一种简易型农作物生态环境监测仪
阅读：1009发布：2020-05-23
专利汇可以提供一种简易型农作物生态环境监测仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种简易型 农作物 生态环境监测仪，首先，借助PC阳光板材料制作的透明观察罩，营造 温室 效应 腔，利用腔内外 温度 的差值映射光照强度；其次，借助PPR材料制作的取样 支撑 管，营造 土壤 环境等势腔，腔内 感知 土壤湿度和 环境温度 ；接着，依靠低成本的游丝膨胀 力 驱动 指针 方式，在注释有农作物生长发育舒适区域的指针刻度 表盘 上显示，形象获取田间管理所需的环境温度值、土壤湿度值、光照强度值环境参数，直观洞悉农作物生态环境状况；最后，在外表面设置广告展示栏，摊薄应用成本，提高性价比。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种简易型农作物生态环境监测仪专利的具体信息内容。
1.一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，包括上方透明观察罩和下方取样支撑管，以及带知识注释的指针刻度表盘分隔产生的温室效应上腔、土壤环境等势下腔；
以带知识注释的指针刻度表盘作为底板，上方安装透明观察罩，所述底板与透明观察罩形成温室效应上腔；所述温室效应上腔内设置感受温度的上层双金属游丝；
以带知识注释的指针刻度表盘作为顶盖，下方连接取样支撑管，所述顶盖与取样支撑管形成土壤环境等势下腔，所述土壤环境等势下腔内设置指示土壤湿度值的湿度游丝、指示环境温度值的双金属游丝，以及温室效应上腔外感受温度的下层双金属游丝；
所述上层双金属游丝与下层双金属游丝之间感受温度差值，映射成光照强度值；
依靠游丝膨胀力驱动指针方式，借助带知识注释的指针刻度表盘，感知光照强度、土壤湿度、环境温度变化量，直观洞悉农作物生态环境状况。
2.根据权利要求1所述的一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，所述透明观察罩为半圆球形罩。
3.根据权利要求1所述的一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，所述透明观察罩为立式半椭球形罩，所述立式半椭球形罩的水平横轴短半径为r，竖直长轴半径为
1.618r，短、长半径之间呈现1.618倍数关系。
4.根据权利要求1所述的一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，所述带知识注释的指针刻度表盘，包含有绝热垫，指针刻度表盘面上布置有差动式光照强度指示针、环境温度指示针和土壤湿度指示针。
5.根据权利要求1所述的一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，所述土壤环境等势下腔，外表面上布置有广告张贴位。
6.根据权利要求1所述的一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，所述下方取样支撑管，插入到监测土壤中，并内置有透气隔水滤布和滤网。
7.根据权利要求1所述的一种简易型农作物生态环境监测仪，其特征在于，所述下方取样支撑管，其外侧至少设置有一片防倒伏的稳定翼。
一种简易型农作物生态环境监测仪
技术领域
[0001] 本实用新型属于检测技术领域，具体涉及一种简易型农作物生态环境监测仪。
背景技术
[0002] 农作物的一切生命活动都必须在一定的温度条件下才能正常进行。温度的高低直接影响着农作物的分布、生长发育以及体内的一切生理变化。农作物的正常生长还需要一定的昼夜温差(较高的日温和较低的夜温)，这咱现象称为生长的温周期现象。这也是农作物适应自然界温度白天较高晚上较低的结果。
[0003] 光照是制造营养物质的来源。一般来说，光照充足，光合作用旺盛，形成的碳水化合物多，农作物体内干物质积累就多，生长发育就健壮。根据农作物对光照强度要求的不同，可分为：阳性农作物(长日照农作物)、阴性农作物(短日照农作物)、中性农作物(日中性农作物)。每种农作物都有其各自的光饱和点和光补偿点。每种农作物都不能放在光强度低于其光补偿点的环境下较长时间，长期把农作物放置于高于其光补偿点但又接近补偿点的地方，对生长发育也是很不利的。
