一种可保持自平衡的作物生长信息传感器
阅读说明：本技术 一种可保持自平衡的作物生长信息传感器 (Crop growth information sensor capable of keeping self-balance ) 是由 刘乃森 张文宇 刘福霞 曹静 吉书雯 吴茜 朱星月 张伟欣 李文清 孙传亮 张美 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可保持自平衡的作物生长信息传感器,包括壳体,架设在壳体外的平衡装置；安装在壳体内的与壳体同轴的数据处理电路板,以数据处理电路板为对称面对称设置的电池,以及各重心均位于壳体的轴线上且上下依次设置的入射光检测机构、入射光信号检测电路板、反射光信号检测电路板和反射光检测机构；入射光检测机构中的接收器与入射光信号检测电路板的数据接收端口电性连接,反射光检测机构中的接收器与反射光信号检测电路板的数据接收端口电性连接,入射光信号检测电路板和反射光信号检测电路板的数据输出端口分别与数据处理电路板的数据接收端口电性连接；电池的正负极分别与数据接收处理电路板的正负极端口电性连接形成回路。(The invention relates to a crop growth information sensor capable of keeping self balance, which comprises a shell and a balancing device erected outside the shell; the device comprises a data processing circuit board which is arranged in a shell and is coaxial with the shell, batteries which are symmetrically arranged by taking the data processing circuit board as a symmetrical plane, and an incident light detection mechanism, an incident light signal detection circuit board, a reflected light signal detection circuit board and a reflected light detection mechanism which are sequentially arranged from top to bottom, wherein the centers of gravity of the incident light detection mechanism, the incident light signal detection circuit board, the reflected light signal detection circuit board and the reflected light detection mechanism are all positioned on the axis of the shell; a receiver in the incident light detection mechanism is electrically connected with a data receiving port of the incident light signal detection circuit board, a receiver in the reflected light detection mechanism is electrically connected with a data receiving port of the reflected light signal detection circuit board, and data output ports of the incident light signal detection circuit board and the reflected light signal detection circuit board are respectively electrically connected with a data receiving port of the data processing circuit board; the positive and negative electrodes of the battery are respectively electrically connected with the positive and negative electrode ports of the data receiving and processing circuit board to form a loop.)
