla použita tisková formulace na bázi póly (3,4-ethylendioxythiofenu) polystyrensulfonátu neboli PEDOT:PSS se sušinou 5,5 % hmotn.The design of the system 1 is the same as in Example 3, except that a pole-based printing formulation (3,4-ethylenedioxythiophene) was used to print the capacitive soil moisture sensor 4, the resistance soil temperature sensor 5, the conductive paths 10 and the busbars 11. of polystyrene sulfonate or PEDOT: PSS with a dry matter of 5.5 wt.

Příklad 12Example 12

Provedení systému 1 je stejné jako v příkladu 3 s tím rozdílem, že jako tiskový substrát neboli těleso 2 byly použito douglaskové dřevo.The design of the system 1 is the same as in Example 3, except that Douglas fir wood was used as the printing substrate or body 2.

Příklad 13Example 13

Provedení systému 1 je stejné jako v příkladu 10 s tím rozdílem, že jako tiskový substrát neboli těleso 2 bylo použito dubové dřevo a vodivé vrstvy byly vytištěny na bázi niklové Ni pasty.The design of the system 1 is the same as in Example 10, except that oak wood was used as the printing substrate or body 2 and the conductive layers were printed on the basis of nickel Ni paste.

Příklad 14Example 14

Provedení systému 1 je stejné jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že jako tiskový substrát neboli těleso 2 bylo použito akátové dřevo.The design of the system 1 is the same as in Example 1, except that acacia wood was used as the printing substrate or body 2.

Příklad 15Example 15

Provedení systému i je stejné jako v příkladu 10 s tím rozdílem, že jako tisková technika byl použit flexotisk a stříbrná tisková formulace.The design of system i is the same as in Example 10, except that flexographic printing and silver printing formulation were used as the printing technique.

Příklad 16Example 16

Provedení jako v příkladu 7 s tím rozdílem, že jako tisková technika byl použit tampónový tisk a stříbrná tisková formulace.Execution as in Example 7, except that pad printing and silver printing formulation were used as the printing technique.

Příklad 17Example 17

Provedení jako v příkladu 7 s tím rozdílem, že jako tisková technika byl použit aerosol jet printing a stříbrná tisková formulace na bázi nanočástic stříbra.Execution as in Example 7, except that aerosol jet printing and a silver printing formulation based on silver nanoparticles were used as the printing technique.

-12 CZ 309063 B6-12 CZ 309063 B6

Příklad 18Example 18

Provedení jako v příkladu 10 s tím rozdílem, že byla použita měděná tisková formulace, která 5 následně byla slinuta pomocí fotonického sintrování.The procedure is as in Example 10, except that a copper printing formulation is used, which is subsequently sintered by photonic sintering.

Průmyslová využitelnost ίο Systém pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy s bezdrátovým přenosem dat a způsob jeho výroby lze využít zejména v zemědělství, zahradnictví a pěstování rostlin, tedy při monitorování a sběru dat ve výše uvedených oblastech.Industrial applicability ίο The system for measuring temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and the method of its production can be used mainly in agriculture, horticulture and plant cultivation, ie in monitoring and data collection in the above areas.

