土壤环境多参数监测传感器制造技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，提供一种土壤环境多参数监测传感器，包括管体、集成探头和覆水层厚度监测探头；多个集成探头沿管体的长度方向依次设置于管体内；覆水层厚度监测探头设于管体，覆水层厚度监测探头包括光源模块、发射透镜、反射透镜和光强探测模块，光源模块能够发射两种不同波长的光线，任一光线透过发射透镜后照射至覆水层，并由覆水层反射至反射透镜，光线经过反射透镜后入射至光强探测模块，光强探测模块确定覆水层的厚度。土壤环境多参数监测传感器能够同时监测土壤水分、土壤电导率、土壤温度、土壤pH值中的至少一者和覆水层厚度，在实现一体式测量的同时，利用光学的测量方法，解决了目前覆水层厚度测量精度低的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
土壤环境多参数监测传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种土壤环境多参数监测传感器。

技术介绍

[0002]稻田土壤的电导率能够有效反映土壤肥力，稻田土壤pH值又与土壤的微生物环境紧密相关，同时，检测稻田土壤的温度、水分、覆水层厚度、电导率和pH值等多参数信息对水稻种植的节水增产具有重大意义。
[0003]目前，土壤温度、土壤水分、土壤pH值和土壤电导率的测量都已相对成熟，大部分传感器都是通过测量稻田水位的高低再通过传感器埋设的深度与水位的关系计算覆水层厚度，但这种方法容易受到水面波动、漂浮物等影响，无法精准监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种土壤环境多参数监测传感器，用以解决现有技术中覆水层厚度难以准确测量的问题。
[0005]本专利技术提供一种土壤环境多参数监测传感器，包括：管体、集成探头以及覆水层厚度监测探头；多个所述集成探头设于所述管体内，多个所述集成探头沿所述管体的长度方向依次设置，所述集成探头被配置为监测土壤水分、土壤电导率、土壤温度和土壤pH值中的至少一者；所述覆水层厚度监测探头设于所述管体，所述覆水层厚度监测探头包括光源模块、发射透镜、反射透镜以及光强探测模块，所述光源模块能够发射两种不同波长的光线，任一所述光线透过所述发射透镜后照射至覆水层，并由所述覆水层反射至所述反射透镜，所述光线经过所述反射透镜后入射至所述光强探测模块，所述光强探测模块确定所述覆水层的厚度。
[0006]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，所述光强探测模块包括半导体光电探测器、光强计算单元以及覆水层厚度计算单元；所述半导体光电探测器被配置为将入射至所述半导体光电探测器的光线转换为电信号，所述光强计算单元被配置为根据所述电信号确定反射光强度，所述覆水层厚度计算单元被配置为根据与经由所述覆水层反射的两种所述光线分别相对应的两个反射光强度确定所述覆水层的厚度。
[0007]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，所述覆水层厚度计算单元被配置为根据第一反射光强度、第二反射光强度、第三反射光强度和第四反射光强度确定所述覆水层的厚度；其中，所述第一反射光强度和所述第二反射光强度与经由所述覆水层反射的两种所述光线分别相对应，所述第三反射光强度和所述第四反射光强度与未经由所述覆水层反射的两种所述光线分别相对应。
[0008]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，所述覆水层的厚度根据以下
公式确定：;；其中，NIC为覆水层归一化测量系数，I
N0
为第一光线在无覆水层时对应的第三反射光强度，I
Nc
为第一光线在经由覆水层时对应的第一反射光强度，I
L0
为第二光线在无覆水层时对应的第四反射光强度，I
Lc
为第二光线在经由覆水层时对应的第二反射光强度，H
f
为覆水层厚度，a、b、c为通过标定获取的反演系数，第一光线的波长小于第二光线的波长。
[0009]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，所述光源模块能够交替发射400nm波长的光线和800nm波长的光线。
[0010]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，在所述集成探头被配置为监测土壤水分和土壤电导率的情况下，所述集成探头包括平行设置的两个极板，每个所述极板为条形，延伸方向与所述管体的长度方向相同。
[0011]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，在所述集成探头被配置为监测土壤pH值的情况下，所述集成探头包括锑
‑
氧化锑电极、参比电极以及绝缘体；所述参比电极为圆盘形，所述参比电极的中心设有圆形的安装槽，所述锑
‑
氧化锑电极设于所述安装槽内，所述绝缘体环设于所述安装槽的槽壁和所述锑