[0004] 水是农作物体的重要组成部分，也是农作物生命活动的必要条件，水是农作物进行光合作用的重要原料；土壤中的营养物质，只有溶解于水时才能被吸收利用，体内各种生理机能活动也必须在水的参与下才能开展。因此，没有水农作物就不能生存。在栽培管理上应掌握宁湿勿干的原则。
[0005] 随着检测技术的兴起，涌现了大量数字式农业环境监测仪，多功能主机通过可插拔方式，更换不同的探针，即时监测一种农业环境参数，主机上显示、储存一组数字数据。
[0006] 这类农业环境监测仪通常价格不菲，所获得的一堆数据，对长期从事田间管理的劳作者而言，难于读懂和理解，尤其都是瞬时值，不便记忆，缺乏形象感受。
[0007] 因此，大多传统农业技术中，主要依赖长期从事田间管理所积累的经验，它们都来源于劳作者对现象的感知和理解度所传承下来的知识。现多停留在感性认识和定性描述阶段，无法对当前出现的生态环境条件偏差进行直观提示。发明内容
[0008] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种简易型农作物生态环境监测仪，具有安全环保、即插即用、连续监测、简单易用、成本低廉的优势。
[0011] 以带知识注释的指针刻度表盘作为顶盖，下方连接取样支撑管，所述顶盖与取样支撑管形成土壤环境等势下腔，所述土壤环境等势下腔内设置指示土壤湿度值的湿度游丝、指示环境温度值的双金属游丝，以及温室效应上腔外感受温度的下层双金属游丝；
[0012] 所述上层双金属游丝与下层双金属游丝之间感受温度差值，映射成光照强度值；
[0013] 依靠游丝膨胀力驱动指针方式，借助带知识注释的指针刻度表盘，感知光照强度、土壤湿度、环境温度变化量，直观洞悉农作物生态环境状况。
[0014] 可选地，所述透明观察罩为半圆球形罩。
[0015] 可选地，所述透明观察罩为立式半椭球形罩，所述立式半椭球形罩的水平横轴短半径为r，竖直长轴半径为1.618r，短、长半径之间呈现1.618倍数关系。
[0016] 可选地，所述带知识注释的指针刻度表盘，包含有绝热垫，指针刻度表盘面上布置有差动式光照强度指示针、环境温度指示针和土壤湿度指示针。
[0017] 可选地，所述土壤环境等势下腔，外表面上布置有广告张贴位。
[0018] 可选地，所述下方取样支撑管，插入到监测土壤中，并内置有透气隔水滤布和滤网。
[0019] 可选地，所述下方取样支撑管，其外侧至少设置有一片防倒伏的稳定翼。
[0020] 如上所述，本实用新型的一种简易型农作物生态环境监测仪，具有以下有益效果：
[0022] 图1为一种简易型农作物生态环境监测仪的组件分解示意图；
[0023] 图2为一种简易型农作物生态环境监测仪的组件组合示意图；
[0024] 图3为半圆球形透明观察罩示意图；
[0025] 图4为立式半椭球形透明观察罩示意图；
[0026] 图5为带知识注释的指针刻度表的剖视图；
[0027] 图6为带知识注释的指针刻度表的俯视图；
[0028] 图7为螺旋管状游丝示意图；
[0029] 图8为盘状平面游丝示意图；
[0030] 图9为温差方法检测温室内光照强度原理图一；
[0031] 图10为温差方法检测温室内光照强度原理图二；
[0032] 图11一种简易型农作物生态环境监测仪外形图。
[0033] 附图标记说明
[0034] 1、透明观察罩，11、半圆球形透明观察罩，12、内螺纹，13、立式半椭球形透明观察罩，2、带知识注释的指针刻度表盘，201、绝热垫，202、带知识注释的指针刻度表盘面，203、温室效应上腔内设置的上层金属游丝，204、差动式光照强度指示针，205、环境温度指示针，206、土壤湿度指示针，207、针轴，208、湿度游丝，209、双金属温度游丝，210、土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝，211、游丝定位卡，212、游丝固定点，3、广告张贴位，4、游丝仓与缩径管，5、透气隔水滤布和滤网，6、下方取样支撑管，7、稳定翼，8、钢丝堵网。
具体实施方式
[0036] 请参阅图1至图11。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0037] 传统农业技术中，农作物生长、发育知识，源于田间管理经验的积累，劳作者对规律总结并形成的沉淀。
[0038] 表1 影响农作物生长发育的主要生态参数分解表
[0039]
[0040]