Claims (16)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Systém (1) pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy (3) s bezdrátovým přenosem dat, zahrnující alespoň jedno těleso (2) vetknutelné do půdy (3), na kterém je uspořádán alespoň jeden senzor vlhkosti půdy (3) a alespoň jeden senzor teploty půdy (3), dále zahrnuje řídicí jednotku (6), se kterou jsou oba senzory propojeny a radiokomunikační modul (7) spojený s řídicí jednotkou (6), vyznačující se tím, že těleso (2) je vytvořeno z biodegradabilního materiálu na bázi celulózy, má podzemní část (8) a nadzemní část (9), na povrchu podzemní části (8) je uspořádán alespoň jeden tištěný kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy (3), alespoň jeden tištěný odporový senzor (5) teploty půdy (3) a tištěné vodivé dráhy (10) vedoucí ke kapacitnímu senzoru (4) vlhkosti půdy a odporovému senzoru (5) teploty půdy (3), a na povrchu nadzemní části (9) je uspořádána alespoň jedna tištěná sběrnice (11) pro přenos dat, ke které jsou odnímatelně kontaktně připojeny řídicí jednotka (6), radiokomunikační modul (7) s anténou (12) a alespoň jeden digitální senzor (13) relativní vlhkosti a teploty vzduchu.A system (1) for measuring air and soil temperature and humidity (3) with wireless data transmission, comprising at least one body (2) embeddable in the soil (3), on which at least one soil moisture sensor (3) and at least one soil temperature sensor (3), further comprising a control unit (6) to which both sensors are connected and a radio communication module (7) connected to the control unit (6), characterized in that the body (2) is made of a biodegradable material based on cellulose, has an underground part (8) and an above-ground part (9), at least one printed capacitive sensor (4) of soil moisture (3), at least one printed resistance sensor (5) of soil temperature is arranged on the surface of the underground part (8) (3) and printed conductive paths (10) leading to a capacitive soil moisture sensor (4) and a resistance soil temperature sensor (5) (3), and at least one printed bus (11) is arranged on the surface of the above-ground part (9) for transmission data to which the control unit (6), the radio communication module (7) are removably connected in contact with an antenna (12) and at least one digital sensor (13) for relative humidity and air temperature. 2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso (2) je ze dřeva vybraného ze skupiny: smrk, modřín, borovice, douglaska, dub, akát.System according to claim 1, characterized in that the body (2) is made of wood selected from the group: spruce, larch, pine, Douglas fir, oak, acacia. 3. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso (2) je z papíru na bázi vlnité lepenky nebo slisovaného papírového recyklátu.System according to claim 1, characterized in that the body (2) is made of corrugated paper or compressed recycled paper. 4. Systém podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy, odporový senzor (5) teploty půdy a vodivé dráhy (10) jsou vytvořeny jako tiskový motiv vytvořený z formulací na bázi uhlíkových materiálů ze skupiny: grafit, grafen, nanotrubice, saze.System according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the capacitive soil moisture sensor (4), the resistance soil temperature sensor (5) and the conductive paths (10) are formed as a printing motif formed from carbon-based formulations of groups: graphite, graphene, nanotubes, carbon black. 5. Systém podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy, odporový senzor (5) teploty půdy a vodivé dráhy (10) jsou vytvořeny jako tiskový motiv vytvořený z formulací na bázi vodivých polymerů.System according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the capacitive soil moisture sensor (4), the resistance soil temperature sensor (5) and the conductive paths (10) are formed as a printing motif formed from conductive polymer-based formulations. 6. Systém podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy, odporový senzor (5) teploty půdy a vodivé dráhy (10) jsou vytvořeny jako tiskový motiv vytvořený z formulací na bázi metalických kompozitů a nanočásticových inkoustů.System according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the capacitive soil moisture sensor (4), the resistance soil temperature sensor (5) and the conductive paths (10) are formed as a printing motif formed from formulations based on metallic composites and nanoparticulate inks. 7. Systém podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že těleso (2) má na povrchu podzemní části (8) vybrání (19) s rovnou plochou, na které je natištěn alespoň jeden kapacitní senzor (4) vlhkosti a alespoň jeden odporový senzor (5) teploty.System according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the body (2) has recesses (19) on the surface of the underground part (8) with a flat surface on which at least one capacitive humidity sensor (4) and at least one resistance temperature sensor (5). 8. Systém podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že celý povrch podzemní části (8) nebo alespoň její část, kde je natištěn kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy (3), odporový senzor (5) teploty půdy (3) a vodivé dráhy (10), je překryt ochrannou vrstvou proti otěru a pro elektrickou a bariérovou izolaci vůči okolí.System according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the entire surface of the underground part (8) or at least a part thereof where the soil moisture capacitive sensor (4) (3), the soil temperature resistance sensor (5) ( 3) and conductive tracks (10), is covered with a protective layer against abrasion and for electrical and barrier insulation to the surroundings. 9. Systém podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (6), radiokomunikační modul (7) s anténou (12) a alespoň jeden digitální senzor (13) relativní vlhkosti a teploty vzduchu jsou ke sběrnici (11) odnímatelně připojené pomocí pružných kontaktů.System according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the control unit (6), the radio communication module (7) with antenna (12) and at least one digital sensor (13) for relative humidity and air temperature are connected to the bus (11). ) removably connected by means of flexible contacts. 10. Systém podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že podzemní část (8) tělesa (2) má výšku od 10 do 100 cm a nadzemní část (9) tělesa (2) má výšku od 20 do 250 cm.System according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the underground part (8) of the body (2) has a height of 10 to 100 cm and the above-ground part (9) of the body (2) has a height of 20 to 250 cm. 11. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že podzemní část (8) tělesa (2) je rozdělena do tří zón (14, 15, 16), kde první zóna (14) je umístěna do 30 cm pod rozhraním mezi podzemní částí (8) tělesa (2) a nadzemní částí (9) tělesa (2) a obsahuje první tištěný kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy (3) a první tištěný odporový senzor (5) teploty půdy (3), druhá zóna (15) je umístěna od 30 do 60 cm pod rozhraním a obsahuje druhý tištěný kapacitní senzor (4 ) vlhkosti půdy (3) a druhý System according to claim 10, characterized in that the underground part (8) of the body (2) is divided into three zones (14, 15, 16), where the first zone (14) is located within 30 cm below the interface between the underground part (8) body (2) and above-ground part (9) body (2) and comprises a first printed capacitive sensor (4) soil moisture (3) and a first printed resistance sensor (5) soil temperature (3), a second zone (15) is located from 30 to 60 cm below the interface and contains a second printed capacitive sensor (4) soil moisture (3) and a second -14CZ 309063 B6 tištěný odporový senzor (5') teploty půdy (3) a třetí zóna (16) je umístěna od 60 do 90 cm pod rozhraním a obsahuje třetí tištěný kapacitní senzor (4”) vlhkosti půdy (3) a třetí tištěný odporový senzor (5'') teploty půdy (3).-14GB 309063 B6 printed resistance sensor (5 ') of soil temperature (3) and the third zone (16) is located from 60 to 90 cm below the interface and contains a third printed capacitive sensor (4 ”) of soil moisture (3) and a third printed resistance soil temperature sensor (5 ''). 12. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že nadzemní část (9) tělesa (2) je rozdělena do dvou zón (17, 18), kde první zóna (17) je uspořádána do 30 cm nad rozhraním a obsahuje řídicí jednotku (6) a první digitální senzor (13) relativní vlhkosti a teploty vzduchu a druhá zóna (18) je uspořádána od 30 do 60 cm nad rozhraním a obsahuje druhý digitální senzor (13) relativní vlhkosti a teploty vzduchu a radiokomunikační modul (7) s anténou (12).System according to claim 10, characterized in that the above-ground part (9) of the body (2) is divided into two zones (17, 18), where the first zone (17) is arranged up to 30 cm above the interface and comprises a control unit ( 6) and a first digital sensor (13) of relative humidity and temperature and the second zone (18) is arranged from 30 to 60 cm above the interface and comprises a second digital sensor (13) of relative humidity and temperature and a radio communication module (7) with antenna (12). 13. Systém podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že tiskové vrstvy nadzemní části (9) a tiskové vrstvy podzemní části (8) mají distanční mezeru mezi vodivými drahami (10) podzemní části (8) a sběrnicí (12) nadzemní části (9).System according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the printing layers of the above-ground part (9) and the printing layers of the underground part (8) have a distance between the conductive paths (10) of the underground part (8) and the bus (12). above ground parts (9). 14. Způsob výroby systému (1) pro měření teploty a vlhkosti vzduchu i půdy (3) s bezdrátovým přenosem dat charakterizovaného podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že na povrch podzemní části (8) tělesa (2) z biodegradabilního materiálu na bázi celulózy se natiskne alespoň jeden kapacitní senzor (4) vlhkosti půdy (3), alespoň jeden odporový senzor (5) teploty půdy (3), vodivé dráhy (10) vedoucí ke kapacitnímu senzoru (4) vlhkosti půdy (3) a odporovému senzoru (5) teploty půdy (3), a současně se v tom samém kroku na povrch nadzemní části (9) natiskne alespoň jedna sběrnice (11) pro přenos dat, přičemž tisk se provádí tiskovými technikami ze skupiny: sítotisk, šablonový tisk, flexotisk, tampónový tisk, injektový tisk, aerosol jet printing, mikrodispensing, mikrosprej.A method of manufacturing a system (1) for measuring temperature and humidity of air and soil (3) with wireless data transmission, characterized according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a biodegradable body (2) on the surface of the underground part (8) at least one soil moisture capacitive sensor (4), at least one soil temperature resistance sensor (5) (3), conductive paths (10) leading to the soil moisture capacitive sensor (4) are printed, and soil resistance sensor (5) (3), and at the same time at least one bus (11) for data transmission is printed on the surface of the above-ground part (9) in the same step, the printing being performed by printing techniques from the group: screen printing, stencil printing, flexographic printing, pad printing, injection printing, aerosol jet printing, microdispensing, microspray. 15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že se povrch tělesa (2) před tiskem předupraví alespoň jednou technikou ze skupiny: broušení, hoblování, frézování, vrtání, lakování, penetrace ponorem, sprej ování, tiskem.Method according to claim 14, characterized in that the surface of the body (2) is pretreated before printing by at least one technique from the group: grinding, planing, milling, drilling, painting, immersion penetration, spraying, printing. 16. Způsob podle nároku 14 nebo 15, vyznačující se tím, že se těleso (2) s natištěným kapacitním senzorem (4) vlhkosti půdy (3), odporovým senzorem (5) teploty půdy (3), vodivými drahami (10) a sběrnicí (11) překryje ochrannou vrstvou proti otěru a pro elektrickou a bariérovou izolaci vůči okolí.Method according to Claim 14 or 15, characterized in that the housing (2) with a printed capacitive soil moisture sensor (4) (3), a resistance soil temperature sensor (5) (3), conductive paths (10) and a bus (11) covers with a protective layer against abrasion and for electrical and barrier insulation to the surroundings.
CZ2020464A 2020-08-20 2020-08-20 System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it CZ309063B6 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020464A CZ309063B6 (en) 2020-08-20 2020-08-20 System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it
US18/022,180 US20230296548A1 (en) 2020-08-20 2021-08-17 System for measuring temperature and moisture of air and soil with wireless data transmission and method of its production
PCT/CZ2021/050086 WO2022037731A1 (en) 2020-08-20 2021-08-17 System for measuring temperature and moisture of air and soil with wireless data transmission and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020464A CZ309063B6 (en) 2020-08-20 2020-08-20 System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2020464A3 CZ2020464A3 (en) 2022-01-05
CZ309063B6 true CZ309063B6 (en) 2022-01-05

Family

ID=80038204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020464A CZ309063B6 (en) 2020-08-20 2020-08-20 System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309063B6 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004109238A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-16 M.B.T.L. Limited Environmental sensor
EP2131160A2 (en) * 2008-06-05 2009-12-09 Deere & Company Non-toxic, biodegradable sensor nodes for use with a wireless network
CZ304369B6 (en) * 2011-12-23 2014-04-02 Tomst S.R.O. Autonomous modular station for measuring soil moisture and temperature
WO2014113460A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-24 Ndsu Research Foundation Biodegradable soil sensor, system and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004109238A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-16 M.B.T.L. Limited Environmental sensor
EP2131160A2 (en) * 2008-06-05 2009-12-09 Deere & Company Non-toxic, biodegradable sensor nodes for use with a wireless network
CZ304369B6 (en) * 2011-12-23 2014-04-02 Tomst S.R.O. Autonomous modular station for measuring soil moisture and temperature
WO2014113460A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-24 Ndsu Research Foundation Biodegradable soil sensor, system and method

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2020464A3 (en) 2022-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tobjörk et al. Paper electronics
WO2009046011A3 (en) Organic chemical sensor comprising plasma-deposited microporous layer, and method of making and using
WO2010065503A3 (en) Conductive formulations for use in electrical, electronic and rf applications
Rayhana et al. Printed sensor technologies for monitoring applications in smart farming: A review
US20130230429A1 (en) Highly sensitive standoff gas sensing using carbon nanotubes and integrated wireless devices
DK2054896T3 (en) Dielectric material with conductive or semiconducting organic matter
US20200187350A1 (en) Paper-in-resin electronics - process for producing it and application in manufactured products
ES2833422T3 (en) Wood-derived multilayer product with integrated electrical circuit and manufacturing procedure
CZ309063B6 (en) System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission and method of producing it
DE202014103821U1 (en) Flexible electrical conductor structure
KR20150033516A (en) Strong acidic solution leak detection sensor
US20230296548A1 (en) System for measuring temperature and moisture of air and soil with wireless data transmission and method of its production
CZ34562U1 (en) System for measuring the temperature and humidity of air and soil with wireless data transmission
Rahimi et al. Comparison of direct and indirect laser ablation of metallized paper for inexpensive paper-based sensors
WO2018158432A1 (en) Formwork element
Bressi et al. Bioderived laser-induced graphene for sensors and supercapacitors
Khan et al. Developing pressure sensors from impregnated textile sandwiched in inkjet-printed electrodes
EP3635358B1 (en) Device for the detection of leaks and monitoring of humidity
CN209689798U (en) A kind of texture recognition array of pressure sensors
US20200305278A1 (en) Process for manufacturing a functional flexible cellulosic substrate, setup for implementing said process
WO2021165148A1 (en) Sensor sheet, composite material and detection system for detecting damages of a composite material
CN105987793A (en) Highly acidic solution leakage sensing device
CN104237686A (en) Method for detecting inner potential of satellite dielectric material
KR20140044334A (en) Ionic paper electronic platform(ipep)
US20230085480A1 (en) Permeable element