土壤水势效应器设备及其应用制造技术

提供了一种用于在含水介质中影响水势的设备，该设备包括透水壳体、可保持水的体积变化材料、可压缩插入物以及用于接收和转换信号的接收器。

Equipment and application of soil water potential effector

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】土壤水势效应器设备及其应用相关申请的交叉引用本申请要求2017年7月18日提交的以色列专利申请第253540号和2018年4月26日提交的美国临时专利申请第62/662,950号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及土壤水势领域，尤其涉及土壤水势效应器系统及其在农业中的应用。
技术介绍
可使用干燥土壤样品之前和之后之间的重量差直接确定土壤中的水含量。这种直接技术通常被称为热重法(或简称重量法)，当将水含量表示为水的重量相对于干燥土壤的重量，GWC[lb3lb-3](即，样品中存在的水的质量与土壤样品烘干(100℃至110℃)至恒重之后的质量之比)。另一方面，热体积法(或简称体积法)给出的水含量为一定体积的未扰动土壤VWC[ft3ft-3]中的水的体积(即，与烘干的未扰动样品(土芯)的体积相关的水的体积)。尽管这些直接方法准确(±0.01ft3ft-3)且便宜，但它们具有破坏性、速度慢(最少2天)、费时且不允许在同一位置重复。另选地，许多间接方法可用于监测土壤含水量。这些方法通过与其他一些可测量变量之间的校正关系来估算土壤湿度。每种方法的适用性取决于几个问题，诸如成本、准确性、响应时间、安装、管理和耐用性。取决于所测量的量，间接技术首先被分类为体积法和张力法。前者提供体积土壤湿度，后者产生土壤吸力或水势(即，毛细作用产生的张力)。体积技术估算未扰动土壤样品体积中的水的体积[ft3ft-3]。该量对于确定土壤的饱和程度(即，土壤水溶液占土壤总体积的比例)很有用。当以深度(即，单位表面积土壤中向下至给定深度的水的体积(英寸水))表示时，可将其与其他水文变量(如降水、蒸发、蒸腾作用和深层排水)进行比较。张力法估算土壤水的基质势(matricpotential)，其包括土壤的吸附和毛细作用。基质势是总土壤水势的组分中的一种，总土壤水势还包括重力(相对于参考高程平面的位置)、渗透性(土壤溶液中的盐分)、气压或气动(来自滞留的空气)以及上覆盖层组分。基质势和重力势的总和是土壤和其他类似土壤的多孔介质中水运动的主要驱动力。所有可用的张力测量仪器均具有与土壤接触的多孔材料，水可通过该多孔材料移动。因此，水从干燥土壤中的多孔介质中抽出，并被从土壤中抽出到潮湿土壤中的介质中。除了诸如直接读数和耐盐碱性的某些优点外，张力计已知具有有限的土壤吸力范围(<1bar)；响应时间相对较慢；它们需要与陶瓷杯周围的土壤紧密接触以获取一致的读数，并避免频繁排放(内部水柱破裂)，需要频繁维护(重新填充)以保持管内充满水，尤其是在炎热干燥的天气中。因此，仍然需要一种通用的、持久的、耐用的、廉价的并且对土壤含水量的细微变化反应灵敏的水势效应器系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是克服用于感测和测量土壤水势的现有技术方法和系统的缺点，从而提供具有快速响应时间并且能够响应土壤含水量的细微变化的通用的、耐用的、成本有效的、范围广的水势效应器设备。本专利技术的水势效应器设备包括：透水壳体，其包括能够保持水的预定浓度的体积变化材料(VCM)，所述VCM被配置成响应于含水介质的水势的变化而增加或减小其体积；以及可压缩插入物，其被配置成维持预定的内部压力，其中壳体的内表面与VCM直接接触，并且当所述VCM的体积增加时，它变得在操作上与接收器接合，从而影响含水介质中的水势。根据第一方面，提供了一种设备，其包括：a.壳体，其包括至少一个透水部分；b.体积变化材料(VCM)，其能够保持水，其中VCM响应于水浓度的增加或减少而分别增加或减少其体积，并且其中VCM与壳体的至少一个透水部分的内表面直接接触；c.可压缩插入物，其被配置成在设备内维持至少预定的内部压力；以及d.接收器，其被配置成在预定的水浓度阈值或高于预定的水浓度阈值两者下接合VCM、可压缩插入物或两者，并且被配置成在接合时、脱离时或两者时转换信号。根据一些实施例，VCM填充壳体内空间体积的10％至90％之间。根据一些实施例，可压缩插入物填充壳体内未被VCM填充的任何空间。根据一些实施例，接收器被配置成将由VCM、可压缩插入物或两者施加的力转化成电信号或机械信号。根据一些实施例，接收器包括压力传感器、行进传感器、力传感器、阀或计量器。根据一些实施例，透水部分包括多孔材料。根据一些实施例，多孔介质是天然的、合成的或半合成的膜。根据一些实施例，可压缩插入物包括充气内部体积。根据一些实施例，VCM包括水凝胶。根据一些实施例，VCM包括杀生物剂。根据一些实施例，水凝胶是杀生物剂。根据一些实施例，VCM包括丙烯酸、甲基丙烯酸、2-溴丙烯酸、2-(溴甲基)丙烯酸、2-乙基丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙基丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠或其衍生物、氢氧化钠，或其与二丙烯酸酯、二丙烯酰胺和二乙烯基的交联剂聚合的均聚物、杂聚物或衍生物。