一种土壤养分监测器的制作方法

1.本实用新型涉及一种土壤养分监测器。


背景技术：

2.光电比色计是一种用于检测土壤中多种营养成分的有效设备，目前常见的土壤养分检测中多采用光电比色计作为检测仪器，光电比色计主要由光源、滤光片、比色皿、光电检测器、放大和显示等六部分组成，其中光源为白光源，例如钨丝灯或卤钨灯，通过滤光片只允许一定波长范围的光透过，照射比色皿，比色皿是用来盛装所分析的样品液的，利用光电池或光电管等光电转换元件作检测器，将接收到的光信号强弱转变为电信号的大小，最后经放大，由显示部分显示出测量结果。例如中国专利文献 cn2082414u公开了 一种多功能光电比色计，由光电转换装置、比色光路、六孔转盘式透光比色装置和推拉式反光比色盒构成，光电元件采用光导管，比色光源为集光灯泡，比色架为转盘式，以及用反射光进行光电比色的装置，反光比色装置由光源灯泡、测样比色架和接受反射光的光导管组成，反射比从透光度上读出，光电元件采用ur型光导管，比色光路系统采用低电压集光灯泡光源，灯泡顶部基本固定，灯座尾端装有平面直角铁片，以调正灯泡光束后固定灯泡，比色装置采用六孔转盘式比色架和小型比色皿，六孔转盘比色架采用凹槽与凸台相密合的转盘定位结构，比色盒上插入灯泡的一个透光孔的内腔为截锥形。依据该文献记载，这种比色计可用光电比色法速测土壤养分。又如，中国专利文献cn209167097u公开了一种土壤养分检测仪用转轮式光源调节机构，包括座体，所述座体上开设有并列设置的安装槽与放置槽，座体上还开设有透光孔，所述透光孔贯穿所述安装槽与放置槽，所述安装槽内转动安装有两个相对设置的调节盘，所述调节盘呈旋转对称开设有若干安装孔，透光孔的轴线处于所述安装孔的轴线旋转轨迹上，所述安装孔内安装有滤光片，所述调节盘的周壁上开设有与安装孔相对应的槽体，调节盘和安装孔的共同的径向方向与所述槽体的底面相垂直，所述槽体的底面上还设有标识号。
3.这些技术各有特色，分别适应于各自的情形，但依然具有共同的缺陷，一是需要用滤光片滤除白光源发出的其他颜色的光，以便形成被测液体吸收程度最大颜色的光（可依据互补原理确定），由于不同检测需要不同颜色的光，这就要求光源在一定波长范围内具有较为均匀的发光能力，因此对光源的要求较为苛刻，实践中光源的使用寿命有限，例如常用的钨丝灯或卤钨灯在实验室条件下的使用寿命大约在1000-2000小时；二是大量的光能被滤除，不仅浪费能源，而且造成不应有的温升，影响长时间稳定运行及设备使用寿命；三是在滤光片周围要设置较为的遮光，以避免其他颜色的光从滤光片周围穿过。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种土壤养分监测器，这种仪器无需采用滤色片进行滤色。
5.本实用新型的技术方案是：一种土壤养分监测器，设有光源，所述光源的数量为多
个，具有多种发光颜色，各光源均为单色光源，分别具有各自的发光颜色。
6.优选地，所述光源可以为激光灯或单色led灯。
7.所述光源可以近似为点光源，所述光通道内或者其进口的外侧设有用于将光源的光转化为平行光的凸透镜。所述光源也可以近似为平行光源，在此情形下，则无需设置凸透镜。
8.进一步地，设有光源切换器上，所述光源切换器设有切换器基座和活动连接在切换器基座上的光源座，所述光源安装在光源切换器的光源座上，由此通过光源座的活动，使所需颜色的光源处于光源的检测工位（检测时所用光源应处于的工作位置）以进行相应颜色的光的检测。
