申请/专利权人：中国农业科学院农田灌溉研究所

申请日：2018-03-01

公开（公告）日：2023-12-19

公开（公告）号：CN108318662B

主分类号：G01N33/24

分类号：G01N33/24;G08C17/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.19#授权;2018.08.17#实质审查的生效;2018.07.24#公开

摘要：本发明涉及一种土壤水势信息发射装置，包括土壤水势监测机构、中间腔体、滑动电阻、信息采集模块、信息转换器、信息发射模块、远程接收端和数字真空表，所述的微电源的一个电极与设置在中间腔体上的转换接线柱连接，所述的转换接线柱通过弹簧导线连接滑动电阻的滑动片，所述的滑动片通过连接杆与弹性橡胶膜片，所述的滑动电阻接线柱依次与开关、与微电源的另一个电极连接，所述的数字真空表安装在集气管上，且与集气管连通。本发明方便实现土壤水势的实时近程观测和远程有效传输、采集，为制定合理的灌溉制度、实现精准灌溉提供技术依据。

主权项：1.一种土壤水势信息发射装置，其特征在于：包括土壤水势监测机构、中间腔体、滑动电阻、信息采集模块、信息转换器、信息发射模块、远程接收端和数字真空表，所述的土壤水势监测机构包括陶土头、集气管和弹性橡胶膜片，所述的集气管一端与陶土头安装在一起，所述的集气管另一端与所述的中间腔体安装在一起，并把弹性橡胶膜片压紧密封在集气管内腔，所述的中间腔体内设置滑动电阻、微电源、弹簧导线、开关、信息采集模块、信息转换器和信息发射模块，所述的微电源的一个电极与设置在中间腔体上的转换接线柱连接，所述的转换接线柱通过弹簧导线连接滑动电阻的滑动片，所述的滑动片通过连接杆与弹性橡胶膜片连接，所述的滑动电阻接线柱依次与开关、与微电源的另一个电极连接，所述的数字真空表安装在集气管上，且与集气管连通；所述的滑动电阻包括瓷筒、支架、金属导线、导电滑动片和不导电滑动杆，所述的瓷筒和不导电滑动杆安装在支架上，所述的支架垂直固定在中间腔体上，所述的金属导线紧密缠绕在瓷筒上，所述的瓷筒上端设有一端空白区，金属导线的下端连接滑动电阻接线柱，所述的导电滑动片安装在不导电滑动杆，且导电滑动片的下端不工作时处理空白区，工作时与金属导线相接处；所述的中间腔体包括顶盖和主腔体，所述的主腔体的中下部设置有环形隔档片，所述的主腔体的中上部设置有若干个安装槽，所述的数字真空表安装头设置在环形隔档片下方的主腔体上。

