ES2204256B1 - Sonda para la medicion de humedad del suelo. - Google Patents
Sonda para la medicion de humedad del suelo.Info
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Abstract
Sonda para la medición de humedad del suelo.
Comprende una pluralidad de sensores (2) de
capacitancia dispuestos a diferentes distancias entre sí, y un
cabezal (3) que comprende una placa electrónica con una pluralidad
de componentes electrónicos. Se caracteriza por el hecho de que la
placa electrónica comprende un circuito (9) para la selección y
activación del sensor (2) a leer, un microcontrolador (10) que
registra los valores de frecuencia emitidos por cada uno de los
sensores (2) y forma un paquete de datos con los valores de
frecuencia leída por la pluralidad de sensores (2), y un circuito
(11) para la transmisión de dicho paquete de datos a una unidad de
control externa a la sonda. Dicha transmisión del paquete de datos
puede realizarse mediante un cable de tres hilos o bien vía radio.
Se consigue una placa electrónica más sencilla con una reducción de
su coste de fabricación y de mantenimiento.
Description
Sonda para la medición de humedad del suelo.
La presente invención se refiere a una sonda
para la medición de humedad del suelo.
Son conocidas sondas para la medición del
contenido de humedad del suelo, que comprenden una pluralidad de
sensores de capacitancia dispuestos a diferentes profundidades,
dependiendo del sistema radicular del cultivo y de la estructura
del suelo, y un cabezal electrónico.
Para realizar la medición del contenido de
humedad, cada sonda estará colocada en el suelo mediante un tubo
protector.
El contenido de humedad del suelo puede ser
determinado por medio de la constante dieléctrica registrando la
capacitancia entre dos electrodos dispuestos en la muestra de
suelo.
El agua posee un valor relativamente elevado de
la constante dieléctrica, que es directamente proporcional al
contenido de humedad, y se puede hallar su valor sometiendo a la
sonda a una determinada frecuencia de excitación.
Una unidad de control externa alimenta las
sondas. Las sondas comprenden un cabezal que incluye una placa
electrónica con una pluralidad de componentes electrónicos.
Mediante dichos componentes se ordena la activación de los sensores
para que empiecen a oscilar. Cada sensor proporciona un determinado
valor de frecuencia que quedará registrado. Los valores registrados
cada cierto intervalo de tiempo son enviados a la citada unidad de
control.
Dichos valores registrados por las sondas serán
recogidos por la unidad de control donde serán almacenados y
posteriormente transmitidos a un ordenador.
Por una parte, se conocen sondas que realizan la
comunicación con dicha unidad de control mediante un cable de cinco
hilos. Sin embargo, presenta el inconveniente de que el coste de la
instalación es considerable, así como el coste de
mantenimiento.
Por otra parte, se conocen sondas cuya
comunicación con la unidad de control se lleva a cabo vía
radio.
Sin embargo, sería adecuado poder disponer de
ambos tipos de comunicación para garantizar una transmisión eficaz
de los datos registrados por las sondas, pudiendo utilizar el
sistema vía radio o por cableado según convenga en cada
momento.
Otro inconveniente es que la placa electrónica
de las sondas conocidas es compleja al comprender un número
considerable de componentes electrónicos, lo que hace que su coste
sea elevado. Por otra parte, el consumo de energía de dicha placa
electrónica es alto ya que está continuamente realizando lecturas,
y por tanto, su vida útil es corta.
El objetivo de la sonda para la medición de
humedad del suelo de la presente invención es solventar los
inconvenientes que presentan los dispositivos conocidos en la
técnica, proporcionando una serie de ventajas que a continuación se
describen.
La sonda para la medición de humedad del suelo,
objeto de la presente invención, se caracteriza por el hecho de que
la placa electrónica comprende un circuito para la selección y
activación del sensor a leer, un microcontrolador que registra los
valores de frecuencia emitidos por cada uno de los sensores y forma
un paquete de datos con los valores de frecuencia leída por la
pluralidad de sensores, y un circuito para la transmisión de dicho
paquete de datos a una unidad de control externa a la sonda.
De esta manera, la placa electrónica del cabezal
de la sonda presenta un número reducido de componentes, en
comparación con otras sondas conocidas en la técnica, y por tanto,
se obtiene una reducción considerable del coste de la placa
electrónica.
Por otra parte, el consumo de energía es menor
debido a que la sonda solamente funciona cuando se requiere
efectuar una lectura. Análogamente, la placa electrónica de la
sonda alimenta secuencialmente los sensores solamente cuando se va
a leer la frecuencia de dichos sensores, evitando que haya
interferencias entre un sensor y otro y reduciendo el consumo de
los mismos. En consecuencia, la vida útil de la placa electrónica
es mayor que las placas conocidas.
La sonda comprende un cable de masa, un cable
para la transmisión de la información de la sonda a la unidad de
control externa, y un cable de alimentación.