9.进一步地，设有光源室和用于插放比色皿的样品槽，所述光源室和样品槽之间设有光通道，所述光通道的一端端口（可称为进光口）开设于光源室的侧壁，另一端端口（可称为出光口）开设于样品槽的侧壁。所述光源切换器安装在光源室内，光源切换器的光源座行程范围中包含分别使各光源正对光通道的各位置。
10.所述光源切换器可以为直线式切换器，所述直线式切换器中的光源座与切换器基座之间的活动连接方式为滑动连接，光源在直线式切换器的光源座上的分布方式为沿直线等间距分布。
11.进一步地，所述直线式切换器设有光源座直线驱动机构。
12.优选地，所述光源座直线驱动机构采用丝杆螺母机构，所述光源座固定连接丝杆螺母机构的螺母，在丝杆旋转时，由螺母带动光源座一同直线移动，所述丝杆螺母机构的丝杆连接有驱动电机。
13.所述光源切换器可以为转动/摆动式切换器，所述转动/摆动式切换器中的光源座与切换器基座之间的活动连接方式为转动/摆动连接，光源在转动/摆动式切换器的光源座上的分布方式为沿圆弧线（一段圆弧，或者整个圆周，以光源座的旋转中心/旋转轴线与相应横截面的交点为圆心）等间距分布（或者说等角距离分布）。
14.进一步地，所述转动/摆动式切换器设有光源座转轴，所述光源座转轴连接有驱动电机，由此通过驱动电机带动光源座转动/摆动。
15.进一步地，所述转动/摆动式切换器设有旋转式电连接器，光源通过旋转式电连接器与电源线连接。
16.本实用新型的有益效果是：由于采用激光灯、单色发光二极管等单色光源作为光源，依据检测需要设置多个不同颜色的单色光源，无需采用滤光片就能够获得所需颜色的光，由此避免了滤光片的设置，同时在现有技术背景下，能够以较低的成本就能够获得具有较好单色性的光，且由于不存在/可忽略光源所发的其他颜色光的干扰，无需设置对其他颜色的光的遮挡，简化了构造；由于无需过滤掉其他颜色（波长）的大部分光能，有利于获得较高的光能利用率，降低光源的能耗，且有利于在户外使用时延长依靠电池维持的工作时长，同时也降低了散热要求，有利于简化散热结构，保障长时间稳定工作，延长使用寿命。
附图说明
17.图1是本实用新型涉及的土壤养分监测器（光路相关部分）的一种构造示意图（俯视）；
18.图2是本实用新型涉及的土壤养分监测器（光路相关部分）的另一种构造示意图（侧视）；
19.图3是本实用新型涉及的一种光源切换器的构造示意图；
20.图4是本实用新型涉及的一种旋转式电连接器（多路）的构造示意图；
21.图5是本实用新型涉及的另一种旋转式电连接器（多路）的构造示意图。
具体实施方式
22.参见图1-5，本实用新型将土壤养分监测器的光源10由单一的白光源改为多个不同颜色的单色光源，由单色光源发出的单色光直接用于比色测试，不需要通过滤光片改变/选择光的颜色。现有技术背景下，单色光源有若干形式可选择，例如，相应颜色的led灯，或者相应颜色的激光灯等，无论这些单色性是源于电子跃迁本身还是源自单色光源的荧光粉。具体的颜色依据实际需要选取，例如，常见比色检测所用的蓝色、绿色、黄色、红色等。
23.可以是每种颜色只设置一个光源，也可以是每种颜色设置多个光源，依据实际需要选取所需的功率，或作备用。
24.依据光源的发光特性，部分光源（灯）可视为点光源，部分光源（灯）可视为平行光源。对于点光源（近似点光源）， 可以通过设置凸透镜17使其转化为平行光，对于平行光源（近似平行光源），则无需通过凸透镜的转化。由于点光源和平行光源都是理论上的，实践中没有绝对的点光源和绝对的平行光源，因此，可以将实践中能够按点光源处理的近似点光源视为点光源，将实践中能够按平行光源处理的近似平行光源视为点光源。