技术领域
本发明涉及光学传感器监测领域，尤其涉及一种可保持自平衡的作物生长信息传感器。
背景技术
实时无损获取作物生长信息可为精准调控作物生长提供数据支撑，是智慧农业的基础。目前已在生产中推广应用的作物生长信息传感器主要集中于水稻、小麦等大田作物，但绝大多数蔬菜作物以及油料作物急需可在生产中应用的生长信息传感器。传感器通过接收阳光和作物冠层反射光强度得到作物的光谱反射率，根据反射率可计算得到作物的生长信息，在使用过程中接收阳光的传感器上表面要求处于水平状态，以保证采集数据的准确性，为此传感器会配有水平尺，由使用人员在采集数据之前调整传感器的水平状态，但人工调整水平状态的效率极低，所需时间往往为几分钟至十多分钟，而且采集数据时由人手持传感器，极难保证传感器上表面始终为水平状态，从而影响传感器采集数据的准确性。为此我们设计了本发明。
发明内容
本发明通过在传感器壳体外架设平衡装置，达到传感器自动保持平衡的效果，同时传感器上下两端设置检测机构可快速通过地物反射光信号的能量数据与太阳入射光信号的能量数据比值得到待测地物信息的反射率，工作效率很高。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种可保持自平衡的作物生长信息传感器，包括
壳体；
架设在所述壳体外的平衡装置；
安装在所述壳体内的与其同轴设置的数据处理电路板；
以所述数据处理电路板为对称面对称设置的电池安装筒；
以及各重心均位于所述壳体的轴线上且上下依次设置的入射光检测机构、入射光信号检测电路板、反射光信号检测电路板和反射光检测机构；
所述入射光检测机构中的接收器与所述入射光信号检测电路板的数据接收端口电性连接，所述反射光检测机构中的接收器与所述反射光信号检测电路板的数据接收端口电性连接，所述入射光信号检测电路板和所述反射光信号检测电路板的数据输出端口分别与所述数据处理电路板的数据接收端口电性连接；所述电池的正负极分别与所述数据接收处理电路板的正负极端口电性连接形成回路。
传感器在获取光信号的数据时，在手持或夹持状态下，上下两端的表面通常无法始终保持水平状态，使用平衡装置可减小测量误差，因此通过将电池对称置于数据处理电路板的两侧，使得数据处理电路板两侧质量基本相同，可有效帮助传感器保持平衡。传感器上下两端分别设置入射光检测机构和反射光检测机构，对地物信息进行光信号的测量时传感器的中轴线应处于竖直状态，入射光检测机构水平向上接收太阳的光信号，反射光检测机构水平向下接收地物反射的光信号，两种光信号分别通过入射光信号检测电路板和反射光信号检测电路板转换并传输至数据处理电路板，地物反射光信号的能量数据与太阳入射光信号的能量数据比值为待测地物的反射率。本发明使用时仅需手持平衡装置即可使得传感器自动保持竖直状态，并得到此良好状态下的光信号数据，可便捷快速的获取地物信息反射率，测量的工作效率很高。
本发明的进一步改进方案是，所述平衡装置为平衡环，所述平衡环由至少两个活动连接的连接环组成，包括内层的第一连接环和外层的第二连接环，所述第二连接环外固定有手柄。
本发明的进一步改进方案是，所述第一连接环为内连接环，所述壳体外壁两侧对称开设有一对架设孔，所述第一连接环内周设有用于卡入所述架设孔的卡柱，所述卡柱为圆柱形、顶部设为半球状，当所述平衡环安装在壳体上时所述卡柱的顶部与所述架设孔底部相抵触。
本发明的进一步改进方案是，所述卡柱外表面和/或架设孔内表面设置摩擦面。
本发明的进一步改进方案是，所述入射光检测机构和所述反射光检测机构的主要结构相同，包括分别设在两个检测机构的端盖、贯穿所述端盖上下表面的滤光片安装通孔以及安装在所述端盖一面与所述滤光片安装通孔同轴设置的上下开口的透光孔座，所述滤光片安装通孔内安装滤光片且通过滤光片端盖固定在透光孔座上，所述滤光片端盖上安装接收器。
本发明的进一步改进方案是，所述入射光检测机构包括第一波段入射光检测机构和第二波段入射光检测机构，所述反射光检测机构包括第一波段反射光检测机构和第二波段反射光检测机构。
本发明的进一步改进方案是，所述滤光片安装通孔内壁设有搁置台阶，所述滤光片搁置在所述搁置台阶上时，其高度高出所述透光孔座的上沿，所述滤光片通过可螺旋连接的滤光片端盖固定，所述滤光片端盖上还开设有透光孔以及用于安装所述接收器的安装孔，且所述透光孔和所述安装座均与所述透光孔座同轴设置。
本发明的进一步改进方案是，所述数据处理电路板竖直安装在所述壳体内，所述入射光信号检测电路板和所述反射光信号检测电路板分别通过插拔槽安装在所述数据处理电路板的上下端与其形成电性连接。
本发明的进一步改进方案是，在所述数据处理电路板两侧分别对称设置有竖直的电池安装筒，所述电池安装在所述电池安装筒内，所述电池安装筒的顶端为正极端，底端为负极端，所述正极端与所述数据处理电路板的电源正极端口电性连接，所述负极端通过金属引出片与所述数据处理电路板的电源负极端口电性连接。
本发明的进一步改进方案是，所述电池安装筒的底端还设有电池盖板，所述电池盖板上固定有金属压片，当所述电池盖板扣合在所述电池安装筒的底端时、所述金属压片与所述金属引出片有效接触。
本发明所带来的有益效果有：
（1）传感器在获取光信号的数据时，在手持或夹持状态下，上下两端的表面通常无法始终保持水平状态，使用平衡装置可减小测量误差，本发明的传感器，电池重量占整个传感器重量的50%以上，因此通过将电池置于数据处理电路板的两侧，使得数据处理电路板两侧质量基本相同，可有效帮助本发明的传感器保持平衡。传感器上下两端分别设置入射光检测机构和反射光检测机构，对地物信息进行光信号的测量时传感器的中轴线应处于竖直状态，入射光检测机构水平向上接收太阳光线的光信号，反射光检测机构水平向下接收地物反射的光信号，两种光信号分别通过入射光信号检测电路板和反射光信号检测电路板转换并传输至数据处理电路板，地物反射光信号的能量数据与太阳入射光信号的能量数据比值为待测地物的反射率。本发明使用时仅需手持平衡环的手柄即可使得传感器自动保持竖直，从而使得传感器上下两端接收阳光和作物反射光的表面自动处于水平状态，并得到此良好状态下的光信号数据，可便捷快速的获取地物信息反射率，即保证了测量的准确性，又提高了测量工作的效率。
（2）平衡环简单易得，至少设置两个连接环，在第二连接环外仍可以同样结构方式继续增加连接环数目，仅通过手持即达到传感器自动平衡的效果，操作非常简便。
（3）卡柱设为圆柱形且顶部设为半圆，当传感器在自身重力下沉时可保证卡柱与架设孔的接触面较小，使得平衡环架设在传感器壳体上时校灵敏，卡柱的顶部与架设孔相互抵触即顶在架设孔内壁，又有效防止因太过灵敏而引起的长时间摆动不进入稳定状态。
（4）在卡柱内表面或架设孔外表面或者两者兼有设置摩擦面，增大两者接触的摩擦，进一步减小因太过灵敏而引起的长时间摆动不进入稳定状态。
（5）传感器两端的入射光检测机构和反射光检测机构的主要结构相同，测量方式保持在相同标准，可减小测量误差，提高数据准确性。
（6）根据实际需求设置两套检测机构，各套检测机构之间根据作物信息选用不同的波段以满足研究和使用的需要。
（7）为更好的压合，滤光片搁置时的高度高于透光孔座，可使得滤光片的固定效果更好，且螺旋连接的安装方式便于拆装滤光片，方便安装与检修，并可重复使用滤光片。
（8）入射光信号检测电路板和反射光信号检测电路板分别通过插拔槽与数据处理电路板连接，既可进行信号上的传输连接又实现了方便的机械性连接，结构简单效果较好。
（9）负极端通过金属引出片电性连接至数据处理电路板，配合正极端形成给数据处理电路板供电的回路；其中电池正极端为凸起，负极端则为平面，设置负极端在底端通过电池盖板上的金属压片与金属引出片进行有效接触，相较于在此处设置正极端而言，其有效接触面积更大，接触效果好，供电效果更加稳定。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图
图2为本发明平衡环卡柱与架设孔的剖视结构示意图
图3为本发明壳体内的结构示意图
图4为本发明反射光检测机构和电池安装筒配合的结构示意图
图5为本发明剖视结构示意图
图6为图4状态的侧视剖视图
图7电池安装筒的内部结构示意图
图8为本发明实施例2滤光片端盖安装示意图
图9为本发明实施例2滤光片端盖与滤光片和端盖安装后的剖视图
图中：1-壳体；2-入射光检测机构：201-第一波段入射光检测机构、202-第二波段入射光检测机构；3-反射光检测机构：31-第一波段入射光检测机构、32-第二波段入射光检测机构；4-滤光片安装通孔；41-搁置台阶；5-滤光片；6-透光孔座；7-端盖；8-滤光片端盖；9-安装座；10-第一密封圈；11-第二密封圈；12-电池安装筒；13-电池：131-正极端、132-负极端；14-电池盖板；15-金属压片；16-金属引出片；17-平衡环：171-第一连接环、172-第二连接环；18-入射光信号检测电路板；19-反射光信号检测电路板；20-数据处理电路板；21-手柄；22-架设孔；23-卡柱；24-透光孔；25-滤光片进光孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
一种可保持自平衡的作物生长信息传感器，包括壳体1、架设在壳体1外的平衡环17，安装在壳体1内与其同轴设置的数据处理电路板20，以及以数据处理电路板20为对称面对称设置的电池安装筒12，以及各重心均位于壳体1的轴线上且上下依次设置的入射光检测机构2、入射光信号检测电路板18、反射光信号检测电路板19和反射光检测机构3；入射光检测机构2中的接收器与所述入射光信号检测电路板18的数据接收端口电性连接，反射光检测机构3中的接收器与反射光信号检测电路板19的数据接收端口电性连接，入射光信号检测电路板18和反射光信号检测电路板19的数据输出端口分别与数据处理电路板20的数据接收端口电性连接；电池13的正负极分别与数据接收处理电路板的正负极端口电性连接形成回路。
本方案中，数据处理电路板20两侧分别对称设置有竖直的电池安装筒12，本方案中，因传感器壳体1外还架设有平衡装置，故电池安装筒12设有两个且对应设于数据处理电路板20两侧，应理解的是本方案中核心思想为保持数据处理电路板20两侧平衡，而电池13质量最大，故其余结构如两边的电池安装筒12形状或边角即便没有完全相同，但因其左右质量相差的数值相对于电池13来说可忽略不计，因此也符合上述设计要求。此外其余结构也可遵循以上原则的基础上皆以数据处理电路板20为对称面对称设置，以减小对自动平衡的干扰。
本方案中，平衡装置为平衡环17，平衡环17由至少两个活动连接的连接环组成，包括内层的第一连接环171和外层的第二连接环172，其中第一连接环171为内连接环，壳体1上开设有架设孔22，第一连接环171内周设有用于卡入所述架设孔22的卡柱23，卡柱23为圆柱形、顶部设为半球状，当平衡环17安装在壳体1上时所述卡柱23的顶部与所述架设孔22底部相抵触。此外，卡柱23外表面或架设孔22内表面或卡柱23外表面和架设孔22内表面均设置摩擦面，增大两者接触的摩擦，进一步减小因太过灵敏而引起传感器长时间摆动不进入稳定状态的问题。第二连接环172外固定有手柄21。在使用过程中，持住手柄21即可，在角度发生适当偏移的情况下，即便第二连接环172呈现歪斜角度，传感器在重力作用下均能自动归正保持竖直状态。
本方案中，手柄21后端可设为螺纹式样，以便于根据应用需求螺纹连接在装置上使用。
应该知道的是，该平衡装置至少需要两个连接环即第一连接环171和第二连接环172，但是仍可增加连接环的数量，即第三连接环、第四连接环……第N连接环等。
本方案中，入射光检测机构2和反射光检测机构3的主要结构相同，包括分别设在两个检测机构的端盖7、贯穿所述端盖7上下表面的通孔4以及安装在所述端盖7一面与滤光片安装通孔4同轴设置的上下开口的透光孔座6，所述通孔4内安装滤光片5且通过滤光片端盖8固定在透光孔座6上，滤光片端盖8上安装接收器。入射光检测机构2包括第一波段入射光检测机构201和第二波段入射光检测机构202，反射光检测机构3包括第一波段反射光检测机构31和第二波段反射光检测机构32，其中第一波段与第二波段通过滤光片5的波段范围来确定，本方案中，本传感器用于测量油菜的生长信息，因此设置第一波段为710nm，第二波段为870nm，应该理解的是本传感器根据被测地物的不同可选取不同波段的滤光片5。
数据处理电路板20竖直安装在壳体1内且与壳体1同轴，入射光信号检测电路板18和反射光信号检测电路板19分别通过插拔槽安装在所述数据处理电路板20的上下端与其形成电性连接。
电池13安装在所述电池安装筒12内，电池安装筒12的顶端为正极端131，底端为负极端132，正极端131与数据处理电路板20的电源正极端口电性连接，电池安装筒12上还开设有用于穿设金属引出片16的轴向穿孔，金属引出片16一端从穿孔上端引出电性连接至数据处理电路板20的电源负极端口、另一端从穿孔下端引出有效接触至电池13的负极，电池安装筒12的底端还设有电池盖板14，电池盖板14上固定有金属压片15，当电池盖板14扣合在电池安装筒12的底端时金属压片15与金属引出片16和电池13的负极均有效接触。
入射光检测机构2和反射光检测机构3分别位于壳体1的两端，滤光片安装通孔4穿透于检测机构端盖7，由于市面购买的滤光片5本身具有厚度h1，故滤光片安装通孔4也具有深度，滤光片安装通孔4内壁设有搁置台阶41，滤光片5搁置在搁置台阶41上时、其高度高出透光孔座6的上沿，滤光片端盖8上还开设有用于安装接收器的安装座9以及透光孔24，且安装座9与透光孔24均与透光孔座6同轴设置，透光孔座6外周刻有外螺纹，外螺纹与滤光片端盖8的内螺纹相匹配，滤光片5安装在滤光片安装通孔4中时可通过滤光片端盖8旋转连接在透光孔座6上进行固定。
本方案中，透光孔座6内径与滤光片安装通孔4相同，滤光片5通过从市场购入的方式获得，通过设置不同的透光孔24的半径r和透光孔24的深度h可形成不同的视场角θ，为了适合植物生长信息的获取，反射光检测机构中的视场角θ的范围为25~30°，即r与h的比值范围设为tan12.5°至tan15°。两侧搁置台阶41之间的间隙即滤光片进光孔25，该滤光片进光孔25的半径为R，则R需满足R/(h1+h) ≥ r/h ，其中，h1为滤光片的厚度。入射光检测机构的透光孔24深度h为0。
实施例2：
本实施例2在上述实施例1的基础上，对滤光片端盖8与滤光片5之间的密封关系做了进一步的改进，在透光孔座6外周紧密套设有第一密封圈10，当滤光片端盖8旋拧至透光孔座6上时其可与第一密封圈10抵触配合。此外，将滤光片5搁置在搁置台阶上时、其高度高出透光孔座6的上沿，滤光片5上搁置第二密封圈11，当滤光片端盖8旋转至与第一密封圈10抵触时其挤压第二密封圈11和滤光片5使得滤光片5固定不动。
其余均与上述实施例相同，此处不予赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种准确即时检测POCT糖化血红蛋白分析仪