Ventajosamente, el cable de masa de la sonda es
utilizado por la unidad de control externa para la activación en un
orden establecido de las sondas conectadas a dicha unidad de
control externa. El cable para la transmisión de la información de
la sonda a la unidad de control externa está formado por tres
hilos. El cable de alimentación es común para las sondas conectadas
a la misma unidad de control externa.
Asimismo, el citado cable para la transmisión de
la información de la sonda a la unidad de control externa puede ser
común para otras sondas conectadas a dicha unidad de control
externa.
De este modo, se obtiene una simplicidad
considerable en el cableado utilizado por las sondas.
Por otra parte, las ventajas de utilizar un
cable de tres hilos frente a los cables de cinco hilos utilizados
en las sondas conocidas en la técnica, son las siguientes: en
primer lugar, se obtiene un cable con menor sección y por tanto
menor coste; en segundo lugar, la sección de cable más reducida
facilita el montaje, disminuyendo el coste de instalación; y
finalmente, la reparación del cable en caso de rotura es más
sencilla.
Además, la transmisión de la información de la
sonda a la unidad de control externa se realiza por corriente, que
es más inmune al ruido que una transmisión por tensión. La
inmunidad al ruido y la alta sensibilidad del circuito de recepción
de la unidad de control hacen posible transmisiones de paquetes de
datos a grandes distancias, aproximadamente dos kilómetros.
Adicionalmente, la transmisión del paquete de
datos se realiza mediante ondas electromagnéticas, preferentemente
por radio.
Por tanto, la transmisión del paquete de datos
se puede realizar por vía radio o bien mediante un cable de tres
hilos.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representa un caso práctico de realización de la sonda para la
medición de humedad del suelo de la invención, en los cuales:
la figura 1 es un esquema de las partes
principales que constituyen la sonda para la medición de la humedad
del suelo;
la figura 2 es un diagrama de bloques de un
sensor de la sonda;
la figura 3 es un diagrama de bloques de una
sonda con cinco sensores; y
la figura 4 es un diagrama de bloques del
cabezal de una sonda;
Tal como se puede apreciar en la figura 1, la
sonda 1 para la medición de humedad del suelo puede estar formada
por cinco sensores 2 como máximo situados a diferentes
profundidades dependiendo del sistema radicular del cultivo y de la
estructura del suelo, y un cabezal electrónico 3. Cada uno de los
sensores 2 está anclado en un esqueleto o guía 4 mediante un
pasador de sujeción. La longitud de la guía 4 dependerá de la
situación del último sensor 2 que lleve incorporado la sonda 1.
Los datos registrados por las sondas 1 para la
medición de la humedad del suelo son recogidos, almacenados y
gestionados por una unidad de control externa. Cada unidad de
control externa puede estar conectada a ocho de estas sondas 1.
Los sensores 2 utilizados en este tipo de sondas
1 son sensores de capacitancia. Es decir, el contenido de humedad
del suelo es determinado por medio de la constante dieléctrica
registrando la capacitancia entre dos electrodos dispuestos en la
muestra de suelo. La constante dieléctrica es directamente
proporcional al contenido de humedad y puede hallarse su valor
sometiendo a la sonda 1 a una determinada frecuencia de
excitación.
En la figura 2 se muestra un diagrama de bloques
de un sensor 2. Cada sensor 2 está formado por un toroide 5 de
cobre que genera a su alrededor un campo magnético de 15 cm de
radio de influencia respecto al eje del sensor 2; un circuito
sintonizador 6; un adaptador y un divisor de frecuencia en una
primera etapa 7; y un divisor de frecuencia en una segunda etapa
8.
La variación del contenido de humedad del suelo
provoca una variación del campo magnético, midiéndose dicha
variación en términos de frecuencia. Los valores de frecuencia se
transforman en valores de humedad expresada en tanto por ciento,
mediante una curva de transformación matemática.
El circuito sintonizador 6 genera una frecuencia
de 150 Mhz, que depende de la inductancia, valor fijado por los
circuitos internos, y la capacitancia, factor variable del
contenido protónico del suelo.
Dado que la frecuencia generada es muy alta se
tendrá que dividir hasta un valor accesible para los componentes
electrónicos. Esta función la realiza el adaptador y el divisor de
frecuencia de primera etapa 7 y el divisor de frecuencia de segunda
etapa 8.
La frecuencia de lectura de los sensores estará
determinada por la unidad de control externa, que debe ser como
mínimo de un minuto. En el momento de realizar la lectura, la
unidad de control externa alimenta la sonda durante ocho
segundos.
En la figura 3 se muestra el diagrama de bloques
de una sonda 1. Dicha sonda 1 comprende cinco sensores 2 y un
cabezal electrónico 3. El cabezal 3 comprende una placa electrónica
que incluye un selector 9 de sensores; un microcontrolador 10; y un
circuito de transmisión 11 de datos a la unidad de control
externa.
El selector 9 de sensores 2 da la orden
secuencialmente a cada uno de ellos para que empiecen a oscilar,
uno después de otro. Cada sensor 2 dará un determinado valor de
frecuencia que quedará registrado en el microcontrolador 10. Una
vez que el último sensor 2 envíe su valor de frecuencia al
microcontrolador 10 del cabezal 3 de la sonda 1, éste hará un
paquete con todos los valores y lo enviará vía cable o por vía radio
a la unidad de control externa.