[0041] 以喜光农作物番茄为例：7.1～8.7R光合适宜，4.6～6.2R光照欠缺产量降低，2.4～2.7R光照不足产量急剧下降；在11-13h的日照下，其结果期生长最适温度15～25℃，土壤湿度60～80％。
[0042] 另外，盛夏正午日照光子流强度达到大约：每秒每平方米微摩尔2000μmol/m2s，为了简化刻度表盘面，标识单位由2000μmol/m2s相当于20R光照强度指数，即100μmol/m2s等于1R。
[0043] 到目前为止，田间管理经验、知识多停留在感性认识和定性描述阶段，无法对生态环境条件偏差指标，进行定量的直观标识。本实用新型借助一种简易型农作物生态环境监测仪，采用低成本获取生态环境参数方案，在直观获取农作物当前生长状态的同时，还指明改善环境状况的调整方向及力度。
[0044] 如附图1、2所示，本实用新型提供一种简易型农作物生态环境监测仪，包括上方透明观察罩和下方取样支撑管，以及带知识注释的指针刻度表盘分隔产生的温室效应上腔、土壤环境等势下腔；
[0045] 以带知识注释的指针刻度表盘作为底板，上方安装透明观察罩，所述底板与透明观察罩形成温室效应上腔；所述温室效应上腔内设置感受温度的上层双金属游丝；
[0046] 以带知识注释的指针刻度表盘作为顶盖，下方连接取样支撑管，所述顶盖与取样支撑管形成土壤环境等势下腔，所述土壤环境等势下腔内设置指示土壤湿度值的湿度游丝、指示环境温度值的双金属游丝，以及温室效应上腔外感受温度的下层双金属游丝；
[0047] 上层双金属游丝与下层双金属游丝之间感受温度差值，映射成光照强度值；于本实施例中，所述的感受温度的上层双金属游丝和下层双金属游丝以及指示环境温度值的双金属游丝都采用温度材料制成，其感受温变化后会膨胀和收缩，会带动指针转动。
[0048] 指示土壤湿度值的湿度游丝采用湿敏材料制成，其感受环境湿度变化后膨胀和收缩，会带动指针转动。
[0049] 依靠游丝膨胀力驱动指针方式，借助带知识注释的指针刻度表盘，感知光照强度、土壤湿度、环境温度变化量，直观洞悉农作物生态环境状况。
[0050] 所述透明观察罩1设置于带知识注释的指针刻度表盘2上，模拟农作物接受阳光照射。透明观察罩与带知识注释的指针刻度表盘形成密闭的温室效应上腔；将所接收的光照强度量形成温室腔体内温度升降值。
[0053] 因此一旦温室效应腔的腔体材质选定，热传导系数确定，其热散失量也就基本稳定。光照量强，捕获热量多，温室效应腔内温度升高，反之亦然。在有热散失情况下，光照量强弱变化，会造成温室效应腔体内温度跟随波动。
[0054] 类似于太阳光照耀物体，物体温度会随光照量强弱升降。
[0055] 如附图3、4透明观察罩示意图所示，透明观察罩1具有半圆球、立式半椭球两种形状。
[0056] 众所周知，太阳自东向西转动，光照倾斜投射在半球形透明观察罩上，垂直于光线的投影面积，认为是阳光照射下吸热有效面积，比如整圆球形透明观察罩体，各向投影面积都是圆，但半圆球形投影面积是椭圆，需要将透明观察罩事前补偿，采取立式半椭球形，才能引导投影面积趋于圆。反复计量后，立式半椭球形水平横轴短半径r时，竖立轴长半径取黄金比例1.618r较合适。
[0057] 半圆球形透明观察罩11制作相对容易，但各种角度下，接收光照投影面积不完全相同，即温室效应腔接受光照通量不相等，映射获得温室腔体内温度升降值存在误差。
[0058] 立式半椭球形透明观察罩13制作相对困难，但各种角度下，接收光照投影面积基本相同，即温室效应腔接受光照通量大致相等，映射获得温室腔体内温度升降值较为准确。
[0059] 无论采用精度要求不高的半圆球形透明观察罩，或是精度要求高的立式半椭球形透明观察罩，都通过连接内螺纹12与游丝仓与缩径管4固联。游丝仓与缩径管4即土壤环境等势下腔，其上半部分的半径大于下半部分的半径，其上半部分通过螺纹与透明观察罩固联。
[0060] 于本实施例中，下方取样支撑管6的末端插入监测土壤中约10～20cm，位于农作物根部深度。下方取样支撑管6直立安装，插入监测土壤部分由上至下设置有至少一稳定翼7。于本实施例中，稳定翼具体为呈现圆盘饼状的稳定翼，起到稳固根基、简易防盗的作用，上圆盘饼状稳定翼起到丈量埋设深度、抗倒伏的作用。
[0061] 于另一实施例中，所述下方取样支撑管6的末端设置有钢丝堵网8。钢丝堵网由钢丝细网夹入透气填料构成，防止泥土、爬虫等粗颗粒物侵入。
[0062] 于另一实施例中，所述下方取样支撑管6由采用聚丙烯PPR材料构成，与家用水管材质相同，长度约500～750cm，除埋入监测土壤中约10～20cm外，露头高度尽量方便劳作者观察。
[0063] 与游丝仓与缩径管4连接成一体的下方取样支撑管的结合部，设置有带涂层的透气隔水滤布和滤网5，这种材料应用在口罩、婴幼儿尿裤、户外冲锋衣裤等地方，空气容易穿越，而液体则不能穿越，且表面不易结垢，进一步阻止细微颗粒物、土壤中液体侵入。
[0064] 如附图5～8带知识注释的指针刻度表示意图所示，所述带知识注释的指针刻度表盘2包括：
[0065] 设置于所述温室效应腔内的带知识注释的指针刻度表盘面202、温室效应上腔内设置的上层金属游丝203、差动式光照强度指示针204、环境温度指示针205和土壤湿度指示针206；带知识注释的指针刻度表盘面作隔热处理。
[0066] 设置在游丝仓与缩径管4内的湿度游丝208、双金属温度游丝209和土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝210；上述湿度游丝与温度游丝为螺旋管状游丝。
[0067] 所述温室效应上腔内设置的上层金属游丝203的一端通过驱动装置与所述土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝210连接，另一端与差动式光照强度指示针连接；所述温室效应上腔内设置的上层金属游丝203在受热转动时发生的驱动力与所述土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝210在受热转动时的驱动力相反；所述双金属温度游丝209与所述环境温度指示针205连接；所述湿度游丝208与所述土壤湿度指示针206连接。具体地，所述双金属温度游丝209与所述环境温度指示针205通过针轴207连接；所述湿度游丝208与所述土壤湿度指示针206通过针轴207连接。于本实施例中，光照强度指示针的高度略于大于环境温度指示针，环境温度指示针的高度略大于环境温度指示针，防止指针转动时发生碰撞。
[0068] 于本实施例中，采用橡胶或塑料材料的广告张贴位3，套箍、张贴安装于游丝仓与缩径管4外表面，主要用于加载广告语、宣传标语等，摊薄劳作者应用成本，提高性价比。
[0069] 于另一实施例中，所述带知识注释的指针刻度表盘2还包括设置于带知识注释的指针刻度表盘面202下的且位于游丝仓与缩径管4上的绝热垫201。该绝热垫能最大程度减小温室效应上腔与土壤环境等势下腔之间的热量传导。即绝热垫与带知识注释的指针刻度表盘一起，绝热分隔产生的温室效应上腔、土壤环境等势下腔。
[0070] 带知识注释的指针刻度表盘面202，采用以下方法设计。
[0071] 首先，在正三角形的顶点上，分别设置为三根指示针转动原点，同时以正三角形边长为半径，以指示针转动原点为圆心画弧，所得三条弧线替代正三角形直边，按表一影响农作物生长发育的主要生态参数分解表中，测量范围栏下数据，在对应弧线段上标注量程刻度。
[0073] 其次，将田间管理经验、知识，体现在表一中注释舒适区域栏下数据，注释在带知识注释的指针刻度表盘面202上，如环境温度范围6～39℃，模拟指示针偏转，用细线画出来，获得一个扇形内区；如土壤湿度范围41～82％，同样模拟指示针偏转，用细线画出来，又获得一个扇形内区；如光照强度范围4～10R，还模拟指示针偏转，用细线画出来，再获得一个扇形内区；最后将三个扇形内区交叉重叠部分描绘出来，注释成农作物生长发育舒适区域。
[0074] 最后，为了方便辨识，用不同颜色加以区分，并对应描述文字，起警示作用；刻度表盘哑光处理，材料不限。
[0075] 图9、10为温差方法检测温室内光照强度原理图所示，温室效应上腔内设置的上层金属游丝203感受温室效应腔内的温度值，发出逆或顺时针驱动力；土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝210感受下方取样支撑管6内环境的温度值，发出相反的顺或逆时针驱动力，两个反相驱动力经传动装置相抵后，仅利用剩余力差，驱动针轴转动，带动差动式光照强度指示针204作温差或称增量指示偏转，表示消除环境基底温度影响后，单独由温室效应所造成的升降温幅度。
[0076] 连续监测过程中，全部游丝(温室效应上腔内设置的上层金属游丝203、湿度游丝208、双金属温度游丝209、土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝210)都套上杯状帽座游丝定位卡211，游丝定位卡上开有一条沿直线剪切出来的缝隙，将游丝端头从缝隙中伸出，缝隙夹持住游丝端头，形成游丝固定点212；在受环境因数变化后，游丝自身长度将改变，所产生的膨胀、收缩变形力，以游丝固定点作为支撑点；游丝另外一头自由端与针轴207连接成一体，游丝卷紧、放松动作，将驱动针轴207转动，针轴207与指针也连接成一体，进而带动指针偏转，指示测量参数。
[0077] 调试过程中，定位卡-游丝-针轴-指针连串一体后，转动游丝定位卡211，可以调整指针在带知识注释的指针刻度表2上零点位；固定端头游丝从缝隙中伸出的长度越长，相当于游丝有效工作段越短，起到调整指针偏转角度量程的效果。
[0078] 为了清楚说明，进一步举例，设想只存在土壤环境等势下腔内设置的下层双金属游丝210与差动式光照强度指示针204连串一体时，如环境温度值为23℃，则指针将顺时针方向转动到+23℃位；
[0079] 接下来，设想只存在温室效应上腔内设置的上层金属游丝203与差动式光照强度指示针204连串一体时，无光照情况下，环境温度值仍然为23℃，指针逆时针方向转动到-23℃位；
[0080] 两者组合起来使用时，在无光照情况下，两个反相驱动力经传动装置抵扣后，实际上指针分别作顺+23℃、逆-23℃时针转动，最后结果停留在0℃位。
[0081] 实验表明，确定温室效应腔腔体的材质后，光照强度量R＝A温差⊿t+B，其中A和B都是常数，R和⊿t呈现直线关系；模仿农作物接受阳光照射时，单独由温室效应所造成的腔体内温度，如上午某时刻升高到54℃，环境温度值取23℃，代入时按：
[0082] R＝0.264R/℃⊿t+0.358
[0083] ＝0.264R/℃*(54℃-23℃)+0.358
[0084] ＝8.5R
[0085] 此时光照强度指示针24，作温差8.5指示发生偏转，但在带知识注释的指针刻度表2上，光照强度对应的刻度按R值刻示，所以劳作者读取的光照强度量为8.5R，落在了表一描述的4～10R注释舒适区域内，表明农作物当前处于舒适状态下；同理，形象获取环境温度值、土壤湿度值，综合起来判断，实现了直观洞悉当前农作物所处生态环境的目的。
[0086] 又如单独由温室效应所造成的腔体内温度，中午某时刻升高到64℃，环境温度值仍取23℃，代入时还按：
[0087] R＝0.264R/℃⊿t+0.358
[0088] ＝0.264R/℃*(64℃-23℃)+0.358
[0089] ＝11.2R
[0090] 落在了表一描述的4～10R注释舒适区域外，表明农作物当前处于非舒适、暴晒状态，农作物进入了休眠、停止生长期，这时需要进行田间管理。同时参照环境温度值、土壤湿度值，分析措施有：仅在大棚上增添遮盖物以减少光照强度？在大棚上增添遮盖物以减少光照强度+开门窗通风降低环境温度？或者采取喷水雾方法，既降低环境温度，也通过水雾反射降低光照强度，还适量补充土壤湿度？
[0091] 调整持续过程，可继续按本实用新型一种简易型农作物生态环境监测仪给出的提示，依照反馈情况，掌控执行力度。
[0092] 总结起来讲，本实用新型所述的简易型农作物生态环境监测仪能够实现及时田间管理，使农作物保持舒适状态越长，对农作物生长越有利，将促进产量增加、收获时长缩短；即提高种植效率，增产增收。
[0093] 如图11所示，一种简易型农作物生态环境监测仪，首先，借助PC阳光板材料制作的透明观察罩，营造温室效应腔，利用腔内外温度的差值映射光照强度；其次，借助PPR材料制作的取样支撑管，营造土壤环境等势腔，腔内感知土壤湿度和环境温度；接着，依靠低成本的游丝膨胀力驱动指针方式，在注释有农作物生长发育舒适区域的指针刻度表盘上显示，形象获取田间管理所需的环境温度值、土壤湿度值、光照强度值环境参数，直观洞悉农作物生态环境状况；最后，在外表面设置广告展示栏，摊薄应用成本，提高性价比。
[0094] 本实用新型监测部件依靠游丝驱动指针方式，监测仪完全不耗电；低成本制作的同时植入广告位进一步摊薄成本，使用过程几乎不花钱；利用注释有农作物生长发育舒适区域的刻度表形象观察环境参数，劳作者熟悉不动脑。
[0095] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
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