25.设置光源切换器进行光源的切换，将所需颜色及功率（适宜时）的光源切换到检测工位，也就是检测时光源应在的位置，以进行相应光源照射下的比色检验。
26.光源切换器中的光源座20用于安装光源，可以依据光源切换器中光源座的运动方式确定光源在光源座上的分布方式。例如，当光源座相对于切换器基座30的运动方式为直线滑动时，可以使各光源等间距分布在与光源座滑动方向平行的直线上，在光源座从一侧滑动到另一侧的过程中，各光源依次经过检测工位。依据检测需要，将光源座滑动到所需颜色的光源位于检测工位的位置上，使该光源处于检测工位，以便进行检测。当光源座相对于切换器基座的运动方式为转动或摆动（小于360
°
的往复转动，例如，45
°
、60
°
、90
°
或120
°
往复转动）时，可以使各光源等间距分布在与光源座上某点（与光源位于同一垂直于光源座旋转轴线的平面上的任一点）运动轨迹同心（圆心重叠）的圆弧（小于360
°
的圆弧线）或圆周上，在光源座从一侧转动到另一侧的过程中或者旋转一周的过程中，各光源依次经过检测工位。依据检测需要，将光源座转动到所需颜色的光源位于检测工位的位置上，使该光源处于检测工位，以便进行检测。
27.光源在光源座上安装的方向应使得当光源位于检测工位时，其发光方向为比色检测所需的发光方向，例如，直接朝向比色皿，或者朝向其他使光线能够射向比色皿的方向（例如，当光路上有反射镜进行光路转向时）。
28.土壤养分监测器的主体70上设置光源室19和样品槽60，样品槽用于插放比色皿61，其大小、形状等应符合相关要求，可以在样品槽的一侧设置由光源至样品槽的光通道50，在与光通道对应的另一侧设置感光元件（光电检测器）12，光源发出的光经光通道后射入比色皿，穿过比色皿的过程中被比色皿中的液体部分地吸收，然后从比色皿穿出射向感
光元件，依据光感元件的感应信号强度计算获得吸光度，进而计算获得所检测液体中相关成分的浓度。不同颜色的光源可用于土壤中不同营养成分的检测，进而实现土壤的多养分监测。
29.光源切换器可以采用任意适宜的现有技术。依据光源座的运动方式，有两种优选的实施方式。一种是直线式切换器（参见图2），所述直线式切换器中的光源座与切换器基座之间的活动连接方式为滑动连接（允许光源座相对于切换器基座滑动的活动连接方式），光源在直线式切换器的光源座上的分布方式为沿直线（光源座运动方向上的直线）等间距分布。
30.所述直线式切换器设有光源座直线驱动机构，所述光源座直线驱动机构采用丝杆螺母机构，所述光源座固定连接丝杆螺母机构的螺母22，在丝杆23旋转时，由螺母带动其直线移动，所述丝杆螺母机构的丝杆连接有驱动电机。可以依据现有技术设置用于限制螺母旋转的限位结构和丝杆在其安装基础（切换器基座）上的旋转连接。
31.采用直线式切换器的情形下，光源与电源之间可以采用导线实现电连接（或称电性连接）。由于光源和光源座是能够运动的，可以将导线的两端分别固定连接在固定的电源侧接线和运动的光源侧接线上，中间导线不固定，处于相对松弛状态，使得光源座在任何位置上都不会将导线扯紧、扯断，可以在光源座上和切换器基座（或光源室侧壁上）上分别设置光源侧接线用的光源侧集线器（接线端子组合）和电源侧接线用的电源侧集线器，通过排线（排线形式的导线）或若干单线实现两集线器相应端子之间的导线连接。
32.光源切换器的另一种优选实施方式是转动/摆动式切换器（参见图1）。所述转动/摆动式切换器中的光源座与切换器基座之间的活动连接方式为转动/摆动连接（允许光源座相对于切换器基座转动/摆动的活动连接方式），光源在转动/摆动式切换器的光源座上的分布方式为沿圆弧线等间距（或者说等角距离）分布。