全文数据：一种土壤水势信息发射装置技术领域[0001]本发明涉及一种土壤水势信息发射装置，属于农田灌溉装置领域。背景技术[0002]我国是农业大国，维持农作物的正常生长需要一个适宜的土壤水分环境，但作物对土壤水分最敏感的不是土壤含水量的绝对含量，而是具有能量状态的土壤水势。土壤含水量和土壤水势虽然均是表征土壤干湿程度的技术指标，但二者仍有不同之处。土壤含水量仅是从数量上反映土壤水分对植物生长吸水的有效性，而土壤水势是从能量角度表征土壤水分，结合土壤类型、结构和性能等来揭示土壤的干湿状况和可供作物真正、有效的水分可利用程度。节水灌溉技术是农田灌溉工程中实现高效用水、精准灌溉的先进技术，包括喷灌、滴灌和低压管灌等多种类型，其灌溉水量是根据气象、降雨、作物的需水规律和田间地块的土壤水分环境等，通过理论计算而制定出合理的灌溉水肥制度，并向田间地块进行定额灌水。这种仅以土壤含水量为计算灌水定额和控制目标的方法，从理论上虽然能够为作物提供所需的耗水量值，并以“计划被动”灌水模式，但没有考虑不同土壤类型在同一土壤含水量条件下对作物生长的土壤水分有效性，这在一定程度上不能真正与作物实际真正需要的适宜水量相适应，且仍有数量的差异，由此会引起灌水量不足或过量而使作物生长受到胁迫或抑制的现象，并造成作物减产。[0003]因此，准确监测、采集土壤水势数值将是维持作物正常生长的必要条件，也是保证制定合理的灌溉制度、节水灌溉工程高效运行、实现精准灌溉和近远程双向自动化控制的前提。目前，有关土壤水势测量的相关设备均是通过测量土壤体积含水率，用研究拟合的各类型土壤水分特征曲线来间接推求得出相应的土壤水势，而不是直接测量得出实际土壤状态下的土壤水势，且数据只能近程查看，不能实现远程的监测、采集。发明内容[0004]本发明提供了一种土壤水势信息发射装置，解决了现有土壤水势测量的相关设备不是直接测量得出实际土壤状态下的土壤水势，且数据只能近程查看，不能实现远程的监测、采集等问题。[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种土壤水势信息发射装置，包括土壤水势监测机构、中间腔体、滑动电阻、信息采集模块、信息转换器、信息发射模块、远程接收端和数字真空表，所述的土壤水势监测机构包括陶土头、集气管和弹性橡胶膜片，所述的集气管一端与陶土头安装在一起，所述的集气管另一端与所述的中间腔体安装在一起，并把弹性橡胶膜片压紧密封有机玻璃管内腔，所述的中间腔体内设置滑动电阻、微电源、弹簧导线、开关、信息采集模块、信息转换器和信息发射模块，所述的微电源的一个电极与设置在中间腔体上的转换接线柱连接，所述的转换接线柱的通过弹簧导线连接滑动电阻的滑动片，所述的滑动片通过连接杆与弹性橡胶膜片，所述的滑动电阻接线柱依次与开关、与微电源的另一个电极连接，所述的数字真空表安装在集气管上，且与集气管连通。[0006]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的滑动电阻包括瓷筒、支架、金属导线、导电滑动片和不导电滑动杆，所述的瓷筒和不导电滑动杆安装在支架上，所述的支架垂直固定在中间腔体上，所述的金属导线紧密缠绕在瓷筒上，所述的瓷筒上端设有一端空白区，金属导线的下端连接滑动电阻接线柱，所述的导电滑动片安装在不导电滑动杆，且导电滑动片的下端不工作时处理空白区，工作时与金属导线相接处。[0007]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的中间腔体包括顶盖和主腔体，所述的主腔体的中下部设置有环形隔档片，所述的主腔体的中上部设置有若干个安装槽。[0008]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的弹性橡胶膜片上设置有螺纹盲孔，所述的连接杆与弹性橡胶膜片螺纹连接。[0009]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的信息发射模块为GpRS无线传输模块。[0010]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的集气管为有机玻璃管。[0011]进一步，本发明的一种优选方案为:所述的微电源为纽扣电池。[0012]本发明的有益效果：本发明是通过土壤水势监测机构用来采集土壤旱情信息，以准确地感知地块的实际土壤水分含量、真实地反映土壤干湿状况对作物可利用的有效性;通过土壤水势变化引起弹性橡胶膜片变形，产生的往复位移使滑动电阻的通断以及电阻大小，达到土壤水势信息有效地转换为电子信号，并通过GPRS无线传输模块，既方便实现土壤水势的远程有效传输、采集，又通过数字真空表实现实时近程观测，为制定合理的灌溉制度、实现精准灌溉提供技术依据。[0013]本发明优化滑动电阻结构，所述的滑动电阻包括瓷筒、支架、金属导线、导电滑动片和不导电滑动杆，所述的瓷筒和不导电滑动杆安装在支架上，所述的支架垂直固定在中间腔体上，所述的金属导线紧密缠绕在瓷筒上，所述的瓷筒上端设有一端空白区，金属导线的下端连接滑动电阻接线柱，所述的导电滑动片安装在不导电滑动杆，且导电滑动片的下端不工作时处理空白区，工作时与金属导线相接处。通过上述结构，可以有效的实现通过土壤水势的变化，使弹性橡胶膜片产生凹面变形，从而带动导电滑动片移动，实现整个电路的通断和电流大小的变化，把土壤水势变化信号转为电流信号，通过信息采集模块采集电流变化，通过信息转换器把电流信号转化为发送的数字信号，通过信息发射模块将数字信号远程传输出去，实现土壤水势的远程传输。[0014]本发明优化中间腔体结构，通过环形隔档片固定弹性橡胶膜片，通过主腔体的中上部设置有若干个安装槽安装开关、信息采集模块、信息转换器和信息发射模块等装置，结构简单，安装方便。附图说明[0015]为了更清楚地说明本发明的技术方案，将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。[0016]图1为本发明的一个实施例的结构简图；图2为本发明的中间腔体的结构示意图；图中，1为陶土头，2为有机玻璃管，3为数字真空表，4为弹性橡胶膜片，5为环形隔档片，6为滑动电阻接线柱，7为金属导线，8为瓷筒，9为不导电滑动杆，10为空白区，11为支架，12为导电滑动片，13为弹簧导线，14为GPRS无线传输模块，15为安装槽，16为信息转换器，17为信息采集模块，18为开关，19为纽扣电池，20为连接杆，21为转换接线柱，22为顶盖，23为主腔体。具体实施方式[0017]下面将结合本发明附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的内容仅仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0018]如图1和2所示，一种土壤水势信息发射装置，包括土壤水势监测机构、中间腔体、滑动电阻、信息采集模块17、信息转换器16、信息发射模块和数字真空表3,所述的土壤水势监测机构包括陶土头1、集气管和弹性橡胶膜片4,所述的集气管一端与陶土头1安装在一起，所述的集气管另一端与所述的中间腔体安装在一起，并把弹性橡胶膜片4压紧密封有机玻璃管内腔，所述的中间腔体内设置滑动电阻、微电源、弹簧导线13、开关18、信息采集模块17、信息转换器16和信息发射模块，所述的微电源的一个电极与设置在中间腔体上的转换接线柱连接，所述的转换接线柱21的通过弹簧导线连接滑动电阻的滑动片，所述的滑动片通过连接杆与弹性橡胶膜片，所述的滑动电阻接线柱依次与开关、与微电源的另一个电极连接，所述的数字真空表安装在集气管上，且与集气管连通。集气管上设置有通孔，使数字真空表与集气管的连通，实现数字真空表测定土壤水势监测机构中压力的变化。[0019]滑动电阻包括瓷筒8、支架11、金属导线7、导电滑动片12和不导电滑动杆9,所述的瓷筒8和不导电滑动杆9安装在支架11上，所述的支架11垂直固定在中间腔体上，所述的金属导线7紧密缠绕在瓷筒8上，所述的瓷筒8上端设有一端空白区10,金属导线7的下端连接滑动电阻接线柱6,所述的导电滑动片12安装在不导电滑动杆9,且导电滑动片12的下端不工作时处理空白区10,工作时与金属导线7相接处。[0020]中间腔体包括顶盖22和主腔体23,所述的主腔体的中下部设置有环形隔档片5,所述的主腔体23的中上部设置有若干个安装槽15。转换接线柱21设置在顶盖上，顶盖22与主腔体23螺纹连接。