RS64100B1 - Uređaji i postupci za in-situ analizu tla - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na oblast analize zemljišta, posebno - ali ne ograničavajući se na - tehničku analizu poljoprivrednog ili hortikulturnog zemljišta. Pronalazk se posebno odnosi na senzorski uređaj za analizu in-situ tla, metod za analizu in-situ tla i uređaj konfigurisan za sprovođenje metoda analize zemljišta, gde ovaj uređaj zajedno i u interakciji sa jednim ili više senzorskih uređaja predstavlja sistem za analizu in-situ tla.

[0002] U oblasti analize zemljišta trenutno se koriste u suštini analitičke metode zasnovane na laboratoriji, koje se zasnivaju na činjenici da se iz zemljišta koje treba analizirati uzima jedan ili više uzoraka, transportuje u odgovarajuću laboratoriju i tamo se priprema i analizira. Nakon toga, se kreira odgovarajući analitički izveštaj i šalje se primaocu ili klijentu. Po pravilu, između uzimanja uzoraka i obaveštavanja o rezultatu analize prođe najmanje nekoliko dana, ali obično nedelja, naročito tokom peroda najveće potražnje kao što je proleće (za centralnu Evropu). U tipičnoj standardnoj laboratoriji za analizu zemljišta, sadržaj vode, mikro i makronutrijentan sadržaj, električna provodljivost, vrsta zemljišta, pH, kao i dostupne i ukupne količine ili koncentracije azota, fosfora i ugljenika mogu se odrediti korišćenjem standardizovanih analitičkih metoda zasnovanih na laboratoriji. Tipičan uzorak zemljišta za farmera uključuje, na primer, parametare tipa zemljišta, azot, fosfor, kalijum, magnezijum, bor, bakar, cink, mangan i sadržaj gvožđa, kao i pH zemljišta i eventualno izjavu o njegovim krečnim zahtevima. Iako su metode koje se koriste u takvim laboratorijskim analizama veoma tačne, one nisu "in-situ", odnosno ne mogu se koristiti bez prethodnog uzorkovanja i ne na licu mesta na zemljištu koje treba analizirati, na primer poljoprivredno ili hortikulturno područje, bilo zato što neophodna tehnička oprema nije mobilna, ili zato što su za analizu potrebni standardizovani ekološki uslovi, koji se mogu realizovati samo u laboratoriji.

[0003] Kao alternativa analizi zemljišta u laboratoriji, neke metode za in-situ ili polu-in-situ analizu zemljišta su već dostupne danas. Međutim, analitički spektar je ograničen na analizu sadržaja vode, pH vrednosti i električne provodljivosti i vrste zemljišta iz uzorka zemljišta. Međutim, drugi parametri, kao što su parametri kalijuma, magnezijuma, bakra, mangana, cinka, broma, gvožđa, raspoloživog fosfora, humusa, kao i ukupan sadržaj azota i ukupan sadržaj ugljenika, koji su veoma relevantni za poljoprivrednike i hortikulturiste, trenutno ne mogu da se analiziraju in-situ. Pored toga, nijedan od ranije poznatih metoda in-situ analize ne dozvoljava pravno usaglašenu dokumentaciju o rezultatima merenja ili rezultatima analize, što može biti osnova za reviziju zakonskih propisa, kao što su zakonski propisi o đubrivu itd., u mnogim zemljama.

[0004] Iz patenta US 5,621,669 A je poznata je senzorska sonda za vlagu i druga svojstva rasutih materijala. On uključuje funkcije selekcije, unosa, nadrazaja i izolacije za dobijanje signala od grupe senzora, pretvaranje signala u digitalne informacije, korelaciju delova informacija i prenos informacija na neke spoljne aktuatore i daljinske prijemnike i kontrolere.

[0005] Iz patenta US 2003/0009286 A1 poznat je uređaj i metod za evidentiranje karaktetistika zemljišta, koji su konfigurisani da izazovu efikasno prikupljanje informacija o visokoj preciznosti podataka o distribuciji karakteristika zemljišta na poljoprivrednom polju i kolektivnom upravljanju informacijama o podacima.

[0006] Iz patenta US 9.285.501 B2 poznat je multi-senzorski sistem za brzo in-situ merenje difuznog odraza zemljišta, provodljivosti zemljišta i drugih svojstva zemljišta u tri dimenzije poznate.

[0007] Iz patenta US 7.944.220 B2 poznat je senzor sadržaja vlage za merenje sadržaja vlage medijuma. Senzor sadrži sondu koja hrani električni signal u medijumu. Složena prepreka između sonde i izvora električnog signala omogućava mernoj elektronici da generiše signal koji ukazuje na sadržaj vlage unutar medijuma na osnovu promena u dozvoli medijuma.

[0008] Iz patenta US 5.859.536 A poznat je merni uređaj, koji se sastoji od par mernih elektroda koje su raspoređene u medijumu, i strujnog kola koje je povezano sa mernim elektrodama putem mreža koje se podudaraju sa impedansom za generisanje izlaznog signala koji varira kao odgovor na kapacitivni rast u medijumu. Kolo se sastoji od prvog dela sa mernim elektrodama i drugog dela, uključujući oscilator. Delovi prvog i drugog kola su podešeni na njihovu impedansu kako bi se omogućilo preciznije merenje kapacitivnih promena.

[0009] Iz patenta CN 106950183 A je poznat prenosivi uređaj za detekciju hranjivih materija u zemljištu na osnovu spektralne tehnologije.

[0010] Iz patenta US 2018/0085003 A1, je poznat ručni spektrometar koji se može koristiti za osvetljavanje objekta i merenje jedne ili više spektra. Spektralni podaci objekta mogu da se koriste za određivanje jednog ili više atributa objekta. Spektrometar može biti u paru sa bazom podataka spektralnih informacija koje se mogu koristiti za određivanje atributa objekta. Sistem spektrometra može da sadrži ručni komunikacioni uređaj povezan sa spektrometrom sa kojim korisnik može da pravi unose vezane za izmereni objekat.

[0011] Iz patenta US 2016/0033437 A1 poznata je platforma za daljinske senzore sa jeftinim senzorom dodira, koja je u paru sa kapacitivnim pločama za merenje kapacitivnosti tla. Senzorska platforma može imati i druge senzore za merenje drugih parametara bašte, kao što su otpornost zemljišta, pH zemljišta, ambijentalno svetlo, temperatura zemljišta ili vazduha i vlažnost vazduha. Na osnovu merenja otpornosti i kapaciteta zemljišta, može se utvrditi sadržaj vlage zemljišta.

[0012] Iz patenta EP 1 203 955 A1 je poznat metod merenja zemljišta, koji koristi uređaj za merenje za svojstva zemljišta. Metod podrazumeva prikupljanje mernih podataka iz senzora zemljišta na osnovu informacija koje se odnose najmanje na tip zemljišta na mestu merenja i sadržaj vode. U cilju izračunavanja svojstava zemljišta, prikupljeni podaci o merenju unose se u model koji se određuje na osnovu informacija vezanih za taj tip zemljišta i sadržaj vode.

[0013] Cilj ovog pronalaska je da obezbedi unapređene uređaje i metode za in-situ analizu zemljišta. Konkretno, predmet pronalaska je da obezbedi uređaje i metode za in-situ analizu zemljišta, koji u poređenju sa ranije poznatim rešenjima, omogućava analizu dodatnih svojstava zemljišta i / ili postizanje poboljšanog kvaliteta rezultata analize.

[0014] Rešenje ovog problema se postiže u skladu sa doktrinom nezavisnih zahteva. Različita otelotvorenja i dalji razvoj pronalaska predmet su zavisnih tvrdnji.

[0015] Prvi aspekt pronalaska odnosi se na senzorski uređaj za analizu in-situ zemljišta.

[0016] Senzorski uređaj se sastoji od senzorskog sklopa koji ima jedan ili više senzora, koji su konfigurisani pojedinačno ili kumulativno za istovremeno in-situ merenje najmanje dva, po mogućstvu najmanje tri ili svih, od sledećih svojstava zemljišta koja treba analizirati i obezbediti odgovarajuće odgovarajuće merne podatke: (a) spektar impendanse, (b) temperaturu i (c) Spektar apsorpcije u spektralnom opsegu u rasponu od NIR-a (blizu infracrvenog spektra spektra) do UV (ultraljubičastog spektra) opseg NIR-VIS-UV i opciono (d) kiselog i baznog karaktera, posebno pH. U ovom slučaju, rastojanje definisano u pogledu njihovih dotičnih mernih transdukcija između svakog senzora senzorske montaže ne prelazi vrednost od 10 cm, po mogućstvu od 5 cm i posebno po mogućstvu od 3 cm. Senzorski modul je konfigurisan da meri naizmeničnu trenutnu otpornost prizemnog odeljka koji će se meriti kao funkcija učestalosti mernog naizmeničnog napona primenjenog na prizemni deo za in-situ merenje spektra impedanse.

[0017] Pod pojmom „In-situ analiza zemljišta“ u smislu pronalska se podrazumeva analiza zemljišta, posebno zemljišta na poljoprivrednoj ili hortikulturnoj površini koja se obrađuje, u kojoj se merene željenih svojstava zemljišta vrši na licu mesta na zeljištu, sama po sebi, na način da to ne zahteva uzimanje uzorka sa tla. Konkretno, analiza zemljišta in-sitU može se sprovesti tako što će se poređati odgovarajući senzorski uređaj na zemljištu ili iznad tla koje se analizira, ili biti delimično uveden u njega, tako da tehnologija senzora može da izmeri relevantno svojstvo zemljišta, pri tome, bar suštinski, ostaje nepromenjeno na mestu. Procena mernih podataka generisanih pomoću jednog ili više in-situ merenja u svrhu dalje analize zemljišta mimo nabavke podataka o čistom merenju može se sprovesti i "in-situ", odnosno na mestu merenja, ali to nije obavezno. Nasuprot tome, analiza zemljišta na osnovu činjenice da se prvo uzima uzorak iz tla koji treba analizirati, a koji se zatim podvrgne merenju na istoj ili drugoj lokaciji i, ako je potrebno, daljoj analizi, nisu in-situ analiza zemljišta u smislu pronalska.

[0018] Pod pojmom "Istovremeno" in-situ merenje nekoliko svojstava zemljišta treba shvatiti kao "in-situ" proces merenja u kojem se periodi merenja za merenje najmanje dva svojstva zemljišta preklapaju bar delimično. Konkretno, merenja nekoliko svojstava zemljišta koja se zapravo odvijaju tačno istovremeno su i istovremena merenja u smislu pronalaska, kao što su merenja u kojima se, na primer, prvi period merenja za merenje prvog svojstva zemljišta ne podudara baš sa drugim mernim periodom, za drugo svojstvo zemljišta, ali postoji bar jedan vremenski interval u kojem se oba svojstva mere istovremeno. Merni period za svojstvo zemljišta definiše se kao period u kojem je aktivan odgovarajući sistem senzora u cilju izvršavanja pridruženog merenja samog svojstva zemljišta ili količine koja se koristi za njegovo indirektno utvrđivanje.

[0019] Pod pojmom "spektar impendanse" se podrazumeva spektar naizmenične struje (impendasa Z) jednog materijala, u ovom slučaju deo zemljišta koji treba izmeriti, kao funkciju frekvencije (ω), na primer pomoću elektroda na prizemni deo, primenjujući merenje naizmeničnog napona, što se posebno može uraditi pomoću matematičke funkcije Z (ω). Naizmenična otpornost mrežnog elementa sa dva pola (ovde zemljani deo) definisana je kao odnos električnog napona prema struji.

[0020] Pod pojmom „apsorpcioni spektar“ u smislu pronalaska, se podrazumeva elektromagnetni spektar koji sadrži "tamne" spektralne linije, odnosno rezove u spektralnom profilu, koji nastaju kada širokopojasno elektromagnetno zračenje ozrači ili prodre u materiju i radijacijska kvanta zračenja (fotone) određenih talasnih dužina ili opsege talasnih dužina koje apsorbuje materija. Mogu se javiti jedan ili više različitih mehanizama absopcije, obično u zavisnosti od talasne dužine. Konkretno su mogući elektronski prelazi između različitih energetskih nivoa atoma, molekula ili kristala ili drugih čvrstih tela (na primer u kontekstu osvetljenosti), kao i nadražaja drugih stepena slobode, posebno rotacionih ili vibracionih stepena slobode molekula i u čvrstim telima. Poređenjem dobijenog spektra apsorpcije, posebno refleksije spektra, sa odgovarajućom referentnim spektrom, kvalitativnim i/ili kvantitativnim zaključcima može se izvući materijalni sastav odmerene materije.

[0021] Pod pojmom "merni transdukter" ili skraćeno "transdukter" u smislu pronalaska se podrazumeva deo mernog uređaja, odnosno senzora, koji reaguje direktno na mernu promenljivu. Transdukter čini prvi element mernog lanca. Konkretno, transdukter može biti implementiran - ali ne ograničavajući se na to - u obliku jedne ili više elektroda, optičkog prijemnika ili senzora temperature. Razdaljina između dva transduktera je najkraća razdaljina između njih.

[0022] Senzorski uređaj prema prvom aspektu pronalaska se karakteriše po tome što sa jedne strane može da detektuje najmanje dva različita svojstva zemljišta pomoću senzora i, bar suštinski, nedestruktivno, koja su takođe izabrana tako da postoji jasna korelacija između njih, što omogućava da se iz mernih podataka dobijenih sredstvima za fuziju podataka u poređenju sa pojedinačnim merama da se postigne povećan kvalitet analize zemljišta. Pored toga, izmereni promenljivi transduktori senzora su koncentrisani u veoma skučenom prostoru (npr. na površini od ≤ 100 cm<2>, poželjno ≤ 25 cm<2>, po mogućstvu ≤ 9 cm<2>), tako da se može pretpostaviti da je izmereni presek tla homogen u dobroj aproksimaciji, koja se koristi za dalje poboljšanje tačnosti merenja, posebno u pogledu činjenice da je korelacija između pojedinačnih rezultata merenja snažno zavisna snažno zavisi od udaljenosti i obično samo na male udaljenosti omogućava značajno poboljšanje kvaliteta analize zemljišta pomoću fuzije podataka.

[0023] Pored toga, merenja se odvijaju istovremeno, tako da se greške u merenju koje zavise od vremena se mogu svesti na minimum. Do takve greške u merenju inače bi moglo da dođe, na primer, ako bi merenje impedanse dovelo do lokalnog zagrevanja tla, što bi onda dovelo do falsifikovanog očitavanja temperature u vremenski odloženom naknadnom merenju temperature. Pored toga, kombinacija pomenutih različitih metoda merenja omogućava postizanje svojstava zemljišta mimo prethodnih mogućnosti za in-situ merenje kombinovanjem mernih podataka pojedinačnih merenja. U poređenju sa čisto sekvencijalnim pojedinačnim merenjima, istovremena merenja takođe skraćuju ukupno vreme potrebno za proces merenja.

[0024] S obzirom na to da je uzimanje uzoraka zemljišta kao i njihovo uvođenje u laboratoriju kod in-situ analize izostavljeno, rezultati analize zemljišta mogu se dati u najkraćem mogućem roku, posebno na licu mesta direktno tokom merenja, tako da nije potrebno značajno vremensko odlaganje dok rezultati analize ne budu dostupni.

[0025] Poželjna rešenja senzorskog uređaja su opisana u nastavku, od kojih svaki, ukoliko to nije izričito isključeno ili je tehnički nemoguće, može da se kombinuje proizvoljno jedan sa drugim kao i sa drugim aspektima opisanog pronalaska.

[0026] U nekim rešenjima, montaža senzora uključuje senzor impedanse za in-situ akviziciju spektra impendanse tla koji treba analizirati. Ovo ima (i) element prvog nosača; (ii) dve provodničke staze raspoređene na prvom elementu nosača ali električno izolovane od njega i jedna od druge, od kojih najmanje jedna sadrži polimer otporan na električnu provodnu koroziju ili kompozitni materijal; (iii) i kontrolni uređaj. Kontrolni uređaj je konfigurisan da primenjuje naizmenični napon između dva provodna koloseka, čija frekvencija varira u unapred određenom frekventnom opsegu, a samim tim i u radu senzorskog uređaja, kada se uvede u zemljište da se analizira na takav način da su provodnici u električnom kontaktu sa njim, da se otkrije spektar impedansne tla koji treba analizirati kao odgovor na naizmenični napon koji se primenjuje na njemu preko provodnih koloseka i da ga obezbedi u obliku odgovarajućih mernih podataka. Na taj način, senzorski uređaj je u stanju da zabeleži spektar impedanse zemljišta koji treba analizirati, uz pomoć kojeg se posebno mogu odrediti različite vrste zemljišta, teksture zemljišta, provodljivosti, sadržaja vode, koncentracije jona i vrste jona.

[0027] Poseban dizajn staza provodnika na nosećem elementu, kao i njihov poseban izbor materijala omogućavaju kako posebno dobar električni kontakt sa okolnim tlom, tako i visoku otpornost, posebno otpornost na abraziju i koroziju, na zemlji, a samim tim i dug radni vek senzorskog uređaja.

[0028] Kontaktni vodovi mogu biti posebno namotani na prvom elementu nosača, po mogućstvu tako da dva provodnika idu paralelno jedan sa drugim, što je posebno precizno i prostorno optimizovano rešenje. "Električna provodljivost" je fizička varijabla koja ukazuje na to koliko je jaka sposobnost supstance da sprovodi električnu struju. "Električna provodljivost" za potrebe pronalaska je stoga shvaćena kao električna provodljivost koja (na 25°C) iznosi najmanje 106 S/m, tj. najmanje odgovara provodljivosti metala.

[0029] U nekim drugim rešenjima, prvi noseći element je električni provodljiv, posebno metalni, bar u jednoj oblasti pokrivenoj kontaktnim vodovima, a kontrolni uređaj je dodatno konfigurisan da električni potencijal ove najmanje jedne oblasti se stavi na prizemni potencijal tokom otkrivanja spektra impendanse zemljišta koji treba analizirati. Na taj način, oštećenje signala zabeleženog spektrom impedanse spoljnim elektromagnetnim spojnicima može se smanjiti ili čak izbeći. Potencijal zemlje može biti posebno potencijal uzemljenja (nulti potencijal) napajanja senzora, na primer punjive baterije koja se koristi u ovu svrhu.

[0030] U nekim daljim rešenjima, unapred određeni frekventni opseg uključuje opseg od 100 Hz do 1 MHz, pri čemu se može utvrditi spektar koji, zbog svoje širine i položaja u elektromagnetnom spektru, omogućava da se posebno dobro donose zaključci o različitim svojstvima zemljišta.

[0031] U nekim daljim rešenjima, prvi noseći element je projektovan kao bar delimično šuplji trn za bar delimično uvođenje u zemljište koje treba analizirati. Pored toga, izolacioni sloj se nanosi na površinu trna na koji su zauzvrat raspoređene dve staze kalemova posebno namotanih. Kontrolni uređaj je raspoređen unutar šupljeg dela prvog nosećeg elementa. Dizajn prvog nosećeg elementa u obliku trna služi da se delimično ubaci (probuši) u zemlju da se analizira, i da se pri tome dovedu u kontakt provodničke staze koje služe kao merljivi transdukteri senzora impedanse. Pomoću izolacije, provodničke staze su električno dekodirane jedna od druge i od trna koje se, kao što je gore opisano, može posebno staviti na prizemni potencijal. Pored toga, kontrolni uređaj unutar šupljeg dela prvog nosećeg elementa je zaštićen od neželjenih uticaja, sa zemlje ili okoline, posebno od prašine, vlage i supstanci koje izazivaju koroziju.

[0032] U nekim sledećim rešenjima, sklop senzora za detekciju temperature zemljišta koji treba analizirati uključuje senzor temperature, koji je integrisan zajedno sa senzorom impedanse kao integrisanim sklopom senzora za impedansu/temperaturu, i konfigurisan da istovremeno in-situ detektuje i spektar impedanse i temperaturu zemljišta Na ovaj način se određuju ne samo najmanje dve različite izmerene promenljive, koje, kako je gore objašnjeno, omogućavaju širi spektar determinabilnih svojstava zemljišta, nego i veći kvalitet analize, a omogućena je i posebno visoka gustina integracije, što omogućava da se senzorski uređaj dizajnira na način koji posebno štedi prostor.

[0033] Senzor temperature, ili njegovi delovi, mogu se posebno postaviti i kao kontrolni uređaj unutar visokog dela prvog nosećeg elementa, kako bi se zaštitio od neželjenih spoljnih uticaja.

[0034] Prvi noseći element i/ili bar jedna od provodnih šina može posebno poslužiti kao sonda za merenje temperature (odnosno merni transdukter) i biti termički povezana sa senzorom temperature.

[0035] Poželjno je da prvi noseći element ili najmanje jedna provodna staza bude od dobrog termički provodljivog materijala, posebno metala kao što je aluminijum ili dobar termički provodni polimer ili kompozitni materijal.

[0036] U nekim rešenjima, senzor temperature je integrisan u kontrolni uređaj, na primer na zajedničkom PCB-u ili zajedničkom integrisanom kolu, što je zauzvrat povoljno u smislu visoke integracije senzora uređaja, posebno u pogledu postizanja što većeg obima optimizovanog rasporeda mernih transdukcija različitih senzora i senzorkih uređaja.

[0037] U nekim rešenjima, senzor temperature je raspoređen unutar električno provodnog dela prvog nosećeg elementa, što rezultira bar delimičnmm zaštitom senzora temperature od bilo kakvih elektromagnetnih interakcija koje generišu putanje provodnika prilikom primene naizmeničnog napona, čime se povećava tačnost merenja i neželjeni efekti smetnji.

[0038] U nekim rešenjima, montaža senzora uključuje montažu apsorpcionog spektrometra za in-situ detekciju apsorpcionog spektra tla koji treba analizirati. Ovo se sastoji od najmanje dva, posebno konstruisana na osnovu Fabry-Perot interferometra, MEMS apsorpcionih spektrometra, (tj. apsorpcioni spektrometri koji su bar delimično proizvedeni MEMS tehnologijom, a posebno sadrže MEMS komponente) čija se spektralna pokrivenost razlikuje bar za delimične regije elektromagnetnog spektra, gde se kumulativno po ukupnoj vrednosti MEMS apsorpcionog spektrometra zemljišta koje se analizira, koji ima obe proporcije u NIR opsegu, kao i u VIS opsegu, kao i u UV opsegu. Naročito, spektralna pokrivenost može dosledno da se kreće od NIR opsega do opsega UV zračenja i posebno uključuje opseg od 350nm do 1700nm kako bi se omogućilo posebno snažno razlikovanje spektralnog opsega koji je redovno posebno relevantan za analizu zemljišta.

[0039] U nekim rešenjima montaža apsorpcionog spektrometra sastoji se od pokretnog, naročito rotirajući i/ili translatorno pokretljivog nosača na kome su apsorpcioni spektrometri raspoređeni tako da se nađu na pokretu nosača u odnosu na virtuelnu mernu površinu, na kojoj u mernom režimu senzorskog uređaja tlo koje treba analizirati a time i apsorpcioni spektrometri koji treba skenirati područje zemljišta može se spektrometrično izmeriti da bi se uhvatio spektar apsorpcije integrisan iznad oblasti koja treba da se skenira. Na taj način mogu se postići statistički upotrebljiviji i precizniji rezultati, pri tome se može skenirati najveća moguća površina zemljišta idealno na najvećoj mogućoj udaljenosti. U slučaju rotirajućeg nosača, izmereni spektar apsorpcije se može posebno integrisati ili prosečno nad uglom rotacije nosača, a u slučaju translacionog pokreta posebno preko udaljenosti ovog translacionog pokreta. Na taj način, nespecifične karakteristike zemljišta, kao što su sitno kamenje, grančice itd., u proseku imaju samo smanjen, posebno mali uticaj na dobijene rezultate merenja, koji se takođe mogu eliminisati bar u velikoj meri, posebno pomoću ciljanog filtriranja, na primer pomoću graničnih vrednosti.

[0040] U nekim rešenima najmanje jedan izvor elektromagnetnog zračenja je dodatno raspoređen na pokretnom nosaču, koji je konfigurisan da bude relativan u radu merenja tokom kretanja nosača u odnosu na mernu površinu regiona zemljišta uzorkuje spektrometar apsorpcije kako bi se generisao apsorpcioni spektar. Na taj način je sa jedne strane moguće skenirati uvećanu površinu zemljišta usled kretanja, ali sa druge strane ostaviti relativno pozicioniranje izvora radijacije na spektrometri apsorpcije nepromenjeno, što posebno može rezultirati povećanom preciznošću merenja i može smanjiti ili izbeći rad na podešavanju.

[0041] U nekim rešenjima montaža apsorpcionog spektrometra dalje se sastoji od pokretnog uređaja za zatvarač. Ovo je konfigurisano tako da privremeno povuče otvor u definisanu oblast razmaka između apsorpcionih spektrometra i merne površine, gde se sa strane otvora okrenutog ka apsorpcionim spektrometrima upućuje kalibracija, kao što je posebno Spektralon, za kalibraciju najmanje jednog, po mogućstvu svih apsorpcionih spektrometara. Kao rezultat toga, senzorski uređaj može automatski da se kalibriše, na primer nakon određenog unapred određenog broja procesa merenja (npr. pomoću tamne struje i referentne kalibracije), posebno u okviru same in-situ analize zemljišta.

[0042] U nekim rešenjima, montaža apsorpcionog spektrometra dalje se sastoji u opsegu talasne dužine koji odgovara apsorpcionom spektru, barem suštinski, prozirnoj optici, koja je raspoređena u prostoru između apsorpcionih spektrometra i merne površine kako bi se prostorno razdvojile. U ovom slučaju, optika je obezbeđena sa njene strane okrenuta ka mernoj površini hidrofilnim nano premazom, što posebno može imati povećanu otpornost na ogrebotine u poređenju sa materijalom tela optike. Optika se može posebno koristiti od safirnog stakla za postizanje najveće moguće otpornosti na ogrebotine. Prostorno razdvajanje posebno služi za zaštitu apsorpcionog spektrometra, ako je potrebno, uređaja za zatvaranje od neželjnih spoljnih uticaja (posebno od prašine, vlage, mehaničkih uticaja), na primer od strane tla koje treba analizirati.

[0043] U nekim rešenjima, sklop senzora sadrži sklop za merenje potencijala za in-situ detekciju kiselog ili baznog karaktera, posebno pH vrednosti zemljišta koje treba analizirati. Ovo se sastoji od: (i) drugog nosaćeg elementa, (ii) elektrolita/metalne referentne elektrode raspoređene u ili na drugom nosaćem elementu; (iii) elektrode metalnog oksida koja se nalazi na površini drugog nosaćeg elementa namenjenog tokom merenja za kontakt sa zemljištem radi analize; (iv) jonske dijafragme raspoređene na drugom nosaćem elementu između elektrode metalnog oksida i elektrolitne/metalne referentne elektrode i u kontaktu sa elektrolitom/metalnom referentnom elektrodom; (v) elektrode otporna na koroziju koja se nalazi na površini drugog nosaćeg elementa koji je obezbeđen za kontakt sa zemljištem radi analize i električno izolovan od elektrode metalnog oksida; i (vi) merni uređaj. U ovom slučaju, merni uređaj je konfigurisan: (a) da odredi trenutno stanje elektrode metalnog oksida, za merenje električne otpornosti koja se javlja između kalibracione elektrode i elektrode metalnog oksida i/ili električnog kapaciteta koji se javlja između njih kada su ove dve elektrode u kontaktu sa zemljištem koje treba analizirati; i (b) da se odredi kiseli ili bazni karakter, posebno pH, zemljišta koje se analizira, da se izmeri električna potencijalna razlika koja se javlja između referentne elektrode i elektrode metalnog oksida, uzimajući u obzir mernu kalibraciju koja je prethodno utvrđena na osnovu utvrđenog trenutnog stanja elektrode metalnog oksida, ako su ove dve elektrode u kontaktu sa zemljištem koje treba analizirati.

[0044] Merenje kiselog ili baznog karaktera zemljišta pomoću potencijalnog sklopa merenja može se izvršiti u skladu sa radom tako da se prema gorenavedenoj osobini (b) izmerena električna potencijalna razlika između referentne elektrode pod elektrodama metalnog oksida. Ova potencijalna razlika zavisi od kiselog ili baznog karaktera zemljišta, koje je u kontaktu sa dve elektrode tokom procesa merenja, tako da se može koristiti za njegovo merenje. Izmereni potencijal odgovara ili odgovara barem RedOx potencijalu između dve elektrode, gde je odgovarajuća hemijska RedOx formula sledeća:

RedOx xMe yH2O <->MexOy+ y2H<+>+ y2e-

[0045] Skraćenica "Me" označava metal. Razlika potencijala je zasnovana na određenim elektrohemijskim svojstvima senzora na bazi metal oksida / metala, posebno pH senzora, gde sistem metal oksid /metalni sistem može biti posebno Sb 2 O 3 / Sb, IrO 2 / IR, TIO 2 / TI ili RuO 2 / Ru. Ovi materijali imaju direktnu zavisnst od oksidacije ili redukcije sa dobrom električnom provodnošću u odnosu na okolnu koncentraciju vodoničnih jona (pH vrednost) u zemljištu. Njihov Redox potencijal se može povezati sa referentnom elektrodom i iz nje se može utvrditi kiseli ili bazni karakter ili pH vrednost zemljišta. Pored toga, materijal elektrode metalnog oksida je po mogućstvu odabran tako da ima dobru otpornost na ogrebotine i udare (na zemlju), što je slučaj i sa pomenutim sistemima materijala.

[0046] Razlika Redox potencija se određuje merenjem jonske struje koja teče između dve elektrode kroz jonsku dijafragmu, pri čemu je poželjno obezbediti dodatni konvertor impedansa ili pojačalo za konverziju ili pojačavanje samo veoma slabih struja pre njihovog merenja u svrhu povećane merljivosti i preciznosti. Takođe, veličina jonske dijafragme je po mogućstvu izabrana u odnosu na veličinu (drugog) nosećeg elemnta što većeg kako bi se obezbedila najveća moguća poprečna površina za protok jonske struje kroz jonsku dijafragmu.

[0047] Međutim, metalni oksidi su obično samo ograničeno otporni na koroziju na kiseline ili baze, tako da se elektrode metalnog oksida često razgrade tokom vremena kada se koriste za analizu zemljišta, što posebno može dovesti do smanjenja debljine sloja elektrode metalnog oksida sa posledičnom promenom električne otpornosti, samim tim i jačine struje a samim tim i rezultata merenja. Stoga je merni uređaj prema podfunkciji (a) dodatno konfigurisan da odredi trenutno stanje, posebno trenutnu debljinu sloja, elektrode metalnog oksida merenjem električne otpornosti (ili provodljivosti) koja se javlja između elektrode kalibracije i elektrode metalnog oksida i/ili električnog kapacita koji ih povezuje. Konkretno, merenje se može sprovesti ciklično. Provodljivost i/ili kapacitet zemljišta mogu se posebno odrediti, osim ako nije poznato apriori, pomoću pomenutog senzora impedanse senzorskog uređaja, tako da se u skladu sa provodljivošću ili električnom otpornošću ili kapacitativnošću sloja metalnog oksida može odrediti merni uređaj pomoću navedenog merenja, pritom provodljivost ili kapacitativnost metalnog oksida koji je u korelaciji direktno sa metalnim oksidama. Tako se merenje može rekalibrirati pomoću mernog uređaja na osnovu merenja stanja elektrode metalnog oksida ako je potrebno, posebno preventivno ciklično, kako bi se osigurala tačnost merenja čak i tokom dužeg vremenskog perioda uprkos razgradnje metalnog oksida.

[0048] U nekim rešenjima, kalibraciona elektroda je napravljena od materijala koji sadrži električni provodljiv polimer i polimer otporan na koroziju i/ili kompozitni materijal otporan na koroziju. Posebno, ovi materijali mogu imati prednost u manjoj težini, visokoj otpornosti na koroziju i dugoj trajnosti i stabilnosti kao referenci za kalibraciji.

[0049] U nekim rešenjima drugi potporni element se dizajnira kao trn za barem sekcijalni uvod u zemljište koje treba analizirati, gde se izolacioni sloj nanosi na površinu trna na kojoj se raspoređuje elektroda metalnog oksida, jonska raskrsnica i/ili kalibraciona elektroda. Ovo omogućava posebno kompaktnu implementaciju. Pored toga, elektrolit/metalna referentna elektroda može biti povoljno raspoređena u okviru (drugog) nosaćeg elementa, i na taj način zaštićena od neželjenih spoljnih uticaja.

[0050] U nekim rešenjima, senzorski uređaj dalje uključuje komunikacioni uređaj za prenos snimljenih mernih podataka za njihovu evaluaciju na spoljnu suprotnu stranu u odnosu na senzorski uređaj. Suprotna strana posebno može da koristi poseban uređaj za procenu ili daljinsku računarsku platformu, na primer u Cloud okruženju ili Beckend server ili distribuiranu računarsku mrežu. Na taj način, dalja obrada mernih podataka radi utvrđivanja konačnih rezultata analize zemljišta može se preneti sa senzorskog uređaja, što može biti posebno korisno ako su potrebna složena, vremenski zahtevna izračunavanja, koja se mogu izvršiti brže ili bolje na centralnim ili specijalizovanim računarskim sistemima nego lokalno na samom senzoru.

[0051] Međutim, podjednako je moguće i u drugim rešenjima obezbediti opremu potrebnu za procenu rezultata merenja u samom senzorskom uređaju. Međutim, čak i u ovom slučaju, može biti ekspeditivno obezbediti navedeni komunikacioni uređaj u senzorskom uređaju, bar da bi se omogućilo daljinsko ažuriranje softvera koji se koristi za procenu i/ili kontrolu senzora.

[0052] U nekim rešenjima, komunikacioni uređaj je konfigurisan da bežično prenosi merne podatke pomoću komunikacije zasnovane na LoRa radio tehnologiji i/ ili NarrowBand Internetu, NB-loT, radio tehnologiji. Ove tehnologije su posebno korisne kada senzorski uređaj treba da se koristi na mestima gde nedostaje ili je nedovoljno formirana druga pokrivenost radija podataka, na primer preko konvencionalnog mobilnog radija. Pomenute radio tehnologije omogućavaju bežični prenos podataka na razdaljinama do 30 km, što odgovara približno dvostruko većem od maksimalnog dometa (terminal - bazna stanica) konvencionalnih mobilnih radio tehnologija. Potrošnja energije je obično veoma niska, tako da se ove tehnologije mogu koristiti i u mobilnim uređajima kojima upravlja baterija. Pored toga, barem je upotreba LoRa tehnologije bez licenci u mnogim zemljama, što ima odgovarajući pozitivan efekat na operativne troškove.

[0053] Komunikacioni uređaj može posebno biti konfigurisan za prijem podataka, posebno ekterno utvrđenih podataka o rezultatima analize zemljišta, tako da odgovarajuće informacije na samom senzoru na odgovarajućem interfejsu ljudske mašine, na primer uređaj za prikaz ili optički ili akustični izlazni uređaj mogu biti dostupni korisniku in-situ analizi.

[0054] U nekim rešenjima, senzorski uređaj dalje sastoji se od bezbednog uređaja za skladištenje protiv neovlašćenog pristupa zaštićenog skladišta jedinstvenog uređaja identifikacije senzorskog uređaja i / ili barem kriptografskog ključa za šifrovanje merenja i / ili metapodataka koji se prenose pomoću komunikacionog uređaja. Metapodaci mogu posebno - ali bez ograničenja gde su - predstavljati lokaciju, vreme i/ili režim merenja in-situ merenja napravljenog sa senzorskim uređajem, kao i identifikaciju uređaja ili identifikaciju korisnika. Na taj način se posebno može realizovati komunikacija putem komunikacionog uređaja, koji je posebno zaštićen od napada "čoveka u sredini", kao i identitet uređaja zaštićen od neovlašćene modifikacije.

[0055] U nekim rešenjima komunikacioni uređaj je dodatno konfigurisan da zabeleži merenje i / ili metapodatke koji se prenose na blockchain koji se javlja kao spoljni pandan ili da podstakne drugu stranu da zapiše merenje i/ili metapodatke koji se prenose na njega u blockchain. Ova rešenja su posebno pouzdana u pogledu pravno sigurne dokumentacije rezultata merenja. Pored toga, ova rešenja takođe omogućavaju zaštitu komunikacije, posebno u pogledu zaštite od naknadnog falsifikovanja dobijenih rezultata merenja ili rezultata analize zemljišta.

[0056] U nekim rešenjima, senzorski uređaj je konfigurisan da potvrdi identitet korisnika senzora i da omogući prenos merenja i /ili metapodataka spoljnom partneru samo ako je potvrda identiteta bila uspešna. Ova mera se takođe može koristiti za zaštitu komunikacije i dokumentacije rezultata merenja od napada, posebno u pogledu falsifikovanja mernih podataka. Jednom ili više pomenutih zaštitnih mera, mogu se postići preduslovi za postizanje pravno sigurne dokumentacije o rezultatima merenja, koja mogu biti propisana zakonom.

[0057] U nekim rešenjima senzorski uređaj dalje sadrži uređaj za pozicioniranje za određivanje trenutne pozicije senzorskog uređaja i obezbeđivanje odgovarajućih metapodataka koji karakterišu poziciju. To posebno omogućava obezbeđivanje lokacije za merenje zajedno sa podacima o merenju pomoću odgovarajućih metapodataka. Pored toga, može se primeniti i prostorni monitoring senzorskog uređaja, koji takođe pruža dodatnu zaštitu od zloupotrebe, a posebno zloupotrebe od strane neovlašćenih lica.

[0058] U nekim rešenjima, senzorski uređaj je dizajniran kao prenosna jedinica. To posebno znači da dimenzije i težina uređaja omogućavaju jednostavno nošenje korisnicima, na primer do merne tačke na obradivom zemljištu, bez daljeg odlaganja. Idealno bi bilo, dakle, dimenzije senzora u svakom smeru su maksimalno nekoliko decimetara, npr. < 50 cm) i težina je po mogućstvu ispod 25 kg, idealno ispod 10 kg. Tako se senzorski uređaj može koristiti posebno fleksibilno, i bez pomoći vozila ili drugih manevarskih uređaja.

[0059] Drugi aspekt pronalaska odnosi se na kompjuterski implementiran metod za analizu zemljišta, koji se sastoji od:

(i) primanje mernih podataka koji se odnose na najmanje dva, po mogućstvu najmanje tri ili svih svojstava zemljišta, a od sledećih svojstava zemljišta koje treba analizirati: (a)spektar impedanse, (b) temperatura, (c) apsorpcioni spektar u spektralnom opsegu od NIR do UV NIR-VIS-UV, i opciono (d) kiseli ili bazni karakter, posebno pH; i (ii) utvrđivanje najmanje jednog od svojstava zemljišta ili barem svojstva zemljišta izvedenog odatle na osnovu veze primljenih mernih podataka pomoću fuzije podataka radi dobijanja odgovarajućeg merog rezultata za određivanje najmanje jednog svojstva zemljišta. Pomoću ove metode, stoga je moguće povezati rezultate merenja koji se odnose na navedena svojstva zemljišta u kontekstu fuzije podataka, opet treba napomenuti da su navedena svojstva zemljišta izabrana na taj način da između njih postoji korelacija, bar u nekim kombinacijama, koje se mogu koristiti u kontekstu fuzije podataka kako bi se došlo do preciznijih ili dodatnih rezultata analize zemljišta. Fuzija podataka se može posebno primeniti na osnovu tzv Fuzzy logike i / ili jedne ili više veštačkih neuronskih mreža.

[0060] U nekim rešenjima podaci o merenju se pribavljaju senzorskim uređajem prema prvom aspektu pronalaska, posebno prema jednom ili više opisanih rešenja. Metod zatim sledi stvarno in-situ merenju za pribavljanje mernih podataka, pri kojima senzorski uređaj može posebno da prenosi, kao što je gore opisano, podatke o merenju i, opcionalno, dodatne metapodatke na taj način putem svog komunikacionog uređaja putem odgovarajuće komunikacione veze sa centralnim ili retko distribuiranim uređajem koji izvršava metod.

[0061] U nekim rešenjima, metod se sprovodi u najmanje jednom centralnom čvoru mreže, posebno u okruženju Clouda ili distribuirane računarske mreže, koja je konfigurisana da prima odgovarajuće merne podatke sa pluralitetom senzorskih uređaja, posebno prema prvom aspektu pronalska, kako bi se pribavli odgovarajući podaci merenja u komunikacionoj vezi. To posebno omogućava moćnu i promenljivu upotrebu resursa za izvršavanje procedure. Takođe, promene, posebno ispravke softvera koji se koristi za izvršavanje metoda na taj način mogu da se primene centralno, a da pri tom ne moraju da se distribuiraju odgovarajućim senzorskim uređajima, kako bi se celokupan sistem lako dalje razvijao i ažurirao.

[0062] Treći aspekt pronalaska odnosi se na kompjuterski program konfigurisan da izvrši metod u skladu sa drugim aspektom pronalska, posebno prema jednom ili više opisanih rešenja kada radi na procesor platformi. Procesorska platforma može da sadrži jedan ili pluralitet procesora i može da se lokalno centrira, na neki drugi računar ili da se implementira preko decentralizovane, distribuirane računarske mreže. Posebno, procesorska platforma i računarski program takođe mogu biti prisutni u samom senzorskom uređaju kako bi ih nadogradili za izvršenje procedure.

[0063] Računarski program može biti posebno uskladišten na trajnom nosaču podataka. Po mogućstvu, ovo je nosač podataka u obliku optičkog nosača podataka ili fleš memorije modula. Ovo može biti povoljno ako se računarskim programom kao takvim trguje nezavisno od procesorske platforme na kojoj će biti izvršeni neki programi. U drugoj implementaciji, računarski program može postojati kao datoteka u jedinici za obradu podataka, posebno na serveru, i moći će se preuzeti preko podataka za povezivanje, kao što su Internet ili namenski podaci za povezivanje, kao što je vlasnička ili lokalna mreža. Pored toga, računarski program može da sadrži pluralitet interakcije pojedinačnih programskih modula.

[0064] Četvrti aspekt pronalaska odnosi se na aparat za analizu zemljišta, gde je uređaj konfigurisan da sprovodi metodu prema drugom aspektu pronalaska, posebno prema jednom ili više opisanih rešenja. Uređaj posebno može da sadrži napred navedenu platformu procesora i zato posebno sadrži jednu jedinicu za obradu podataka, kao što je računar ili decentralizovanu, distribuiranu računarsku mrežu.

[0065] Konkretno, sam uređaj za prikupljanje mernih podataka u nekim rešenjima može da sadrži senzorski uređaj prema prvom aspektu pronalaska, posebno prema jednom ili više opisanih rešenja. To je posebno povoljno ako se analiza mernih podataka za dobijanje daljih rezultata analize zemljišta sprovodi u in-situ, na licu mesta na samom senzorskom uređaju, što posebno omogućava rad van mreže i utvrđivanje takvih rezultata nezavisno od kvaliteta komunikacione veze sa spoljnom procesorskom platformom.

[0066] Karakteristike i prednosti objašnjene u odnosu na drugi aspekt pronalaska primenjuju shodno tome i na treći i četvrti aspekt pronalaska.

[0067] Dodatne prednosti, funkcije i primene ovog pronalaska rezultat su sledećeg detaljnog opisa u vezi sa slikama

[0068] Gde prikazuju:

Sl.1 prikazuje šematski senzorski uređaj prema jednom rešenju pronalaska;

Sl. 2 prikazuje šematski modularni senzorski uređaj u skladu sa daljem rešenju pronalaska u kome je operativni /radio modul obezbeđen kao dodatak mernom modulu;

Sl. 3A prikazuje šematski integrisani sklop senzora impedanse/montažu senzora temperature za senzorski uređaj prema rešenju pronalaska Sl.3B koja prikazuje pojednostavljeni ekvivalentni dijagram kružnog kola;

Sl. 4 prikazuje šematski sklop za merenje potencijala, posebno sklopa pH senzora, za senzorski uređaj prema rešenjima pronalska;

Sl. 5 prikazuje šematski sklop apsorpcionog spektrometra za senzorski uređaj prema jednom rešenju pronalska;

Sl.6 prikazuje šematski pregled celokupnog sistema za analizu zemljišta, prema jednom rešenju pronalska; I

Sl. 7 prikazuje primerni pregled različitih odnosa između pojedinačnih mernih uređaja koji se detektuju pomoću senzora senzorskog uređaja prema Sl. 1 ili 2, kojim se različita svojstva zemljišta mogu utvrditi u kontekstu fuzije podataka prema inventivnoj metodi.

[0069] Na svim slikama isti referentni brojevi su upotrebljeni za iste ili međusobno odgovarajuće elemente pronalaska koje se koriste u celom pronalasku.

[0070] Na slici 1 je prikazani senzorski uređaj 1 prema jednom rešenju pronalska i formira se kao modul, koji zauzvrat čini pluralitet sklopova, posebno sklopova senzora u zajedničkom kućištu 2. Prvi od ovih sklopova je kombinovana impedansa / montaža senzora temperature 3, koja je najmanje delimično formirana u prvom potpornom elementu u obliku šipke ili trna i konfigurisana za prodor u zemljište koje treba analizirati. Još jedan od sklopova je potencijalni sklop za merenje 4, posebno pH senzorski sklop koji se formira pomoću drugog potpornog elementa, koji ima oblik šipke ili trna i je takođe dizajniran za prodor u zemljište koje treba analizirati. Između ova dva sklopa 3 i 4 i u neposrednoj blizini, je aprosrpiconi spektrometar 5, koji ima merni prozor koji je pozicioniran tako da dođe do toga da leži na ili iznad ovoga kada se prvi i drugi potporni elementi postave da probiju zajedno u zemljište koje treba analizirati. Tako su tri sklopa senzora koncentrisana u neposrednoj blizini, po mogućstvu na ukupnoj površini manjoj od 100 cm<2>, tako da se uticaj heterogenosti u zemljištu na analizu rezultata merenja može držati nisko i, posebno, sveden na minimum. Senzorski uređaj 1 je dizajniran kao mobilna, posebno prenosiva jedinica po mogućstvu ima težinu manju od 25 kg i maksimalnu ekstenziju manju od 1 m, po mogućstvu maksimalnu do 0,5 m. Pored toga, senzorski uređaj 1 se sastoji od uređaja za napajanje ( nije prikazan), koji se može posebno formirati u obliku punjivog uređaja za skladištenje elektrohemijske energije, kao što je litijum-jonski akumulator.

[0071] Pojedinačni sklopovi, posebno sklopovi senzora 2, 3 i 4 senzorskog uređaja 1 takođe mogu biti formirani kao individualno prenosivi ili zamenljivi modul, što posebno omogućava lako i dinamično generisanje različitih konfiguracija senzora, kao i održavanje ili zamena pojedinačnih sklopova senzora pojedinačno u zavisnosti od njihovog starenja ili funkcionalnog stanja.

[0072] Senzorski uređaj 1 na taj način omogućava korišćenje do četiri različita tipa senzora po merenju i iskorišćavanje njihovih različitih mernih principa za dobijanje odgovarajućih mernih podataka, na osnovu kojih se pomoću korelacije ili fuzije podataka, utvrđivanje svojstava zemljišta izvan direktnog merenja svojstava zemljišta može postići barem sa mnogim aplikacijama dovoljno visokom preciznošću u in-situ. Posebno, na primer, impedansa zemljišta koju treba izmeriti, temperatura zemljišta, njegov spektar apsorpcije u celom spektralnom opsegu UV-VIS-IR, kao i njegova pH vrednost mogu se meriti istovremeno i u najgušćem prostoru. Upravo ovaj blisko susedni aranžman mernih transduktora različitih sklopova senzora 2, 3 i 4 omogućava uspešnu korelaciju mernih podataka u svrhu utvrđivanja svojstava zemljišta sa tačnošću koja je potrebna za tipične, posebno poljoprivredne, aplikacije. Pored toga, gusto uređenje transdukcija takođe omogućava izradu mapa zemljišta ultra visoke rezolucije, već mape zemljišta sa mrežom manjom od 100 cm2 oblasti koordinatnih ćelija. Istovremena akvizicija različitih promenljivih koje treba izmeriti takođe omogućava prikaz dinamičkih i realnih zavisnosti između pojedinačnih izmerenih vrednosti. Posebno, merni artefakti se već mogu otkriti i ukloniti in-situ pomoću odgovarajućeg softvera za procenu, na primer na osnovu veštačke inteligencije, kako bi se dodatno povećao kvalitet originalnih rezultata merenja.

[0073] Slika 2 prikazuje modularni senzorski uređaj 1 prema daljem rešenju pronalaska, koji pored senzora modula 6a takođe ima i operativni / radio modula 6b koji se može spojiti na njega pomoću odvojive veze. Dva modula 6a i 6b su u Slici 2 sa jedne strane kao odvojeni moduli (donji levi), a sa druge strane u povezanom stanju (gore desno). Kućište dva modula 6a i 6b je po mogućstvu oblikovano tako da, kada su dva modula međusobno povezana, pogodan za ljudsku ruku, nošenje ili rukovanje drškom 10, što je posebno pogodno i uglavnom se koristi za uklanjanje senzora uređaja 1 ubodenog u zemlju za analizu sa zemlje.

[0074] Drška može posebno, kao na slici 2, da se koristi za suženje poprečnog preseka senzorskog uređaja 1 na mestu spajanja između dva modula 6a i 6b. Operativni / radio modul 6b sastoji se od uređaja za određivanje položaja 7 uz pomoć, na primer, u kombinaciji sa satelitskim sistemom za detekciju pozicija kao što su GPS, GALILEO ili GLONASS, ili uz pomoć mobilnog radio-baziranog određivanja položaja, pozicija senzorskog uređaja 1, posebno tokom procesa merenja, može utvrditi i odgovarajuće podatke o položaju kao metapodatke koji pripadaju merenju.

[0075] Pored toga, operativni / radio modul 6b ima komunikacioni uređaj 8, koji se može posebno konfigurisati za obavljanje komunikacije podataka sa spoljnom partnerom pomoću mobilne tehnologije (npr. 3G, LTE, 5G) ili druge radio tehnologije, kao što su LoRa i / ili NB-IoT, posebno za slanje mernih podataka dobijenih pomoću senzora i opciono da dobije rezultate analize zemljišta koji su rezultat takve procene ponovo kako bi se oni uneli u sam senzorski uređaj 1 na interfejsu ljudske mašine 9. Takav interfejs 9 mašine može biti posebno obezbeđen u obliku uređaja za prikaz na senzoru uređaja 1, u pogledu rešenja koje štedi prostor što je više moguće, po mogućstvu kao operativni ekran, što omogućava i unos korisnika i izlaz informacija, kao što je to slučaj sa ekranom osetljivim na dodir.

[0076] Slika 3A pokazuje integrisanu impedansu / temperaturni senzorski sklop 3 poboden u zemljište 11 koje treba analizirati za senzorski uređaj prema rešenju pronalaska, koji posebno u senzorskom uređaju 1 prema slici 1 ili slici 2 može biti obezbeđeno. Slika 3B prikazuje pojednostavljeni ekvivalentni kružni dijagram za granu za merenje impedanse/senzora temperature 3.

[0077] Sklop senzora 3 sa slike 3A se sastoji od prvog nosača elementa 12 u obliku trna, koji se može napraviti posebno od metala, po mogućnosti od metala otpornog na koroziju. Konkretno, trn može imati suštinski cilindrični oblik i biti uperen sa njegove prednje strane namenjen probijanju u zemlju kako bi se olakšalo probijanje. Na površini koja obično dolazi u kontakt sa okolnim tlom u probušenom stanju, na prvi nosačni element 12 primenjuje se pasivni sloj 13, koji posebno može da sadrži jedan ili više polimernih materijala, a koji deluje kao električni izolator. Na pasivnom sloju 13, dve provodničke staze 14 su paralelne jedna sa drugom i bez dodirivanja oko prvog nosača elementa 12. Dve staze provodnika 14 su tako električno izolovane pomoću pasivnog sloja 13 od elementa nosača 12. Na svojoj suprotnoj strani prodornog vrha u zemlji, impedanse/temperaturni senzor montaže 3 sastoji se od štampane ploče (PCB) 15 raspoređenog unutar elementa nosača 12 i zaštićenog pomoću metalnog poklopca 16 (metalno kućište), na kome su obezbeđeni kontrolni uređaj 15a, predpojačalo signala 15b i senzor temperature 15c u obliku integrisanog kola ili poluprovodnika. Metalni poklopac 16 služi ne samo mehaničkoj zaštiti, već i kao elektromagnetni štit senzora temperature 15c, kontrolnog uređaja 15a i predpojačala signala 15b, koji se nalaze unutra. Kontrolni uređaj 15a služi pored kontrole senzora modula 3 u isto vreme merenje impedanse i obezbeđivanje odgovarajućih mernih podataka i električno je povezan putem predpojačala signala 15b sa dve putanje provodnika po 14. Takođe, senzor temperature 15c može biti povezan sa putanjama provodnika 14, gde zatim služe kao dodatak ili alternativno prvom nosaču elementa 12 za senzor temperature 15c kao merni transdukter, dok u svakom slučaju služe kao merenje elektroda za merenje impedanse.

[0078] Sklop senzora impedanse / temperature 3 se tako može opisati što se tiče njegove grane za merenje impedansa, pomoću pojednostavljenog ekvivalentnog kružnog dijagrama opisanog u slici 3B. U procesu merenja impedanse, kontrolni uređaj 15a primenjuje definisani merni naizmenični napon između prve provodničke staze 14a i odgovarajuće druge provodničke staze 14b od dva provodnička koloseka 14. Pošto je tokom procesa merenja prvi nosač element 11 sa provodničkim šinama 14 koji se nalazi tamo probušen u zemlju 11 koje se analizira, dve provodničke staze 14a, 14b su u električnom kontaktu sa okolnim tlom 11, tako da ovo povezuje dve putanje provodnika 14a, 14bim u smislu električnog otpora Rel. Dva provodnika 14a, 14b imaju električni otpor RCT1 ili RCT1 u ekvivalentnoj šemi dijagrama, kao i paralelnu (parazitsku) kapacitivnost CDL1 ili CDL2. Putem slike 3B, spektra impendanse Z(ω) se tako može odrediti kao funkcija ω primenjenog mernog naizmeničnog napona. Opseg frekvencije koji se koristi za dobijanje spektra impedansa Z(ω) može biti izabran posebno za aplikaciju i obično uključuje opseg frekvencije od 100 Hz do 1 MHz. Prvi potporni element 12 je idealno postavljen na zemaljski potencijal tokom procesa merenja impedansa i, na primer, električno povezan sa nultim stubom napajanja senzorskog uređaja 1, koji suprotstavlja izobličenje signala Z (ω) spoljnim elektromagnetnim spojnicima.

[0079] Na osnovu ovog dobijenog impedans spektra Z (ω) može se koristiti dalja procena razlike u pogledu tipa zemljišta, teksture zemljišta, električne provodljivosti, sadržaja vode, koncentracije jona i tipa jona, posebno pomoću dielektričkih mešovitih modela (na primer Bruggeman model, Maxwell-Garnett model). Kvantitativne procene su takođe moguće na ovaj način. Istovremeno sa merenjem impedanse, merenje temperature se može izvršiti i pomoću senzora temperature, pri kojoj, kao što je već pomenuto, dve provodničke staze 14 i / ili prvi noseći element 12 mogu da posluže kao merni transduktor. Impedanse / temperaturni senzorski sklop 3 može u nekim rešenjima posebno već predstavlja ukupnu vrednost senzora senzorkih uređaja 1 ili čak njih samih.

[0080] Slika 4 pokazuje potencijalnu montažu merenja 4 pobodenu u zemljište 11 koje treba analizirati prema rešenju pronalka, posebno sklop pH senzora, koji je posebno u senzorskom uređaju 1 prema slici 1 ili slici 2 može biti obezbeđeno. Potencijalni sklop merenja 4 sastoji se od drugog elementa nosača 17 u obliku trn, čiji oblik posebno može značajno odgovarati onom prvom nosećem elementu 12 sklopa senzora impendase/ montaže senzora temperature 3. Na površinskom delu drugog nosača elementa 17, koji je namenjen da dođe u kontakt sa zemljištem 11 koje treba analizirati u probušenom stanju, obezbeđen je pasivacioni sloj 18, posebno polimerna pasivacija (npr. iz HDPE).

[0081] Na ovom pasivacionom sloju 18 su raspoređene u obliku prstenastih provodničkih staza sa jedne strane metalna oksidna elektroda 21, i kalibraciona elektroda 22, uz pomoć koje se prilikom poznavanja električne otpornosti zemljišta 11, koja se posebno može odrediti pomoću impedanse / montaže senzora temperature 3, stanja, posebno debljine sloja, elektrode metal oksida 21 pomoću merenja otpornosti ili merenja provodljivosti između dve elektrode 21 i 22, koji su električni u paru sa zemljom 11, mogu se utvrditi. Debljina sloja zatim može da posluži kao kalibraciona varijabla za stvarno merenje kiselog ili baznog karaktera, posebno pH vrednosti zemljišta 11. Konkretno, merenje se može sprovesti pre svake pH mere ili ciklično u unapred određenim vremenskim intervalima. Stoga je potencijalni modul za merenje u stanju da nezavisno izvrši (in-situ) autokalibaciju.

[0082] Elektroda metalnog oksida 21 i kalibraciona elektroda 22 su svaka električno izolovani pasivacionim slojem 18 od drugog nosećeg elementa 17, koji se može napraviti posebno od metala, i električno izolovani jedni od drugih. Kalibracione elektrode 22 mogu posebno da sadrže provodni polimerni materijal i/ili provodni kompozitni materijal ili da bude napravljena u potpunosti od toga. Elektroda 21 metalnog oksida i elektroda kalibracije 22 imaju električne veze 21a odnosno 22a, koje mogu biti napravljene posebno od istog materijala kao i povezana elektroda 21 ili 22.

[0083] Za merenje kiselog ili baznog karaktera zemljišta pomoću merenja potencijala, potencijalni sklop merenja 4 dalje se sastoji od elektrolita / metalne reference elektrode 19 (na primer AgCl / Ag elektrode), koja je raspoređena kao deo ili dodatak drugog nosača elementa 17 dizajniranog metalnog kućišta 23 (metalna kapa) komponenti elektrolitske posude 19b za prijem tečnog ili pastoznog elektrolita 19a kao elektrolita i metalna referenca elektroda 19c, koja je sa elektrolitom 19b i elektrolitom 19a u električno provodljivoj vezi. Pomoću metalnog kućišta 23, posebno, postiže se robusna mehanička zaštita referentne elektrode 19.

[0084] Kombinacija metalne oksidne elektrode 21, elektrolit / metalne referentne elektrode 19, i jonske dijafragme 20 raspoređena između njih na površini drugog nosećeg elementa 17, koji je sa elektrolitom/metalnom referentnom elektrodom 19 u jonsko-dirigovanoj vezi, a koja se takođe može dovesti u jonsku vezu sa elektrodom metalnog oksida preko okolnog dna 11 tokom procesa merenja, obezbeđuje merenje kiselog ili baznog karaktera zemljišta 11 na osnovu hemijske redoks reakcije već pomenute gore navedene:

xMe yH2O ↔ MexOy y2H++ y2e

čija je reakciona ravnoteža u velikoj meri određena koncentracijom jona vodonika (H ) prisutnih u zemljištu 11, tako da se pomoću jonskih struja koje se javljaju tokom merenja ili potencijalne razlike koja se javlja između elektrode metalnog oksida 21 i elektrolita / metalne reference elektrode 19, uzimajući u obzir kalibraciju na osnovu opisanog merenja stanja elektrode metal oksida 21, koncentracije H+ jona u zemljištu i tako se može utvrditi njegova pH vrednost.

[0085] Slika 5 šematski prikazuje sklop apsorpcionog spektrometra 5 za senzorski uređaj prema pronalasku, koji može biti posebni senzorski uređaj 1 prema slici 1 ili slici 2. U skladu sa tim, referenca se naknadno ponovo upućuje na senzorski uređaj 1. Montaža apsorpcionog spektrometra 5 sastoji se od uklopljenog u kućište 2 senzorskog uređaja 1 između dva sklopa senzora 3 i 4, rotirajući se oko ose A i znatno u obliku diska nosača 24, čija površina diska je okrenuta ka otvoru kućište 2, koji se koristi kao merni otvor ili merni prozor apsorpcionog spektrometara 5. virtuelna površina ovog otvora koja leži na njegovoj vanmerskoj geometrijskoj granici može se nazvati i mernom površinom M, koja obično dolazi u mernom režimu, barem suštinski, paralelno sa površinom zemljišta koja se analizira 11, ili se podudara sa njom i slikom 5 je predstavljen kao isprekidana linija. Nosač 24 je pozicioniran u odnosu na ovu mernu površinu M tako da dolazi da leži iznad površine zemlje u režimu merenja, gde je minimalna udaljenost definisana oblikom kućišta 2. Sa strane nosača 24 okrenuta ka mernom površini, na ovom su raspoređena dva (ili više) pojedinačnih spektrometara apsorpcije MEMS-a 26a, 26b, svaki pokriva najmanje delimično različite spektralne opsege, i kumulativno pokriva spektralni opseg UV-VIS-NIR, koji se posebno kreće od 350 nm do 1700 nm. Upotreba MEMS tehnologije za generisanje apsorpcionih spektrometra omogućava proizvodnju posebno malih, a samim tim i

1

prostorno efikasnih dizajna.

[0086] Pored toga, na istoj strani nosača 24 obezbeđen je izvor 25 za elektromagnetno zračenje, na primer halogena lampa čije zračenje pokriva ovaj spektralni opseg UV-VIS-NIR. U ovom slučaju, izvor 25 i apsorpcioni spektrometri 26a, 26b u odnosu jedni na druge su raspoređeni u odnosu jedni na druge , ili optički odvojeni jedni od drugih aperturom formiranom na nosaču 24 tako da zračenje izvora 25 može da dostigne samo apsorpcione spektromete 26a, 26b indirektno u obliku reflektujuće radijacije.

[0087] Pored toga, montaža apsorpcionog spektrometra 5 sastoji se od zaštitne optike 27, koja se može posebno formirati u obliku otpornog na ogrebotine i u pomenutom spektralnom opsegu, barem u velikoj meri, providnim materijalnim diskom, na primer safirnim kristalnim diskom, sa hidrofilnom i zaštitom od ogrebotina koje poboljšavaju nano premaz. Nano premaz olakšava i održava optiku čistom i čisti ih i povećava njihovu mehaničku robustnost. Zaštitna optika 27 raspoređena je između nosača 24 sa optičkim komponentama 25, 26a, 26b koje se nalaze tamo i merne površine (na daljinu, na primer oko 3cm, i tako dalje), koje mogu da zaštite optičke komponente od štetnih spoljnih uticaja, posebno zemljištem 11 koje treba analizirati, kao što su prašina i vlaga i mehanička oštećenja.

[0088] Pored toga, montaža apsorpcionog spektrometra 5 ima sistem zatvaranja ili zatvarač. Uređaj za zatvaranje 28, gde je u suštini, po mogućstvu paralelno sa zaštitnom optikom 27, između nosača 24 sa optičkim komponentama 25, 26a, 26b i zaštitnom optikom 27 definisana regija povlači (i produžava) otvor u obliku diska. Sa njegove strane okrenute ka optičkim komponentama 25, 26a, 26b, ovaj otvor je obložen kalibration premazom 29, na primer Spektralon. Spektralon je materijal napravljen od sinterovanog PTFE koji ima izuzetno visoku i ujednačenu refleksiju kako u ultraljubičastom (UV), vidljivom (VIS) tako i u blizini infracrvenih (NIR) oblastima elektromagnetnog spektra. Prikazuje Lambertovo refleksivno ponašanje, tako da odražava veoma difuzno ili mat. Kalibracioni premaz 29 služi kao referenca za kalibraciju pomoću kojih se apsorpcioni spektrometri 26a, 26b mogu kalibrisati u in-situ kada se otvor pomera u prostor između apsorpcionih spektrometra 26a, 26b i zaštitne optike 27. Međutim, tokom procesa merenja analize zemljišta, otvor se produžava kako se ne bi remetio optički put između optičkih komponenti 25, 26a, 26b i tla 11.

[0089] Montaža spektrometra apsorpcije 5 je takođe konfigurisana tako da u režimu merenja, kada se površina zemljišta koja treba analizirati 11, bar suštinski, podudara sa mernom površinom, nosač 24 se rotira oko tada znatno perpendikularnog do merne površinske ose rotacije A, dok su izvor 25 i dva apsorpciona spektrometra 26a, 26b aktivni na osnovu reflektovane površine Apsorpcioni spektrometri 26a, 26b za snimanje spektra apsorpcije u pomenutom spektralnom opsegu.

[0090] Slika 6 pokazuje šematski pregled (ukupnog) sistema 30 za analizu zemljišta, prema rešenju pronalaska. Sistem 30 se sastoji od jednog ili obično pluraliteta senzorskih uređaja, posebno senzorskih uređaja 1 prema podacima 1 ili 2 (od kojih je ovde prikazan samo jedan) koji se koriste na licu mesta, odnosno u situ, za dobijanje svojstava zemljišta koje treba analizirati 11 karakterišu podaci merenja. Ovi podaci merenja se zatim mogu preneti sa odgovarajućeg senzorskog uređaja 1 putem komunikacionog uređaja 8 putem komunikacione veze, koja može biti posebno dizajnirana kao blockchain prenos, na spoljni par 33, koja se može posebno realizovati u obliku jednog ili više mrežnih čvorova (na primer, servera) u računarskoj mreži ili okruženju u Cloudu.

[0091] U ilustrovanom primeru, prenos se sprovodi u nekoliko faza, pomoću mernih podataka i, ako je primenljivo, pridruženi metapodaci za merenje se prvo prenose putem bežične komunikacione veze, koja se može posebno realizovati pomoću LoRa ili NB-IoT radio tehnologije, do mrežnog prolaza 32, koji može biti pozicioniran, na primer, na farmi farmera koji koristi sistem 30. Sa ovog mrežnog prolaza 32, merni podaci i metapodaci se mogu dalje prenositi na suprotnu stranu 33 radi procene, na primer na klasičan način putem bežične ili ožičene Internet veze. Takođe, zauzvrat je po mogućstvu obezbeđen blockchain transfer, tako da se celokupna komunikacija između senzora uređaja 1 i suprotne strane 33 implementise pomoću blockchain tehnologije. Ova putanja komunikacije je dvosmerna, tako da se može koristiti i u suprotnom smeru, posebno za prenos analitičkih podataka dobijenih od strane suprotne strane 33 na osnovu mernih podataka i metapodataka koji se na njega prenose na odgovarajući senzorski uređaj 1. Metapodaci zabeleženi odgovarajućim senzorskim uređajem 1 mogu, u zavisnosti od otelotvorenja, posebno sadržati informacije o vremenu i lokaciji izvršenog merenja tla, kao i jedinstvenu identifikaciju uređaja i /ili identifikaciju korisnika.

[0092] Dodatno ili alternativno, može biti obezbeđena i dalja komunikaciona veza 35 između suprotne strane 33 i jednog ili više korisničkih terminala 34, koji mogu biti posebno dizajnirani kao daljinski pristup, na primer putem web portala, a zauzvrat povoljno implementirani korišćenjem blockchain tehnologije. Sve komunikacione veze u sistemu su po mogućstvu šifrovane u svrhu održavanja bezbednosti podataka i zaštite od manipulacije, na primer pomoću poznatih asimetričkih ili simetričkih metoda šifrovanja. Putem komunikacionog linka 35 postoji još jedan način na koji se može pristupiti dobijenim analitičkim podacima. Na primer, farmer ili hortikulturista takođe može da pristupi podacima analize na ovaj način u dužem vremenskom intervalu od izvršenja merenja, na primer sa svoje farme ili sa puta, preko odgovarajućeg terminala 34, bez potrebe da sa sobom ima senzorski uređaj 1.

[0093] Slika 7 pruža primeran pregled različitih odnosa između pojedinaca pomoću senzora senzorskog uređaja prema slici 1 ili 2 detektujući, pomoću kojih se različita svojstva zemljišta mogu odrediti u kontekstu fuzije podataka (ili ovde ekvivalentne fuzije senzora) prema inventivnom metodu. U ovom slučaju, odnosi su označeni odgovarajućim označenim strelicama, gde nalepnice ukazuju na one fizičke ili hemijske količine koje se mogu koristiti u kontekstu fuzije podataka, posebno, za formiranje veza između različitih direktnih izmerenih promenljivih koje se snabdevaju sklopovima senzora 3 do 5, što omogućava utvrđivanje dodatnih izvedenih svojstava zemljišta i / ili povećanje tačnosti. Posebno se na ovaj način mogu odrediti brojni važni parametri za poljoprivredu i hortikulturu, uključujući posebno ukupan sadržaj azota, ukupan sadržaj humusa, odnos azota prema organskim materijama, raspoloživi fosfat, raspoloživi kalijum, raspoloživi magnezijum, električnu provodljivost, vlagu zemljišta i pH tla.

[0094] Iako je gore opisano najmanje jedno primereno rešenje, treba napomenuti da postoji veliki broj varijacija. Takođe treba napomenuti da su opisana primerna rešenja samo neograničujući primeri, a nije namenjeno ograničavanju opsega, aplikabilnosti ili konfiguracije uređaja i metoda opisanih ovde. Umesto toga, prethodni opis pružiće smernice stručnoj osobi za sprovođenje najmanje jednog primernog rešenja, s obzirom da se podrazumeva da se razne promene u radu i uređenje elemenata opisanih u primernom rešenju mogu izvršiti bez odstupanja od teme navedene u navedenim zahtevima i njegovim zakonskim ekvivalentima.

LISTA REFERENTNIH SIMBOLA

[0095]

1 Senzorski uređaj

2 Kućište

3 Impedanse/temperaturni senzorski sklop

4 Sklop za merenje potencijala, posebno sklop pH senzora

5 Montaža apsorpcionog spektrometra

6a Senzorski modul

6b Operativni/radio modul

7 Uređaj za određivanje položaja

8 Komunikacioni uređaj

9 Interfejs ljudske mašine, posebno operativni displej

10 Ručka za nošenje ili rukovanje

11 Tlo

12 (Prvi) noseći element, u obliku trna

13 Pasivizacija, posebno polimerna pasivizacija, prvog nosećeg elementa

14 Kontaktni vodovi

14a Prvi provodnik

14b Dugi provodnik

15 Integrisani PCB sa kontrolnim uređajem i senzorom temperature

15a Kontrolni uređaj

15b Predpojačalo signala

15c Temperaturni senzor

16 Metalno kućište, posebno metalni poklopac, prvog nosečeg elementa

17 (Drugi) noseći element, u obliku trna

18 Pasivizacija, posebno polimerna pasivizacija, drugog nosećeg elementa

19 Elektrolit/metalna referentna elektroda

19a Referentna elektroda elektrolita (elektrolit)

19b Posuda za elektrolit

19c Metalna referentna elektroda

20 Jonska dijafragma

21 Elektroda metalnog oksida

21a Veza elektrode metalnog oksida

22 Kalibraciona elektroda

22a Veza elektrode kalibracije

23 Metalno kućište, posebno metalni poklopac, drugog nosećeg elementa

24 Rotirajuća greda sa osom rotacije A

Izvor elektromagnetnog zračenja

a,b MEMS apsorpcioni spektrometar sa mernom površinom M

(Zaštitna) optika, posebno safirno staklo sa hidrofilnim nano premazom

Uređaj za zatvaranje

Referenca za kalibraciju, naročito kalibracioni premaz

Sistem za analizu in-situ zemljišta

Komunikaciona veza, posebno blockchain transfer

Mrežni prolaz

Suprotstavljena strana, posebno blockchain/cloud okruženje ili lokalni uređaj za procenu Korisnički terminal

Daljinski pristup

1

Claims (27)

Patentni zahtevi:

1. Senzorski uređaj (1) za in-situ analizu tla, koji sadrži:

sklop senzora sa jednim ili više senzora koji su konfigurisani pojedinačno ili kumulativno za istovremeno merenje insitu sledeć ih svojstava zemljišta (11) koje treba analizirati i za obezbeđivanje odgovaraju ć ih podataka merenja: (a) spektar impedanse;

(b) temperature; i

(c) apsorpcionog spektara u spektralnom opsegu koji se proteže od NIR do UV, NIR-VIS-UV

pri čemu:

rastojanje između svaka dva senzora sklopa senzora, definisano u odnosu na njihove odgovarajuć e pretvarače mernih veličina, ne prelazi vrednost od 10 cm;

da bi se izmerio, in-situ, spektar impedanse (Z(ω)), sklop senzora je konfigurisan da meri otpor naizmenične struje dela tla koji se meri, kao funkciju frekvencije (ω) naizmenične struje mernog napona koji se primenjuje na deo tla; i da bi se detektovao, in-situ, apsorpcioni spektar, sklop senzora je konfigurisan da meri u okviru pomenutog spektralnog opsega zračenja reflektovanog na površini tla (11) koje se analizira.

2. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu senzorski sklop dalje sadrži jedan ili više senzora koji su konfigurisani pojedinačno ili kumulativno za merenje in-situ i istovremeno sa drugim merenjima, kiselog ili baznog karaktera zemljište (11) koje treba analizirati i za pružanje odgovarajuć ih mernih podataka.

3. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu sklop senzora uključuje senzor impedanse za in-situ detekciju spektra impedanse tla (11) koje se analizira, pri čemu senzor impedanse sadrži:

prvi potporni element (12);

dve provodne trake (14) koje su postavljene na prvom potpornom elementu (12), ali koje su električno izolovane od njega i jedna od druge, od kojih najmanje jedna sadrži električno provodljiv polimer ili kompozitni materijal otporan na koroziju;

kontrolni uređaj (15a), koji je konfigurisan da primeni naizmenični napon između dve provodne trake (14), da menja svoju frekvenciju u unapred određenom frekventnom opsegu, i tokom toga, tokom rada senzorskog uređaja (1), kada se ovo unese u tlo (11) koje se analizira na način da su provodne trake (14) u električnom kontaktu sa zemljištem (11) koje se analizira, da se detektuje spektar impedanse tla (11) da se analizira kao odgovor na naizmenični napon koji se na njega primenjuje preko provodnih traka (14) i da pruži spektar impedanse u obliku odgovarajuć ih podataka merenja.

4. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 3, pri čemu je prvi potporni element električno provodljiv, u najmanjem u oblasti koja je pokrivena provodnim trakama (14), i kontrolni uređaj (15a) je dalje konfigurisan da primenjuje potencijal tla za ovo najmanje jedno područje tokom detekcije spektra impedanse tla (11) koje treba analizirati.

5. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 3 ili 4, pri čemu unapred određeni opseg frekvencija obuhvata opseg od 100 Hz do 1 MHz.

6. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od patentnih zahteva od 3 do 5, pri čemu:

prvi potporni element je konstruisan kao šiljak koji je, u najmanjem delimično, šupalj, za u najmanjem delimično unošenje u zemljište (11) koje se analizira,

pri čemu se izolacioni sloj nanosi na površinu šiljaka i na kome su, zauzvrat, raspoređene dve provodne trake (14); i kontrolni uređaj (15a) koji se nalazi u unutrašnjosti šupljeg dela prvog potpornog elementa (12).

7. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od patentnih zahteva od 3 do 6, pri čemu sklop senzora sadrži temperaturni senzor (15c) za detekciju temperature tla (11) koje se analizira, pri čemu ovo, zajedno sa senzorom spektra impedanse, je konstruisan kao integrisani sklop senzora impedanse/temperature (3), koji je konfigurisan da detektuje, istovremeno i in-situ, spektar impedanse, kao i temperaturu tla (11) koje se analizira i da to učini dostupnim, odnosno u vidu odgovarajuć ih podataka merenja.

8. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu senzorski sklop sadrži sklop apsorpcionog spektrometra (5) za in-situ detekciju apsorpcionog spektra tla (11) koje se analizira, i koji sadrži: najmanje dva MEMS apsorpciona spektrometra (26a, 26b), čija se spektralna pokrivenost razlikuje u najmanjem za neke delove elektromagnetnog spektra, tako da se apsorpcioni spektar zemljišta (11) koje se analizira može kumulativno detektovati celinom MEMS apsorpcionog spektrometra (26a, 26b), čiji apsorpcioni spektar ima delove u NIR opsegu, kao i u VIS opsegu i takođe u UV opsegu.

9. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 8, pri čemu sklop apsorpcionog spektrometra (5) dalje sadrži pokretni nosač (4) na kome su apsorpcioni spektrometri raspoređeni na takav način da, kada se nosač (24) pomera u odnosu na virtuelnu mernu površinu na kojoj se tlo (11) koje treba analizirati zaustavlja tokom mernog rada senzorskog uređaja (1), oni mogu spektrometrijski da izmere površinu tla (11) koje ć e skenirati apsorpcioni spektrometri da bi se detektovao apsorpcioni spektar koji je integrisan preko područja koje treba skenirati.

10. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 8 ili 9, pri čemu sklop apsorpcionog spektrometra (5) dalje sadrži pokretni zatvarač (28) koji je konfigurisan da privremeno pomeri ekran u prostor definisan između apsorpcionih spektrometara i merne površine, pri čemu je kalibraciona referenca (29) postavljena na strani ekrana koja je okrenuta ka apsorpcionim spektrometrima, za kalibraciju najmanje jednog od apsorpcionih spektrometara.

11. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od patentnih zahteva od 8 do 10, pri čemu sklop apsorpcionog spektrometra (5) dalje sadrži optički sistem (27) koji je, u opsegu talasnih dužina koji odgovara spektru apsorpcije koji treba detektovati, u najmanjem suštinski optički providan, čiji je optički sistem (27) raspoređen u prostoru između apsorpcionih spektrometara i merne površine, da bi ih prostorno odvojio jedan od drugog;

pri čemu je optički sistem (27) na svojoj strani okrenut prema mernoj površini opremljenoj hidrofilnom nanoprevlakom koja poboljšava zaštitu od ogrebotina.

12. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu senzorski sklop sadrži sklop za merenje potencijala (4) za in-situ detekciju kiselog ili baznog karaktera tla (11) koje treba analizirati, uključujuć i :

drugi potporni element (17);

elektrolitnu/metalnu referentnu elektrodu (19) koja je postavljena u ili na drugom potpornom elementu;

metalnu oksidnu elektrodu (21) koja je postavljena na površini drugog potpornog elementa (17), čija površina je namenjena da kontaktira tlo (11) koje se analizira tokom operacije merenja;

jonsku dijafragmu (20) koja je postavljena na drugom potpornom elementu između metal-oksidne elektrode (21) i elektrolitne/metalne referentne elektrode (19) i koja je u kontaktu sa elektrolitom/metalnom referentnom elektrodom (19);

kalibracionu elektrodu otpornu na koroziju (22) koja je postavljena na površini drugog potpornog elementa (17) koja je predviđena za kontakt sa tlom (11) koje se analizira i koja je elektroda za kalibraciju otporna na koroziju (22) i električno izolovana od metalne oksidne elektrode (21); i

merni uređaj koji je konfigurisan:

da bi se odredilo trenutno stanje metalne oksidne elektrode (21), da se izmeri električni otpor koji nastaje između kalibracione elektrode (22) i metalne oksidne elektrode (21) i/ili da se izmeri električni kapacitet koji nastaje između njih kada je svaka od ovih elektroda u kontaktu sa tlom (11) koje se analizira; i

da bi se odredio kiseli ili bazni karakter tla (11) koje se analizira, da se izmeri razlika električnog potencijala koja nastaje između referentne elektrode i metalne oksidne elektrode (21), uzimajuć i u obzir mernu kalibraciju koja je prethodno određena na osnovu utvrđenog trenutnog stanja metalne oksidne elektrode (21), kada je svaka od ovih elektroda u kontaktu sa tlom (11) koje se analizira.

13. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 12, pri čemu je kalibraciona elektroda (22) napravljena od materijala koji sadrži električno provodljiv polimer ili kompozitni materijal otporan na koroziju.

14. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 12 ili 13, pri čemu je drugi potporni element konstruisan kao šiljak za u najmanjem delimično unošenje u tlo (11) koje se analizira, pri čemu se izolacioni sloj nanosi na površinu šiljka, na kome su izolovane metalne oksidne elektrode (21), jonske dijafragme (20) i/ili kalibracione elektrode (22).

15. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje sadrži komunikacioni uređaj (8) za prenos detektovanih mernih podataka na parni spoljnji senzorski uređaj u odnosu na senzorski uređaj (1), radi procene. .

16. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 15, pri čemu je komunikacioni uređaj (8) konfigurisan da prenosi merne podatke bežično putem komunikacije na osnovu LoRa radio tehnologije i/ili NarrowBand Internet Things, NB-IoT, radio tehnologije.

17. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 15 ili 16, koji dalje sadrži uređaj za bezbedno skladištenje, zaštić en od neovlaš ć enog pristupa, jedinstvenu identifikaciju uređaja senzorskog uređaja (1) i/ili najmanje kriptografski ključ za šifrovanje mernih podataka i/ili metapodataka koji se prenose pomoć u komunikacionog uređaja (8).

18. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od patentnih zahteva od 15 do 17, pri čemu je komunikacioni uređaj (8) dalje konfigurisan da upisuje, u lanac blokova koji deluje kao spoljni pandan, merne podatke i/ili metapodatke koji se prenose, ili da izazove drugi spoljni senzorski uređaj da upiše, u lanac blokova, merne podatke i/ili metapodatke koji su mu poslati.

1

19. Senzorski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 18, pri čemu je senzorski uređaj (1) konfigurisan da izvrši autentifikaciju korisnika senzorskog uređaja (1) i da dozvoli prenos mernih podataka i/ili metapodataka spoljnom korisniku samo ako je autentifikacija bila uspešna.

20. Senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje sadrži uređaj za određivanje položaja (7) trenutne pozicije senzorskog uređaja (1) i za obezbeđivanje odgovarajuć ih metapodataka koji karakterišu poziciju.

21. Kompjuterski implementiran metod za analizu tla, koji se sastoji od:

primanja mernih podataka koji se odnose na sledeć e osobine zemljišta (11) koje treba analizirati:

(a) spektar impedanse (Z(ω)), koji ukazuje na otpor naizmenične struje dela tla (11) koji treba analizirati kao funkciju frekvencije (ω) naizmeničnog mernog napona koji se primenjuje na deo tla,

(b) temperatura,

(c) spektar apsorpcije u spektralnom opsegu koji se proteže od NIR do UV, NIR-VIS-UV

određivanje najmanje jedne osobine tla ili najmanje jedne osobine tla koja je izvedena iz toga na osnovu kombinacije primljenih mernih podataka pomoć u fuzije podataka kako bi se dobio odgovaraju ć i rezultat merenja za najmanje jedno svojstvo tla.

22. Kompjuterski implementiran postupak prema patentnom zahtevu 21, koji dalje obuhvata:

primanje mernih podataka koji se odnose na sledeć e osobine zemljišta (11) koje treba analizirati: kiseli ili bazni karakter.

23. Kompjuterski implementiran postupak prema patentnom zahtevu 21 ili 22, pri čemu se merni podaci detektuju senzorskim uređajem (1) prema bilo kojem od patentnih zahteva od 1 do 20.

24. Kompjuterski implementiran postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva od 21 do 23, pri čemu se postupak sprovodi u najmanje jednom centralnom čvoru (33) mreže, od čega najmanje jedan centralni čvor (33), da bi se primili odgovarajuć i merni podaci, je konfigurisan da bude u komunikacijskoj vezi (31) sa više senzorskih uređaja (1) za detekciju odgovarajuć ih mernih podataka.

25. Računarski program koji je konfigurisan, kada je pokrenut na procesorskoj platformi, da sprovede kompjuterski implementiran postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva od 21 do 24.

26. Uređaj (33) za analizu tla, pri čemu je uređaj postavljen da izvrši kompjuterski implementiran postupak prema bilo kojem od patentnih zahteva od 21 do 24.

27. Uređaj (1, 33) prema patentnom zahtevu 26, koji sadrži senzorski uređaj (1) prema bilo kojem od patentnih zahteva od 1 do 20 za detekciju mernih podataka.

1