En la figura 4 se muestra el diagrama de bloques
del cabezal 3 de la sonda 1, donde se puede observar el sistema de
cableado de la sonda 1. La sonda 1 comprende un cable de masa 12,
un cable para la transmisión 13 de la información de la sonda 1 a
la unidad de control externa, y un cable de alimentación 14.
El mismo cable de masa 12 de la sonda 1 es
utilizado por la unidad de control externa para la activación en un
orden establecido de las sondas 1 conectadas a dicha unidad de
control externa.
El cable para la transmisión 13 de la
información de la sonda 1 a la unidad de control externa está
formado por un solo cable tres hilos, que puede ser común por todas
las sondas 1.
El cable de alimentación 14 es común para las
sondas 1 conectadas a la misma unidad de control externa. De este
modo, se obtiene una simplicidad considerable en el cableado
utilizado por las sondas 1.
Por tanto, la transmisión a la unidad de control
externa se puede realizar mediante un cable de tres hilos o
mediante un equipo vía radio. El sistema vía radio está compuesto
por unos equipos ubicados en cada una de las sondas y en la unidad
de control del sistema que funcionan como emisores y receptores de
información.
El procedimiento para la colocación de una sonda
en el suelo es el siguiente:
La sonda 1 se coloca en el suelo mediante un
tubo protector de PVC de 50 milímetros de diámetro y de longitud
variable según la disposición de los sensores 2 que lleve
incorporados. El cabezal 3 de la sonda 1 está protegido mediante un
tapón que cierra de forma hermética mediante una junta tórica.
En primer lugar, debe escogerse cuidadosamente el
punto de ubicación de la sonda 1, teniendo en cuenta los siguientes
aspectos: diferencias edáficas de la finca, distribución de los
cultivos, necesidades hídricas diferenciadas entre variedades,
topografía de la finca, ubicación de los emisores de agua,
ubicación de los elementos de formación y mantenimiento del
cultivo.
En segundo lugar, se realiza un hoyo de
profundidad aproximadamente de un metro y de 5 centímetros de
diámetro mediante una barrena.
A continuación, se debe recoger la tierra
obtenida de la perforación, y después de un proceso de secado se
pasa por un tamiz de dos a tres milímetros de diámetro de
cribado.
Seguidamente, la tierra se mezcla con caolinita
en una proporción de cinco a uno. Posteriormente, se añade agua
hasta conseguir una pasta homogénea. La función de la caolinita es
evitar el movimiento vertical de agua en el estrato alrededor del
tubo protector.
Dicha pasta se introduce en el hoyo y
posteriormente la sonda. Es necesario asegurarse de que la pasta
sobresalga por la parte superior del agujero, para evitar la
formación de burbujas de aire en los alrededores del tubo
protector. Finalmente, se realizan las conexiones eléctricas
pertinentes.
Serán independientes del objeto de la presente
invención los materiales que se empleen en la fabricación de los
elementos que constituyen la sonda para la medición de humedad del
suelo que se ha descrito, así como las formas y dimensiones de la
misma y todos los detalles accesorios que puedan presentarse,
pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes,
siempre que no afecten a su esencialidad ni se aparten del ámbito
definido por las reivindicaciones que se adjuntan a
continuación.
Claims (3)
1. Sonda (1) para la medición de humedad del
suelo, que comprende una pluralidad de sensores (2) de capacitancia
dispuestos a diferentes distancias entre sí, y un cabezal (3) que
comprende una placa electrónica con una pluralidad de componentes
electrónicos, caracterizada por el hecho de que la placa
electrónica comprende un circuito (9) para la selección y
activación del sensor (2) a leer, un microcontrolador (10) que
registra los valores de frecuencia emitidos por cada uno de los
sensores (2) y forma un paquete de datos con los valores de
frecuencia leída por la pluralidad de sensores (2), y un circuito
(11) para la transmisión de dicho paquete de datos a una unidad de
control externa a la sonda (1).
2. Sonda (1), según la reivindicación 1, que
comprende un cable de masa (12), un cable para la transmisión (13)
de la información de la sonda (1) a la unidad de control externa, y
un cable de alimentación (14), caracterizada por el hecho de
que el cable de masa (12) de la sonda (1) es utilizado por la unidad
de control externa para la activación en un orden establecido de
las sondas (1) conectadas a dicha unidad de control externa, el
cable para la transmisión (13) de la información de la sonda (1) a
la unidad de control externa está formado por tres hilos, y el
cable de alimentación (14) es común para las sondas (1) conectadas
a la misma unidad de control externa.
3. Sonda (1), según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho de que la transmisión del paquete
de datos se realiza mediante ondas electromagnéticas,
preferentemente por radio.
Priority Applications (1)
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Date of ref document: 20040416 Kind code of ref document: A1 |
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Effective date: 20100623 |