一种土壤水分分层检测传感器的制作方法

本实用新型涉及一种土壤水分分层检测传感器，属于农业工程应用技术领域。

背景技术：

土壤水分检测传感器在农业工程领域较为常用，以往的土壤水分传感器只能进行单点测量，不能满足多点灵活分层的需求。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种土壤水分分层检测传感器。本土壤水分分层检测传感器于解决现有土壤水分检测传感器不能进行分层检测的问题。本实用新型通过以下技术方案实现。

一种土壤水分分层检测传感器，包括步进电机1、扶手2、连接环3、电极驱动机构4、导轨壁5、锥形固定机构6、丝杆螺母10、联轴器11和丝杆12和水分检测结构，水分检测结构包括电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9，每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）配套的100MHz振荡器、同轴传输线、检波模块、运放器、Arduino 单片机和Hc05蓝牙模块智能手机，100MHz振荡器通过同轴传输线连接每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9），每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）在同轴传输线两端设有检波模块获取电压信号，每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）中的检波模块电信号连接差分放大器后连接到Arduino 单片机，Arduino 单片机通过Hc05蓝牙模块以串口通信的方式传送给智能手机，100MHz的振荡器产生正弦信号，通过固定特征阻抗的同轴传输线连接到土壤水分传感器的电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）正极上，对应的电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）负极经过同轴传输线的屏蔽线接地，在同轴传输线两端通过检波模块获取电压信号，再经过差分放大器后连接到Arduino 单片机，Arduino 单片机将电压值进行计算转换为检测结果，通过Hc05蓝牙模块将检测结果以串口通信的方式传送给智能手机，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9以同样的方式获取土壤含水率的检测结果；步进电机1位于扶手2中间位置，扶手2底部通过连接环3连接导轨壁5，导轨壁5上设有三道导轨凹槽，导轨壁5底部设有锥形固定机构6，步进电机1的输出轴穿过扶手2中间位置，步进电机1的输出轴通过联轴器11连接位于导轨壁5内部的丝杆12，丝杆12底部连接锥形固定机构6，丝杆12上设有与丝杆12配合的丝杆螺母10，丝杆螺母10外侧均匀设有三个电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9的横截面为T型，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9T型竖端与导轨壁5的三道导轨凹槽配合，在步进电机1依次带动丝杆12、丝杆螺母10转动下，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9沿着导轨壁5上下运动。

所述电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9材质均为不锈钢；所述丝杆螺母10材质为塑料；所述导轨壁5材质为钢化玻璃。

所述步进电机1通过螺栓Ⅰ15、螺栓Ⅱ16、螺栓Ⅲ17和螺栓Ⅳ18固定在扶手2中间位置。

所述导轨壁5由导轨壁Ⅰ19、导轨壁Ⅱ20和导轨壁Ⅲ21组成。

所述锥形固定机构6包括底部的锥形固定帽13，锥形固定帽13通过丝杆轴承14连接丝杆12底部。

本土壤水分分层检测传感器的工作原理为：

在使用该传感器之前，需要将传感器的导轨壁5清理干净，控制步进电机1转动，进行电极位置复位到顶部；通过底部的锥形固定机构6将土壤水分分层检测传感器插入土壤中，控制步进电机1转动，将电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9缓慢匀速下降到指定层进行检测水分，通过水分检测结构中的100MHz的振荡器产生正弦信号，通过固定特征阻抗的同轴传输线连接到土壤水分传感器的电极Ⅰ正极上，对应的电极负极经过同轴传输线的屏蔽线接地，在同轴传输线两端通过检波模块获取电压信号，再经过差分放大器后连接到Arduino单片机，Arduino单片机将电压值进行计算转换为检测结果，通过Hc05蓝牙模块将检测结果以串口通信的方式传送给智能手机，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9以同样的方式获取土壤含水率的检测结果，最终的检测结果为电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9上分别获得的土壤含水率的检测结果再取平均值。

本实用新型的有益效果是：本土壤水分分层检测传感器可以进行土壤水分的分层测量，成本低廉，可推广价值高。

附图说明

图1是本实用新型装置部分结构示意图；

图2是本实用新型丝杆螺母和电极连接结构示意图；

图3是本实用新型步进电机与丝杆连接结构示意图；

图4是本实用新型锥形固定机构与丝杆轴承连接示意图；

图5是本实用新型步进电机固定示意图；

图6是本实用新型轨壁结构示意图；

图7是本实用新型电极与导轨壁配合结构示意图。

图8是本实用新型土壤水分分层检测原理示意图。

图中：1-步进电机，2-扶手，3-连接环，4-电极驱动机构，5-导轨壁，6-锥形固定机构，7-电极Ⅰ，8-电极Ⅱ，9-电极Ⅲ，10-丝杆螺母，11-联轴器，12-丝杆，13-锥形固定帽，14-丝杆轴承，15-螺栓Ⅰ，16-螺栓Ⅱ，17-螺栓Ⅲ，18-螺栓Ⅳ，19-导轨壁Ⅰ，20-导轨壁Ⅱ，21-导轨壁Ⅲ，Z1为同轴传输线特征阻抗，a和b为同轴传输线2个端点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1至8所示，该土壤水分分层检测传感器，包括步进电机1、扶手2、连接环3、电极驱动机构4、导轨壁5、锥形固定机构6、丝杆螺母10、联轴器11和丝杆12和水分检测结构，水分检测结构包括电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9，每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）配套的100MHz振荡器、同轴传输线、检波模块、运放器、Arduino 单片机和Hc05蓝牙模块智能手机，100MHz振荡器通过同轴传输线连接每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9），每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）在同轴传输线两端设有检波模块获取电压信号，每个电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）中的检波模块电信号连接差分放大器后连接到Arduino单片机，Arduino单片机通过Hc05蓝牙模块以串口通信的方式传送给智能手机，100MHz的振荡器产生正弦信号，通过固定特征阻抗的同轴传输线连接到土壤水分传感器的电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）正极上，对应的电极（电极Ⅰ7、电极Ⅱ8或电极Ⅲ9）负极经过同轴传输线的屏蔽线接地，在同轴传输线两端通过检波模块获取电压信号，再经过差分放大器后连接到Arduino 单片机，Arduino单片机将电压值进行计算转换为检测结果，通过Hc05蓝牙模块将检测结果以串口通信的方式传送给智能手机，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9以同样的方式获取土壤含水率的检测结果；步进电机1位于扶手2中间位置，扶手2底部通过连接环3连接导轨壁5，导轨壁5上设有三道导轨凹槽，导轨壁5底部设有锥形固定机构6，步进电机1的输出轴穿过扶手2中间位置，步进电机1的输出轴通过联轴器11连接位于导轨壁5内部的丝杆12，丝杆12底部连接锥形固定机构6，丝杆12上设有与丝杆12配合的丝杆螺母10，丝杆螺母10外侧均匀设有三个电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9的横截面为T型，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9T型竖端与导轨壁5的三道导轨凹槽配合，在步进电机1依次带动丝杆12、丝杆螺母10转动下，电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9沿着导轨壁5上下运动。

其中电极Ⅰ7、电极Ⅱ8、电极Ⅲ9材质均为不锈钢；所述丝杆螺母10材质为塑料；所述导轨壁5材质为钢化玻璃；步进电机1通过螺栓Ⅰ15、螺栓Ⅱ16、螺栓Ⅲ17和螺栓Ⅳ18固定在扶手2中间位置；导轨壁5由导轨壁Ⅰ19、导轨壁Ⅱ20和导轨壁Ⅲ21组成；锥形固定机构6包括底部的锥形固定帽13，锥形固定帽13通过丝杆轴承14连接丝杆12底部。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。