弹性橡胶膜片4上设置有螺纹盲孔，所述的连接杆20与弹性橡胶膜片4螺纹连接。[0021]信息发射模块为GPRS无线传输模块14。远程接收端为电脑、手机、单片机等，用于接收显示信号。[0022]—种测定土壤水势的方法，包括以下步骤：1把土壤水势信息发射装置的中间腔体旋松脱离有机玻璃管2的上端口，取下弹性橡胶膜片4,把预先准备好的常温蒸馏水倒入有机玻璃管2的腔内，并注满，用弹性橡胶膜片4掩盖有机玻璃管2的端面，旋紧中间腔体，压弹性橡胶膜片4,形成密封的土壤水势监测机构；2再安装钮扣电池，达到设备的正常工作条件，设备中的开关出于常闭状态，3根据作物的主根系层深度，把土壤水势发射器的陶土头丨、有机玻璃管2均竖向埋设入土壤，并保证其陶土头1在拟测试的土层深度。[0023]通过陶土头1与土壤水的相互交换，以感应土壤水势，本发明的土壤水势信息发射器在初始状态下，其滑动电阻处于断电模式，数字真空表计数为0。当测点土壤的水势变低土壤含水量变小时，土壤水势监测机构内腔的产生负压，弹性橡胶膜片4产生的挠度，导电滑动片12向下移动，接通电路连通电路，通过信息采集模块17和信息转换器16把土壤水势产生的位移信息转换为数字信息，实时通过同时由GPRS无线传输模块14把转换形成的土壤水势数字信息实时发射出来，发射出来的信号由远程接收端接收，以后台用户远程的双向采集和观测，电子真空表实时测定实现水势信息实现进程的观察，以指导灌溉进程，达到精准控制灌溉的效果。[0024]本发明采用弹性导线来控制导电滑动片12的移动，在初始状态，由于弹力的作用平衡导电滑动片12和连接杆20的重力作用，使导电滑动片12在初始状态时处于空白区^[0025]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:包括土壤水势监测机构、中间腔体、滑动电阻、信息采集模块、信息转换器、信息发射模块、远程接收端和数字真空表，所述的土壤水势监测机构包括陶土头、集气管和弹性橡胶膜片，所述的集气管一端与陶土头安装在一起，所述的集气管另一端与所述的中间腔体安装在一起，并把弹性橡胶膜片压紧密封有机玻璃管内腔，所述的中间腔体内设置滑动电阻、微电源、弹簧导线、开关、信息采集模块、信息转换器和信息发射模块，所述的微电源的一个电极与设置在中间腔体上的转换接线柱连接，所述的转换接线柱通过弹簧导线连接滑动电阻的滑动片，所述的滑动片通过连接杆与弹性橡胶膜片，所述的滑动电阻接线柱依次与开关、与微电源的另一个电极连接，所述的数字真空表安装在集气管上，且与集气管连通。2.根据权利要求1所述的一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:所述的滑动电阻包括瓷筒、支架、金属导线、导电滑动片和不导电滑动杆，所述的瓷筒和不导电滑动杆安装在支架上，所述的支架垂直固定在中间腔体上，所述的金属导线紧密缠绕在瓷筒上，所述的瓷筒上端设有一端空白区，金属导线的下端连接滑动电阻接线柱，所述的导电滑动片安装在不导电滑动杆，且导电滑动片的下端不工作时处理空白区，工作时与金属导线相接处。3.根据权利要求1所述的一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:所述的中间腔体包括顶盖和主腔体，所述的主腔体的中下部设置有环形隔档片，所述的主腔体的中上部设置有若干个安装槽，所述的数字真空表安装头设置在环形隔档片下方的主腔体上。4.根据权利要求1所述的一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:所述的弹性橡胶膜片上设置有螺纹盲孔，所述的连接杆与弹性橡胶膜片螺纹连接。5.根据权利要求1所述的一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:所述的信息发射模块为GPRS无线传输模块。6.根据权利要求1所述的一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:所述的集气管为有机玻璃管。7.根据权利要求1所述的一种土壤水势信息发射装置，其特征在于:所述的微电源为纽扣电池。

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