基质势传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基质势传感器(100)。具体但不排他地，本发明专利技术可以涉及包含被布置成吸水的微型格基质部分(104)的传感器。基质势传感器(100)包括感测电子器件(120)，被布置成经由一个或多个感测元件(102)测量注入到基质中的信号的改变，其中基质包括基本上开孔的亲水性微型格基质(104)的至少一部分，该亲水性微型格基质被布置成从在使用中该亲水性微型格基质插入其中的介质吸收水分。

Matrix potential sensor

The invention relates to a matrix potential sensor (100). Specific but not exclusive, the present invention may relate to a sensor comprising a micro grid matrix portion (104) that is disposed to be absorbed. Matrix potential sensor (100) comprises a sensing electronic device (120), is arranged via one or more sensing elements (102) injected into the matrix of the measurement signal change, wherein the substrate comprises basically hydrophilic micro lattice matrix holes (104) at least a portion of the hydrophilic micro lattice matrix is arranged in use to absorb moisture from the hydrophilic micro lattice matrix which is inserted in the medium.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基质势传感器。具体但非排他性地，本专利技术可以涉及含有布置为吸水的微型格基质部分的传感器。
技术介绍
虽然土壤-水分含量测量的领域已经发展了数十年，但是基质势测量领域是较新的且试图测量介质吸水和保持水的能力。介质的基质势给出介质对水的吸引力的测量，其可以被认为是该介质保持水的能力。因此，知道介质的基质势给出在确定来自该介质的水的可获得性上的有用测量手段。关于测量土壤含水量来描述该概念的背景是方便的，但是本专利技术具有更广泛的适用性，并且当与无土基底一起使用时尤为有利。例如，传感器可以用于基底和/或介质的任何非穷举列表：椰壳纤维、棉绒、矿棉、沙、岩棉、火山物质、植物生长介质、泥炭、堆肥、混凝土、建筑材料、药物材料等。此外，传感器还可以找到用于以下非穷举的应用列表中测量的应用：环境监测、灌溉监测、灌溉控制、作物产量优化、洪水控制、湿气测量、建筑物沉降、垃圾堆肥监测和制药工业中的药物制造。诸如具有相对小孔的粘土的介质具有保持水的能力，其比具有相对大的孔的粗糙介质(诸如沙土)的保持水的能力高。知道处于特定含水量的介质的基质势可用于确定例如何时灌溉等且有助于避免过度灌溉，从而节约水。此外，测量基质势可以提供土壤水分的土壤类型独立评估，其能够可靠地用于避免不利于植物生长和导致作物产量下降的水分胁迫条件。此类基质势测量系统最初使用充水张力计，这遭受许多问题，包括：操作复杂；测量范围有限；因为恒定水源而吸引附近植物的根部；不能在低于冰点条件下操作；需要脱气水。诸如椰壳纤维的介质具有与粘土不同的性质。椰壳纤维由中空的天然纤维构成。此外，细纤维和粗纤维的混合物在纤维之间提供孔隙。因此，流经椰壳纤维的水通常比通过许多其它生长介质更快。如果气泡不能容易地从传感器的感测元件周围区域逸出，则可导致气泡被捕获在传感器的感测元件周围，这可导致不准确的读数。如在2013年7月22至25日AnnualConferenceoftheAmericanSocietyforHorticulturalScience的海报262上发表的L.D.Rivera、L.Crawford、M.vanIersel和S.K.Dove所著的“ComparisonHydraulicPropertiesofSoil-lessSubstrateswithNaturalSoils：AMoreDetailsofLookatHydraulicPropertiesandTheirImpactonPlantWaterAvailability”中所描述的，土壤和其他介质具有可以分成三类的孔径分布：(i)良好分级(在一个范围上尺寸的均匀分布)；(ii)均匀分级(全部大小大致相同)；和(iii)间隙分级(一些小的和一些大的双峰孔径分布，中间具有“间隙”)。分级影响排水和水力传导系数。传统上，土壤使用筛子分级。然而，具有较小孔(其为较大颗粒的一部分)的介质(例如椰壳纤维)不能以这种方式分级。间隙分级的介质在低水势(即大约-10kPa的水势)具有非常低的水力传导系数(比农艺土壤低500倍--L.Rivera等人(2013))。这种显著降低的水力传导系数可导致产生根周围的耗尽区，该耗尽区即使当大量的水保持在介质中时也妨碍植物吸水。发生这种情况是因为一旦较大的孔已经排空，则变得难以将水移出较小的孔。低水力传导系数限制了基底中剩余水的移动，即使仍然存在“可用”水。使用用于产生土壤水分释放曲线的传统方法(诸如压力板、悬挂水柱和Tempe压力单元)忽略了水力传导系数的这种急剧改变。水力传导系数也由以下说明：J.Amer.Soc.Hort.Sci.126(5):638—643,2001，M.Raviv，J.H.Lieth、D.W.Burger和R.Walach“OptimizationofTranspirationandPotentialGrowthRatesof'Kardinal'RosewithRespecttoRoot-zonePhysicalProperties”，其中叙述：“……在许多情况下，即使在接近理想的空气条件下，跨介质/根界面的水通量也不能与大气对水的需求匹配。