33.所述转动/摆动式切换器设有光源座转轴26，所述光源座转轴连接有驱动电机。
34.采用转动/摆动式切换器的情形下，光源与电源之间可以采用旋转式电连接器实现电连接。旋转式电连接器可以采用任意适宜的现有技术，可以为转动连接器，也可以为摆动连接器，可以依据光源切换器的具体运动方式配套设置。
35.所述转动连接器（参见图4）包括若干圆盘（采用导电材料）41及分别与各圆盘配套的若干第一片簧（采用导电材料）45和若干第二片簧（采用导电材料）46，所述圆盘依次固定套设在光源座转轴上，可以采用螺丝紧固或粘结等方式实现两者之间的固定，各圆盘之间设有绝缘垫（光源座轴是绝缘的，或者光源座轴与各圆盘之间亦设有绝缘垫），所述第一片簧和第二片簧的自由端分别压在相应圆盘的周面上，所述第一片簧的固定端固定连接在光源座上，所示第二片簧的固定端固定连接在切换器基座或光源室壁上，可以设置相应的连接件实现这些连接。例如，可以设有用于安装第一片簧的第一片簧固定架28和用于安装第二片簧的第二片簧固定架78，所述第一片簧固定架可以固定安装在光源座上，所述第二片簧固定架可以固定安装在切换器基座上或者光源室的侧壁或底面上。对于任一光源，可以通过两组连接件（圆盘、第一片簧、第二片簧）实现其两个接线端与相应电源侧接线的连接。例如，对于光源上的任一接线端子与外部导线（电源侧接线）的连接可以为：将外部导线固定连接第二片簧（例如，焊接或螺丝固定），将与同一圆盘接触的第一片簧通过导线连接光源侧接线（接线端子）。
36.所述摆动连接器（参见图5）包括若干扇形盘（亦可为圆盘，采用导电材料）42及分别与各扇形盘配套的若干第一片簧（采用导电材料）45，所述扇形盘依此固定安装在光源座转轴上，可以在其扇形的角部设有能够固定套设在光源座轴上的套环，可以采用螺丝紧固或粘结等方式实现两者之间的固定，各扇形盘之间设有绝缘垫（光源座轴是绝缘的，或者光源座轴与各扇形盘之间亦设有绝缘垫），所述第一片簧的自由端压在相应扇形盘的周面上，所述第一片簧的固定端固定连接在光源座上的光源侧接线（例如，光源侧集线器），可以设置相应的连接件实现第一片簧固定端在光源座上的固定连接，例如，可以设有用于安装第一片簧的第一片簧固定架，所述第一片簧固定架可以固定安装在光源座上。对于任一光源，可以通过两组连接件（扇形盘、第一片簧）实现其两个接线端与相应电源侧接线（例如，电源侧集线器）的连接。例如，对于光源侧集线器上的任一接线端子与电源侧接线端子的连接可以为：先将连接用导线47的一端固定连接在电源侧接线上，将另一端从光源座轴上的中孔（采用中空轴）穿入，再从轴侧壁上的通孔穿出，然后焊接在或通过螺丝紧固连接在扇形盘上，与该扇形盘接触的第一片簧通过导线连接光源侧的一个接线端子。
37.根据实际需要，可以设置独立的切换器基座，将独立的切换器基座固定安装在光源室的底面上，或者以光源室的底面作为切换器基座，在光源室的底面上设有用于安装光源座轴的结构及其他所需结构。
38.光源切换器的驱动也可以采用手动方式，即以手动拨杆、旋钮、摇把等手动驱动件替代相应的驱动电机。例如，所述丝杆螺母机构的丝杆可以连接有手动驱动件，以替代用于驱动丝杆的电机；又如，所述光源座转轴连接可以有手动驱动件，以替代驱动光源座轴的电机。