根据一些实施例，VCM包括烷基丙烯酰胺、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐、N-叔丁基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二乙基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-[3-(二甲基氨基)丙基]甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N'-六亚甲基双(甲基丙烯酰胺)、N-羟基乙基丙烯酰胺、N-(羟基甲基)丙烯酰胺、(4-羟基苯基)甲基丙烯酰胺、2-羟基丙基-甲基丙烯酰胺、N-(异丁氧基甲基)丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺，或其与二丙烯酸酯、二丙烯酰胺和二乙烯基的交联剂聚合的均聚物、杂聚物或衍生物。根据一些实施例，VCM包括马来酸酐共聚物、聚乙烯醇共聚物、交联聚环氧乙烷、交联羧甲基纤维素或淀粉接枝共聚物的共聚物。根据一些实施例，本专利技术的设备还包括在VCM、插入物或两者与接收器之间的隔膜，其中隔膜将来自VCM、插入物或两者的力传递到接收器。根据一些实施例，该设备可操作地链接到灌溉系统，使得灌溉系统响应于所转换的信号而启动或关闭。根据一些实施例，该设备可操作地链接到土壤水势测量系统。根据一些实施例，本专利技术的设备用于测量水势。根据一些实施例，本专利技术的设备用于在设备附近的含水介质中影响水势。根据另一方面，提供了一种用于在可变深度处测量水势的湿度传感器设备，其包括：a.本专利技术的至少一个设备；b.至少一个可变扩展器，其被配置成将所述至少一种设备以预定深度插入含水介质中；c.发送器，其被配置成无线地发送关于由湿度传感器设备测量的水势的数据。根据一些实施例，本专利技术的湿度传感器设备包括本专利技术的多个设备，其中设备各自被至少一个可变扩展器隔开。根据一些实施例，本专利技术的设备还包括被配置成向设备供电的太阳能电池板，并且其中该太阳能电池板位于设备的被配置成在设备的操作期间高于地面的区域中。在一个实施例中，壳体中VCM的浓度为至少5％。在另一个实施例中，VCM的浓度在5％至90％之间。在一个实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：/na.壳体，其包括至少一个透水部分；/nb.体积变化材料(VCM)，其能够保持水，其中所述VCM响应于水浓度的增加或减少而分别增加或减少其体积，并且其中所述VCM与所述壳体的所述至少一个透水部分的内表面直接接触；/nc.可压缩插入物，其被配置成在所述设备内维持至少预定的内部压力；以及/nd.接收器，其被配置成在预定的水浓度阈值或高于预定的水浓度阈值两者下接合所述VCM、所述可压缩插入物或两者，并且被配置成在接合时、脱离时或两者时转换信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170718 IL 253540;20180426 US 62/662,9501.一种设备，包括：
a.壳体，其包括至少一个透水部分；
b.体积变化材料(VCM)，其能够保持水，其中所述VCM响应于水浓度的增加或减少而分别增加或减少其体积，并且其中所述VCM与所述壳体的所述至少一个透水部分的内表面直接接触；
c.可压缩插入物，其被配置成在所述设备内维持至少预定的内部压力；以及
d.接收器，其被配置成在预定的水浓度阈值或高于预定的水浓度阈值两者下接合所述VCM、所述可压缩插入物或两者，并且被配置成在接合时、脱离时或两者时转换信号。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述VCM填充所述壳体内所述空间体积的10％至90％。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述可压缩插入物填充所述壳体内未被所述VCM填充的任何空间。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述接收器被配置成将由所述VCM、所述可压缩插入物或两者施加的力转化成电信号或机械信号。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述接收器包括压力传感器、行进传感器、力传感器、阀或计量器。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述透水部分包括多孔材料。


7.根据权利要求6所述的设备，其中所述多孔介质是天然的、合成的或半合成的膜。


8.根据权利要求1至7中的任一项所述的设备，其中所述可压缩插入物包括充气内部体积。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述VCM包括水凝胶。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述VCM包括杀生物剂。


11.根据权利要求1至10所述的设备，其中所述水凝胶是杀生物剂。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中所述VCM包括丙烯酸、甲基丙烯酸、2-溴丙烯酸、2-(溴甲基)丙烯酸、2-乙基丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙基丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠或其衍生物、氢氧化钠、或其与二丙烯酸酯、二丙烯酰胺和二乙烯基的交联剂聚合的均聚物、杂聚物或衍生物。


13.根据权利要求1至12中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·谢特里特，
申请(专利权)人：艾德里佩尔公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL