一种土壤水分传感器埋入装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于野外深层土壤水分测量的土壤水分传感器埋入装置。该装置包括一环形管段，在环形管段的实体部设置有传送槽，在传送槽正对的环形管段外壁上，开设有探针孔；一针式水分传感器为，探头设置在所述传送槽中，由传感器驱动机构带动在传送槽中前后移动，并通过探针孔伸出至土壤中，或缩回至环形管段中。进一步讲，还包括一曲面隔离板，设置在环形管段开设的曲面槽中，位于探针孔和传送槽之间将探针孔遮掩或展露保护探针。本实用新型水分传感器探头伸缩式设置在土钻上，并加以保护，是一种适合深层土壤水分测量的装置。
【专利说明】一种土壤水分传感器埋入装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土壤水分的测量装置，特别是关于一种深层土壤水分测量的传感器埋入装置。
【背景技术】
[0002]土壤水分是土壤重要的肥力因子之一，其含量状况对农林植物的生长有直接影响。在农林生产中，土壤水分含量信息的长期监测和及时获取，是实现精准灌溉的重要基础数据。
[0003]目前土壤野外水分含量的测定装置多以介电方法为原理，利用针式结构的土壤水分传感器测定土壤水分含量。现有传感器具有几何结构简单，制作方便等特点，但也存在着一些应用方面上的局限，主要表现为对深层土壤水分含量的测定限制。首先，对深层土壤，土壤比较硬，石砾比较多，针式结构的土壤水分传感器则很难插入进去，探头容易受到破坏，导致很难对深层土壤进行测定；其次，针式结构的传感器，直径和长度是有限制的，也无法使其从土壤表层深入到下层，从而限制了对深层土壤和多石砾土壤水分含量的测定。虽然可以通过挖掘土壤剖面将探针放入到测定的深度，但由于剖面的挖掘和回填过程会严重破坏土壤的自然状态，影响土壤中水分的运移特点，因此，测定获得的土壤水分含量数据很难准确反映出土壤水分的真实特征，严重降低数据的代表性；同时，剖面挖掘和回填过程还有费工耗时的缺陷。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种适用于野外深层土壤水分测量的土壤水分传感器埋入装置。该装置能够很好的保护传感器的探针，伸入到土壤深层，真实的测量土壤水分情况。
[0005]本实用新型对于这种土壤水分传感器埋入装置所采取的技术方案是:该装置设置于土钻钻管上，包括一环形管段，在环形管段的实体部设置有传送槽，在所述传送槽正对的环形管段外壁上，开设有探针孔；所述水分传感器为针式传感器，包括针式探头，所述探头设置在所述传送槽中，由传感器驱动机构带动在传送槽中移动，并通过所述探针孔伸出至土壤中，或缩回至环形管段中。
[0006]进一步讲:
[0007]所述装置还包括一曲面隔离板，设置在环形管段开设的曲面槽中，所述曲面槽位于探针孔和传送槽之间并与两者贯通；所述曲面隔离板由一隔离板驱动机构带动在曲面槽中上下移动，将所述探针孔遮掩或展露。
[0008]所述隔离板驱动机构为步进电机带动下的齿轮齿条传动机构，其中齿条安装在曲面隔尚板上，齿轮由电机带动。
[0009]所述传感器探头尾端接触性设置一压力传感器，检测传感器探头前端所受到的压力。
[0010]所述传感器驱动机构，为一传送带机构，包括一步进电机、两根传动轴和一传送带，传送带设置在所述传送槽中，传感器固定在传送带上。
[0011]所述传感器驱动机构，为一丝杠机构，包括一步进电机、一丝杠、一丝杠螺母，丝杠螺母上固定所述传感器探头。
[0012]所述传送槽在环形管段中对称设置有两个，在两槽中各设置一所述传感器探头。
[0013]所述环形管段取自土钻钻管的一部分。
[0014]所述环形管段是一段独立制作好的环形附加管，衔接于钻管下端与钻头之间。
[0015]本实用新型由于采取了以上技术方案，其具有的有益效果是:1、本实用新型采用驱动机构自动传送的方式，将水分传感器探头设置在钻管上环形管段传送槽中，使传感器探头能在传送槽中前后移动，伸出管壁探针孔或缩回，以此保证在不用探头检测时，探头得以保护。2、进一步的，在传送槽前端与探针孔之间设置一可上下移动的隔离板，防止土壤由探针孔进入环形管段，并进一步保护探针。3、在探头尾端设置一压力传感器，可以实时上传感受到的探针压力，避免探针受损伤。4、上述的水分传感器探头和隔离板都可以在步进电机的带动下自动执行动作，在外部终端的控制下协调工作。综合上述，本实用新型是一款可以有效保护传感器，并适合深层土壤水分测量的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的环形管段安装示意图；
[0017]图2是环形管段横截面示意图，展露出内部平面结构；
[0018]图3是环形管段的纵剖示意图，展露出内部的纵向结构；
[0019]图4是曲面隔离板驱动方式的示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案和突出的效果进行详细的说明，但这些【具体实施方式】，仅是用于说明本实用新型，并非用以限定本实用新型的保护范围，任何本领域的技术人员应明白，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
[0021]本实用新型提供的一种土壤水分传感器埋入装置，是借助于土钻进行的安装改造。如图1所示，普通的土钻一般包含手柄1、钻管2和钻头3三部分，本实用新型就是利用土钻，设置一段环形管段4。这一环形管段4既可以是取中空钻管2的一段，也可以是独立制作好的一段环形附加管，衔接于钻管2上，当然最可行的方式衔接于钻管的下部与钻头3之间，如图1所示的样子。这一段环形管段4之所以设计成中空的环形，也是为了排土所用。
[0022]本实用新型的核心部件都在这个环形管段4内部设置，针式传感器埋入在其中。如图2所示，为了能够保护针式传感器，在环形管段4的实体部设计了一个长的传送槽5，针式探头6设置其中，供探头前、后伸缩移动用。在传送槽端部所正对的环形管段4的外壁上，设置有探针孔7，针式探头穿过此孔能够到达土壤中。
[0023]针式传感器的移动依靠驱动机构来实现，驱动机构可以有多种形式，比如一种是步进电机带动下的传送带机构，如图3所示,包括一步进电机8和两根传动轴9,和一传送带10，传感器固定在传送带上，步进电机8带动传动轴9和传送带10转动，传感器随着传送带的转动而移动。步进电机的正、反转带动传感器前移伸出环形管段4到土壤中，或后退缩回到环形管段4中来，使探针受到保护。或者另一种驱动机构是，步进电机带动下的丝杠结构，包括步进电机、丝杠、丝杠螺母，螺母上固定传感器，伴随着电机带动丝杠的转动，丝杠螺母直线移动，从而带动传感器前后移动。还可以是齿轮齿条机构等其他可做直线移动的形式，在此不做过多介绍。。
[0024]由于针式探头6能够移动，所以无需一直伸在钻管的外面，不用工作的时候由驱动机构将其缩回到钻管中即可。利用土钻将这种伸缩式结构带入土下，既可以利用针式结构的传感器实现对深层土壤的测试，也可以保护探头。
[0025]进一步讲，这种针式传感器可以为单针形式的，也可以为双针平行式的，甚至是三针、四针的。涉及到量程和误差的问题，探针数量多的话量程和误差都比较理想，又加之环形管是一种对称性结构，所以可以选择双探针分离式，或将两个单针式传感器并列设置。图2装置所用的土壤水分传感器是基于市场上所常见的双针结构传感器，定制为将双探针分离的型号(相当于两根平行的单针式探头)，由于探针的作用仅仅相当于电极，所以理论上探针分离之后亦能够起到相同的作用。
[0026]进一步讲，为了更好的保护探针，可在传感器探头尾端设置一压力传感器11，让探头与压力传感器接触，当探针进入土壤后，压力传感器实时监测探针所受到的压力，当压力大于预设值时(此预设值用来防止探针直接接触石块时仍继续移动而导致损坏)，单片机控制的步进电机8立即停止转动甚至是反转，将探头缩回。当压力保持在可行的压力范围内时，则探针插入土壤，直至测出土壤水分含量，并将数据发送至单片机，进一步返回至数据终端。
[0027]进一步讲，为了更好的保护探针，也为了防止土壤进入装置，可设置一扇可移动的曲面隔离板12，位于传送槽和探针孔之间，位置如图2、3所示，前提是在环形管段4上预先制作一曲面槽13，将曲面隔离板12放置在其中，曲面槽13在传送槽和探针孔之间并与两者贯通。曲面隔离板12为一圆弧形板，与环形管段4同轴心。曲面隔离板12也是由一隔离板驱动机构带动上下移动的。隔离板驱动机构可以为步进电机带动下的齿轮齿条传动机构，如图4所示,齿条14固定在曲面隔离板12上,齿轮15由步进电机16带动,齿轮与齿条啮合从而带动曲面隔离板沿曲面槽上下移动。当不需探测土壤水分时，水分传感器探针缩回至装置中，电机操控隔离板落下，挡住探针孔；当传感器探测土壤水分时，隔离板打开，传感器探针伸出。
[0028]上述隔离板步进电机、传感器步进电机、压力传感器、水分传感器都与一单片机17电连接，单片机与地上终端电连接，由单片机执行数据上传与命令下传的中间纽带作用。水分传感器可将收到的信号发送至单片机，再经单片机通过无线信号接收/发射器发送数据到终端。
[0029]这种土壤水分传感器埋入装置，结构简单，操作方便，在上述例举的实施例中，可以实现多重保护的功能，一是自动伸缩式的传感器探头的设计，可以保证深层土壤埋入的需求，二是隔离板的设计，可以保护装置不进土，三是压力传感器的设置可以避免水分传感器超负荷工作。
【权利要求】
1.一种土壤水分传感器埋入装置，设置在土钻上，其特征在于:包括 在土钻的钻管上设置的一环形管段，在环形管段的实体部设置有传送槽，在所述传送槽正对的环形管段外壁上，开设有探针孔； 所述水分传感器为针式传感器，包括针式探头，所述探头设置在所述传送槽中，由传感器驱动机构带动在传送槽中移动，并通过所述探针孔伸出至土壤中，或缩回至环形管段中。
2.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述装置还包括一曲面隔离板，设置在环形管段开设的曲面槽中，所述曲面槽位于探针孔和传送槽之间并与两者贯通；所述曲面隔离板由一隔离板驱动机构带动在曲面槽中上下移动，将所述探针孔遮掩或展露。
3.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述隔离板驱动机构为步进电机带动下的齿轮齿条传动机构，其中齿条安装在曲面隔离板上，齿轮由电机带动。
4.根据权利要求1或2所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述传感器探头尾端接触性设置一压力传感器，检测传感器探头前端所受到的压力。
5.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述传感器驱动机构，为一传送带机构，包括一步进电机、两根传动轴和一传送带，传送带设置在所述传送槽中，传感器固定在传送带上。
6.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述传感器驱动机构，为一丝杠机构，包括一步进电机、一丝杠、一丝杠螺母，丝杠螺母上固定所述传感器探头。
7.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述传送槽在环形管段中对称设置有两个，在两槽中各设置一所述传感器探头。
8.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述环形管段取自土钻钻管的一部分。
9.根据权利要求1所述的一种土壤水分传感器埋入装置，其特征在于:所述环形管段是一段独立制作好的环形附加管，衔接于钻管下端与钻头之间。
【文档编号】G01N27/00GK203929699SQ201420379064
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】戴伟, 麻泽宇, 巩晟宣 申请人:北京林业大学