39.依据实际需要，可以在光源切换器上设置分级定位结构，以实现各光源在检测工位上的定位。例如，在切换器基座上设置与光源座对应的弹力销（碰珠），在光源座上与弹力销相对的面上设置分别与各光源对应的若干凹坑（凹槽），凹坑在光源座上的位置设置应使得当该凹坑恰好与弹力销相对时，对应的光源恰好处于检测工位，由此，当某个光源处于检测工位时，弹力销在其弹簧的作用下插向相应的凹坑，发出碰撞声响并产生额外的运动阻力，由此提示使用者有光源恰好处于检测工位且产生出相应的定位作用力（运动阻力），如果驱动电机或手动驱动件停止驱动，则光源座定位在相应的位置，如果驱动电机或手动驱动件继续驱动，则驱动力克服弹力销的定位作用力而使光源座继续运动，弹力销的设置位置宜保证在光源座的全部行程范围内，都有适应于设置凹坑的光源座表面与其相对。凹坑的大小和形状应适应于相对定位的要求，在光源座不受驱动时，弹力销能够将光源座固定住，在光源座受驱动时，光源座能够继续运动。
40.可以依据现有技术进行监测器（比色计）的其他设置。
41.本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

技术特征：
1.一种土壤养分监测器，设有光源，其特征在于还设有光源切换器、光源室和用于插放比色皿的样品槽，所述光源的数量为多个，具有多种发光颜色，所述光源切换器设有切换器基座和活动连接在切换器基座上的光源座，所述光源安装在光源切换器的光源座上，所述光源室和样品槽之间设有光通道，所述光通道的进光口开设于光源室的侧壁，出光口开设于样品槽的侧壁，所述光源切换器安装在光源室内，光源切换器的光源座行程范围中包含分别使各光源正对光通道的各位置。2.如权利要求1所述的土壤养分监测器，其特征在于所述光源为激光灯或单色led灯。3.如权利要求1所述的土壤养分监测器，其特征在于所述光源近似为点光源，所述光通道内或者其进口的外侧设有用于将光源的光转化为平行光的凸透镜。4.如权利要求1所述的土壤养分监测器，其特征在于所述光源切换器为直线式切换器，所述直线式切换器中的光源座与切换器基座之间的活动连接方式为滑动连接，光源在直线式切换器的光源座上的分布方式为沿直线等间距分布。5.如权利要求4所述的土壤养分监测器，其特征在于所述直线式切换器设有光源座直线驱动机构，所述光源座直线驱动机构采用丝杆螺母机构，所述光源座固定连接丝杆螺母机构的螺母，所述丝杆螺母机构的丝杆连接有驱动电机。6.如权利要求1所述的土壤养分监测器，其特征在于所述光源切换器为转动/摆动式切换器，所述转动/摆动式切换器中的光源座与切换器基座之间的活动连接方式为转动/摆动连接，光源在转动/摆动式切换器的光源座上的分布方式为沿圆弧线等间距分布。7.如权利要求6所述的土壤养分监测器，其特征在于所述转动/摆动式切换器设有光源座转轴，所述光源座转轴连接有驱动电机。8.如权利要求7所述的土壤养分监测器，其特征在于所述转动/摆动式切换器设有旋转式电连接器，光源通过旋转式电连接器与电源线连接。

技术总结
本实用新型涉及一种土壤养分监测器，设有光源室和用于插放比色皿的样品槽，光通道的一端端口开设于光源室的侧壁，另一端端口开设于样品槽的侧壁，光源室内设有光源切换器，多个不同颜色的单色光源安装在光源切换器的光源座上，光源切换器的光源座行程范围中包含分别使各光源正对光通道的各位置。本实用新型采用相应颜色的单色光源进行比色检测，不需要通过滤光片将白光转化为所需的单色光，有助于节省能源，降低温升，实现长时间稳定工作，可用于多种土壤养分的监测。种土壤养分的监测。种土壤养分的监测。


技术研发人员：祖大磊 段瑞彬 王鹏飞 付红林 舒健骅 孙宏彦 王月容 胡雪凡 张春和
受保护的技术使用者：北京世纪立成园林绿化工程有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/8/8