这是由于K(水力传导系数)随着(水含量)的减少而急剧降低”。这种急剧降低表现为针对该论文中测试的条件和介质(椰壳纤维和定义的堆肥冷杉树皮-泥炭砂混合物)在0kPa至10kPa的水势范围内发生。此外，在椰壳纤维生长介质中的水势通常接近0kPa，即，条件是湿润的。这可导致传感器的饱和，从而阻碍在湿润条件下的精确读数。影响空气和水对植物根的可用性的生长介质的保水特性还由J-CMichel在MiresandPeat，Volume6，Article2，2010，“Thephysicalpropertiesofpeat：akeyfactorformoderngrowingmedia”中说明，其中，保水曲线的特征在于对于选择的泥炭和无泥炭的替代生长基底(包括岩棉、珍珠岩和粗砂)的0kPa至-10kPa的水势范围，清楚地标识土壤水分中的区域，高水可用性的张力。水柱电位计，诸如在加拿大专利申请号第2,611,196(PlantcareAG，2006)中描述的水柱电位计可用于测量土壤水分含量。水柱电位计依赖由于土壤中水压改变而导致的柱中水的高度改变。这种布置难以使用，特别是如果气体进入该系统的情况下，而可能更适合于实验室环境。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种基质势传感器，布置成测量介质的基质势。基质势传感器适用于测量无土介质的基质势。通常，传感器包括至少一个电极。传感器还可以包括多孔材料部分，其被布置成从在使用中传感器插入其中的介质吸收水分。通常，多孔材料部分是亲水的，意指其对水具有亲和性并且容易润湿。此外，多孔材料部分通常具有基本上开孔的微型格结构。具有这些特征的实施例具有增加的水力传导系数的材料。在一些实施例中，多孔材料是塑料材料，即，聚合物材料。聚氨酯是用于基质的合适聚合物的示例。塑料材料提供了相对便宜的材料和简单的制造的优点，但是可以使用陶瓷和复合材料以及其它材料。有利地，当用作无土生长介质时，聚氨酯泡沫提供改进的水处理能力。因此，此类材料具有用作水势传感器元件的有利性质。方便地，多孔材料是顺应的(compliant)。此类实施例是有利的，因为它们允许多孔材料符合该电极或每个电极，从而减少或去除可在测量中引入误差的在电极和多孔材料之间的任何间隙。此类间隙可以导致水被捕获在其中，这可以影响传感器所获取的读数。这有利地改进了多孔材料和电极之间的接触。在各种实施例中，多孔材料可为泡沫。有利地，初始形成的泡沫的孔隙率和开孔属性可以在结合到传感器中之前通过网状化和/或压缩来增加。网状化和/或压缩增加了孔隙率且使结构更开放，并控制孔径，这增加了水力传导系数。网状和/或压缩泡沫提供的改进的吸水率减少了获取读数所需的时间，因为传感器的平衡时间随着水力传导系数增加而降低。因此，多孔材料可以包括网状和/或压缩的泡沫。在一些实施例中，多孔材料可为可由聚合物泡沫复制技术产生的泡沫，其中聚合物泡沫用作模板，并加入所需材料的浆料，之后干燥和烧结以产生原始聚合物泡沫的复制品。当用于泡沫的所需材料是陶瓷或具有比用作开始点的聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基质势传感器，包括感测电子器件，所述感测电子器件布置为经由一个或多个感测元件测量注入到基质中的信号的改变，其中，所述基质包括基本上开孔的亲水性微型格基质的至少一部分，所述亲水性微型格基质在使用时插入介质中，所述亲水性微型格基质被布置为从所述介质吸收水分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 GB 1414492.71.一种基质势传感器，包括感测电子器件，所述感测电子器件布置为经由一个或多个感测元件测量注入到基质中的信号的改变，其中，所述基质包括基本上开孔的亲水性微型格基质的至少一部分，所述亲水性微型格基质在使用时插入介质中，所述亲水性微型格基质被布置为从所述介质吸收水分。2.根据权利要求1所述的传感器，其中，基本上开孔的所述亲水性微型格基质具有超过60％的孔隙率。3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器，其中，所述传感器布置为从无土介质吸收水分。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，基本上开孔的所述亲水性微型格基质是网状泡沫。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述基质的阻抗与所述感测电子器件内的阻抗一起形成分压器，并且所述感测电子器件被布置为测量所述分压器的参数。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述感测元件包括以下各项之一：i)两个或更多个引脚的组；和ii)电路板，一个或多个轨迹设置在所述电路板上。7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述基质以多孔材料的一个或多个部分的形式存在。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述基质基本上封闭在笼中。9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述笼被布置为支撑所述基质。10.根据权利要求8或9所述的传感器，其中，所述笼导电。11.根据权利要求8至10中任一项所述的传感器，其中，所述笼由不锈钢制成。12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述基质包括直径基...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·古德柴尔德，马尔科姆·詹金斯，克里斯·塞韦尔，
申请(专利权)人：德尔塔T设备有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB