一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器

1.本实用新型涉及一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，属于灌溉施肥智能装备技术领域。


背景技术：

2.灌溉施肥过程中，肥液多营养组分及其含量的在线快速检测是该领域的研究难点，也是制约其智能化的关键环节，现有灌溉施肥系统在进行灌溉施肥作业时，难以在线、实时地将水肥混合溶液中的各种肥料种类及其含量(浓度)同时检测出来。目前肥液组分及其含量的检测方法主要有：电导电极法、离子选择电极法、基于ec和ph检测法等方法，但现有的方法存在以下不足：电导电极法检测肥液时只能反映总体的反应浓度；离子选择电极法只能用于检测特定的离子组分且具有明显的交叉敏感性；基于ec和ph的肥液在线检测法：ec值和ph值只能反映肥液的整体的浓度及其组分情况，难以全面反映肥液所含的组分及其浓度信息，
3.针对当前检测现况，为了弥补现有设备的不足，有必要提出一种电容式肥液检测传感器。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，通过双层圆筒构建了基于电容式肥液检测的平台，通过该平台可以进一步用于参与肥液组分、浓度数据的采集，从而用于检测肥液的组分、浓度。
5.本实用新型的技术方案是：一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，包括传感器外壳2、电极板ⅰ6、电极板ⅱ9、套筒10；其中电极板ⅰ6、电极板ⅱ9通过套筒10安装形成内圆筒、外圆筒，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外圆筒外侧安装传感器外壳2。
6.所述套筒10一端设有外螺纹1，套筒10另一端设有内螺纹5，通过外螺纹1、内螺纹5用于将多个基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器连接构成多段式结构，用于与待测施液管道连接。
7.所述电极板ⅰ6、电极板ⅱ9分别为两块，具体为：内层极板ⅰ6-1、内层极板ⅱ9-1、外层极板ⅰ6-2、外层极板ⅱ9-2，两块分隔的内层极板ⅰ6-1、内层极板ⅱ9-1通过套筒10构成内圆筒，两块分隔的外层极板ⅰ6-2、外层极板ⅱ9-2通过套筒10构成外圆筒。
8.内圆筒、外圆筒用于构成两组电容：内圆筒直接与待测肥液接触，内圆筒与外圆筒之间存在间距，一侧外层极板ⅱ9-2与另一侧内层极板ⅰ6-1构成第一对极板，一侧外层极板ⅱ6-2与另一侧内层极板ⅰ9-1构成第二对极板，第一对极板的引出线为引出线ⅰ9-3、引出线ⅱ6-3，第二对极板的引出线为引出线ⅲ9-4、引出线ⅳ6-4；或者，
9.内圆筒、外圆筒用于构成一组电容：内圆筒直接与待测肥液接触，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外层极板ⅰ6-2、外层极板ⅱ9-2作为一对电容极板，该电容极板的引出线为引出线ⅰ9-3、引出线ⅳ6-4。
10.所述的传感器外壳2设有用于安装信号调理电路的电路安装盒4，信号调理电路用于连接电极板ⅰ6、电极板ⅱ9的引出线。
11.所述传感器外壳2通过卡箍3固定在外圆筒外侧。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过内外圆筒的构建使极板形成电容关系，进而通过信号调理电路输出不同的信号的相频/幅频变化输出，实现对肥液浓度及其组分的检测，通用性较高；再进一步，整个结构上下一端为外螺纹、另一端为内螺纹的设计既可以用于连接管道的同时构建多段式检测平台，从而用于同一管道内肥液不同组分及浓度的检测。
附图说明
13.图1是本实用新型立体结构示意图；
14.图2是本实用新型立体内部结构示意图；
15.图3是本实用新型局部剖视示意图；
16.图4是本实用新型电极板结构示意图；
17.图5是本实用新型信号调理电路连接图；
18.图中各标号：1-外螺纹、2-传感器外壳、3-卡箍、4-电路安装盒、5-外螺纹、6-电极板ⅰ、7-极板引线孔ⅰ、8-极板引线孔ⅱ、9-电极板ⅱ、10-套筒、6-1-内层极板ⅰ、6-2-外层极板ⅰ、6-3-引出线ⅱ、6-4-引出线ⅳ、9-1-内层极板ⅱ、9-2-外层极板ⅱ、9-3-引出线ⅰ、9-4-引出线ⅲ。
具体实施方式
19.实施例1：如图1-5所示，一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，包括传感器外壳2、电极板ⅰ6、电极板ⅱ9、套筒10；其中电极板ⅰ6、电极板ⅱ9通过套筒10安装形成内圆筒、外圆筒，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外圆筒外侧安装传感器外壳2。通过设置传感器外壳2可以进一步将检测电极板与外界电气隔离，以防止肥液检测出现误差。
20.进一步地，可以设置所述套筒10一端设有外螺纹1，套筒10另一端设有内螺纹5，通过外螺纹1、内螺纹5用于将多个基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器连接构成多段式结构，用于与待测施液管道连接。
21.进一步地，可以设置所述电极板ⅰ6、电极板ⅱ9分别为两块，具体为：内层极板ⅰ6-1、内层极板ⅱ9-1、外层极板ⅰ6-2、外层极板ⅱ9-2，两块分隔的内层极板ⅰ6-1、内层极板ⅱ9-1通过套筒10构成内圆筒，两块分隔的外层极板ⅰ6-2、外层极板ⅱ9-2通过套筒10构成外圆筒；内层极板ⅰ6-1、内层极板ⅱ9-1与套筒10接合处可以采用防水胶处理。
22.进一步地，可以设置内圆筒、外圆筒用于构成两组电容：内圆筒直接与待测肥液接触，内圆筒与外圆筒之间存在间距，一侧外层极板ⅱ9-2与另一侧内层极板ⅰ6-1构成第一对极板，一侧外层极板ⅱ6-2与另一侧内层极板ⅰ9-1构成第二对极板，第一对极板的引出线为引出线ⅰ9-3、引出线ⅱ6-3，第二对极板的引出线为引出线ⅲ9-4、引出线ⅳ6-4；或者，
23.内圆筒、外圆筒用于构成一组电容：内圆筒直接与待测肥液接触，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外层极板ⅰ6-2、外层极板ⅱ9-2作为一对电容极板，该电容极板的引出线为引出线ⅰ9-3、引出线ⅳ6-4，以两个外层极板与两个内层极板中间的间隔的空气、内极板、待
测肥液作为电介质，使得两外层极板构成一组电容关系。
24.如果采用两组电容的连接方式，则将两组电容串联后与信号调理电路连接。上述内层极板引出线可以通过极板引线孔ⅰ7、极板引线孔ⅱ8从套筒引出再经外壳引出通过导线与电路安装盒4中信号调理电路相连接，外层极板引出线通过外壳引线孔引出通过导线与信号调理电路连接。电容即图5中电容，图5中仅仅展示一组电容的情况，如果为两组，直接将两组电容串联即可。对于多个传感器组成的多段式结构，每个传感器可以根据需要选择一组电容或者两组电容的连接方式。
25.进一步地，可以设置所述的传感器外壳2设有用于安装信号调理电路的电路安装盒4，将信号调理电路安装在电路安装盒4内部，信号调理电路用于连接电极板ⅰ6、电极板ⅱ9的引出线。电容传感器极板作为电容元件与上述电路连接，信号调理电路为基于rlc的串联电路有三个接线端包括：传感器供电端(in)、传感器信号输出端(out)、公共端(com)，其中传感器供电与信号输出共用一个公共端(com)，为了方便接线，传感器外壳的电路安装盒设置有四个接线柱，即：(c1)、(c2)、传感器供电端(in)、传感器信号输出端(out)，其中公共端c1与公共端c2内部连接在一起为同一个电位点。
26.进一步地，可以设置所述传感器外壳2通过卡箍3固定在外圆筒外侧。
27.再进一步地，可以设置所述电极板采用紫铜制作，套筒、传感器外壳采用绝缘材料制作。
28.本实用新型的使用方式可以为：
29.该传感器为圆筒型设计，一端开口作为肥液入口，另一侧开口肥液出口，传感器中间流入待测肥液并且传感器套筒有可镶嵌电极板的槽口用于安装四片弧形电极板，电极板引线与安装盒4中的信号调理电路相连接，肥液检测时，将传感器嵌入安装到灌溉施肥管道中，通过对传感器施加设定频率的激励信号(正弦交流号)，当传感器内流入不同的待测混合肥液的组分及其浓度变化时会产生电介质响应变化，使得传感器的等效电容变化，传感器信号调理电路将传感器的输出信号转换为不同的相频、幅频信号响应变化输出，通过实验测试一系列不同组分和浓度的待测肥液，传感器在多个特征激励信号作用下的输出响应变化，并建立肥液检测模型，通过检测传感器信号调理电路输出不同的相频/幅频信号输出，实现对肥液组分(种类)及其浓度的检测，同时该传感器设有内螺纹1、外螺纹5，其目的，一是便于与检测管道相连接，二是可设计多个大小、形状相同的传感器，通过螺纹连接构成多段式结构，每一段只负责检测特定的一种肥液浓度及其组分信息，实现多段并行检测，本实用新型通过对肥液组分及其浓度检测，通用性较高。
30.上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，其特征在于：包括传感器外壳（2）、电极板ⅰ（6）、电极板ⅱ（9）、套筒（10）；其中电极板ⅰ（6）、电极板ⅱ（9）通过套筒（10）安装形成内圆筒、外圆筒，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外圆筒外侧安装传感器外壳（2）。2.根据权利要求1所述的基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，其特征在于：所述套筒（10）一端设有外螺纹（1），套筒（10）另一端设有内螺纹（5），通过外螺纹（1）、内螺纹（5）用于将多个基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器连接构成多段式结构，用于与待测施液管道连接。3.根据权利要求1或2所述的基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，其特征在于：所述电极板ⅰ（6）、电极板ⅱ（9）分别为两块，具体为：内层极板ⅰ（6-1）、内层极板ⅱ（9-1）、外层极板ⅰ（6-2）、外层极板ⅱ（9-2），两块分隔的内层极板ⅰ（6-1）、内层极板ⅱ（9-1）通过套筒（10）构成内圆筒，两块分隔的外层极板ⅰ（6-2）、外层极板ⅱ（9-2）通过套筒（10）构成外圆筒。4.根据权利要求3所述的基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，其特征在于：内圆筒、外圆筒用于构成两组电容：内圆筒直接与待测肥液接触，内圆筒与外圆筒之间存在间距，一侧外层极板ⅱ（9-2）与另一侧内层极板ⅰ（6-1）构成第一对极板，一侧外层极板ⅰ（6-2）与另一侧内层极板ⅱ（9-1）构成第二对极板，第一对极板的引出线为引出线ⅰ（9-3）、引出线ⅱ（6-3），第二对极板的引出线为引出线ⅲ（9-4）、引出线ⅳ（6-4）；或者，内圆筒、外圆筒用于构成一组电容：内圆筒直接与待测肥液接触，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外层极板ⅰ（6-2）、外层极板ⅱ（9-2）作为一对电容极板，该电容极板的引出线为引出线ⅰ（9-3）、引出线ⅳ（6-4）。5.根据权利要求1或2所述的基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，其特征在于：所述的传感器外壳（2）设有用于安装信号调理电路的电路安装盒（4），信号调理电路用于连接电极板ⅰ（6）、电极板ⅱ（9）的引出线。6.根据权利要求1或2所述的基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，其特征在于：所述传感器外壳（2）通过卡箍（3）固定在外圆筒外侧。

技术总结
本实用新型公开了一种基于双层圆筒结构的电容式肥液检测传感器，包括传感器外壳、电极板Ⅰ、电极板Ⅱ、套筒；其中电极板Ⅰ、电极板Ⅱ通过套筒安装形成内圆筒、外圆筒，内圆筒与外圆筒之间存在间距，外圆筒外侧安装传感器外壳。本实用新型通过内外圆筒的构建使极板形成电容关系，进而通过信号调理电路输出不同的信号的相频/幅频变化输出，实现对肥液浓度及其组分的检测，通用性较高；再进一步，整个结构上下一端为外螺纹、另一端为内螺纹的设计既可以用于连接管道的同时构建多段式检测平台，从而用于同一管道内肥液不同组分及浓度的检测。用于同一管道内肥液不同组分及浓度的检测。用于同一管道内肥液不同组分及浓度的检测。


技术研发人员：李加念 杨传科 高远
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2021.09.10
技术公布日：2022/5/25