‑
氧化锑电极的外周之间。
[0012]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，所述土壤环境多参数监测传感器还包括电源，所述集成探头和所述覆水层厚度监测探头与所述电源电性连接，所述电源设于所述管体内，且靠近所述多个集成探头的底部。
[0013]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，所述土壤环境多参数监测传感器还包括数据传输模块，所述集成探头和所述覆水层厚度监测探头与所述数据传输模块通讯连接，所述数据传输模块设于所述管体内，且靠近所述多个集成探头的顶部。
[0014]根据本专利技术提供的一种土壤环境多参数监测传感器，在所述集成探头被配置为监测土壤水分、土壤电导率和土壤pH值的情况下，所述土壤环境多参数监测传感器还包括校准模块，所述校准模块根据土壤湿度和所述土壤水分对所述土壤电导率和所述土壤pH值进行校准。
[0015]本专利技术提供的土壤环境多参数监测传感器，多个集成探头和覆水层厚度监测探头可以同时工作，从而同时监测土壤水分、土壤电导率、土壤温度、土壤pH值中的至少一者和覆水层厚度，在实现一体式测量的同时，利用光学的测量方法，解决了目前覆水层厚度测量精度低、可靠性差的问题。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本专利技术提供的土壤环境多参数监测传感器的结构示意图；
图2是本专利技术提供的覆水层厚度监测探头的结构示意图；图3是本专利技术提供的土壤水分和电导率监测探头的结构示意图；图4是本专利技术提供的土壤pH值监测探头的结构示意图之一；图5是本专利技术提供的土壤pH值监测探头的结构示意图之二。
[0018]附图标记：1、管体；2、集成探头；21、土壤水分和电导率监测探头；211、极板；22、土壤pH值监测探头；221、锑
‑
氧化锑电极；222、参比电极；223、绝缘体；224、第一导线；225、第二导线；3、覆水层厚度监测探头；31、光源模块；32、发射透镜；33、反射透镜；34、光强探测模块；341、半导体光电探测器；35、发射光线；36、反射光线；37、支撑杆；4、电源；41、太阳能板；5、数据传输模块。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]如图1和图2所示，本专利技术实施例的土壤环境多参数监测传感器，包括：管体1、集成探头2以及覆水层厚度监测探头3。
[0021]多个集成探头2设于管体1内，多个集成探头2沿管体1的长度方向依次设置，集成探头2被配置为监测土壤水分、土壤电导率、土壤温度和土壤的酸碱度值（Potentia本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤环境多参数监测传感器，其特征在于，包括：管体、集成探头以及覆水层厚度监测探头；多个所述集成探头设于所述管体内，多个所述集成探头沿所述管体的长度方向依次设置，所述集成探头被配置为监测土壤水分、土壤电导率、土壤温度和土壤pH值中的至少一者；所述覆水层厚度监测探头设于所述管体，所述覆水层厚度监测探头包括光源模块、发射透镜、反射透镜以及光强探测模块，所述光源模块能够发射两种不同波长的光线，任一所述光线透过所述发射透镜后照射至覆水层，并由所述覆水层反射至所述反射透镜，所述光线经过所述反射透镜后入射至所述光强探测模块，所述光强探测模块确定所述覆水层的厚度。2.根据权利要求1所述的土壤环境多参数监测传感器，其特征在于，所述光强探测模块包括半导体光电探测器、光强计算单元以及覆水层厚度计算单元；所述半导体光电探测器被配置为将入射至所述半导体光电探测器的光线转换为电信号，所述光强计算单元被配置为根据所述电信号确定反射光强度，所述覆水层厚度计算单元被配置为根据与经由所述覆水层反射的两种所述光线分别相对应的两个反射光强度确定所述覆水层的厚度。3.根据权利要求2所述的土壤环境多参数监测传感器，其特征在于，所述覆水层厚度计算单元被配置为根据第一反射光强度、第二反射光强度、第三反射光强度和第四反射光强度确定所述覆水层的厚度；其中，所述第一反射光强度和所述第二反射光强度与经由所述覆水层反射的两种所述光线分别相对应，所述第三反射光强度和所述第四反射光强度与未经由所述覆水层反射的两种所述光线分别相对应。4.根据权利要求3所述的土壤环境多参数监测传感器，其特征在于，所述覆水层的厚度根据以下公式确定：;；其中，NIC为覆水层归一化测量系数，I
N0
为第一光线在无覆水层时对应的第三反射光强度，I
Nc
为第一光线在经由覆水层时对应的第一反射光强度，I
L0
为第二光线在无覆水层时对应的第四反射光强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张石锐，赵春江，张钟莉莉，沈欣，董静，史凯丽，
申请(专利权)人：北京市农林科学院智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：