專利名稱：灌溉控制系統(tǒng)的制作方法
灌溉控制系統(tǒng)相關(guān)申請本申請要求享有2007年8月20日提交的美國臨時申請60/935，571的在35U. S. C. 119(e)下的權(quán)益，該申請的公開內(nèi)容在此通過引用并入。領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于控制灌溉系統(tǒng)的系統(tǒng)和裝置。
背景技術(shù)：
經(jīng)過灌溉管道網(wǎng)絡(luò)對植物輸送經(jīng)常包含植物營養(yǎng)物、殺蟲劑和/或藥物的水的灌 溉系統(tǒng)是眾所周知的。在一些灌溉系統(tǒng)中，外部噴灑器、發(fā)射器或滴注器(dripper)被連接 到灌溉管道，以便將水從管道分流并將水輸送到植物。在很多這樣的灌溉網(wǎng)絡(luò)中，來自管道 的水通過被安裝在灌溉管道上或者“集成”在灌溉管道內(nèi)的發(fā)射器或滴注器輸送到植物。為 了方便，用于灌溉系統(tǒng)中以將水從系統(tǒng)中的灌溉管道分流并將分流的水輸送到植物的各種 類型的裝置中的任一種通常被稱為發(fā)射器。發(fā)射器之間的間距以及發(fā)射器特性經(jīng)常被設(shè)置 成響應(yīng)使用灌溉系統(tǒng)灌溉的植物的不同的灌溉需要。對于給定構(gòu)造的灌溉管道和發(fā)射器，由灌溉系統(tǒng)輸送的水的量可以通過控制各種 水流量控制裝置比如水泵、流量閥以及止回閥，和/或本領(lǐng)域已知的流量控制裝置的組合 中的任何一種而被控制。流量控制裝置可以操作以控制來自源的水，或者控制來自灌溉系 統(tǒng)中的單個發(fā)射器的水，該源對灌溉系統(tǒng)中的灌溉管道的全部或者一部分提供水。2006年8月17日提交的題為"Irrigation Pipe (灌溉管道)，，的以色列專利申 請177552，其公開內(nèi)容在此通過引用并入本文，描述了一種具有灌溉管道的灌溉系統(tǒng)，灌溉 管道包括具有不同的壓力閾值的集成的發(fā)射器，發(fā)射器在這些壓力閾值時打開以從管道輸 送水。其中打開以便輸送水的發(fā)射器是通過改變灌溉管道中的壓力來控制的。美國專利 5, 113, 888,"Pneumatic Moisture Sensitive Valve (氣動水分敏感閥)”，其公開內(nèi)容在此 通過引用并入本文，描述了具有其自有的閥的噴淋裝置(spray device)，該閥打開和關(guān)閉 以控制裝置噴灑在植物上的水的量。各種自動和/或手動方法和系統(tǒng)被用于確定什么時候?qū)τ晒喔认到y(tǒng)灌溉的植物 提供水以及提供多少水并相應(yīng)地控制系統(tǒng)中的水流裝置。上文提到的美國專利5，113，888 響應(yīng)于土壤水分而控制專利中描述的噴淋裝置中的水流量閥。該噴淋裝置包括定位在土壤 中的具有孔的元件，當(dāng)土壤水水分在預(yù)定量以上時，這些孔被阻塞，而當(dāng)土壤水分在預(yù)定量 以下時，這些孔被打開。當(dāng)孔被打開時，空氣被從閥中的室釋放，從而減輕了保持流量閥關(guān) 閉的壓力，以允許閥打開以及允許水流動并且從噴淋裝置噴灑。美國專利6，978，794描述 了響應(yīng)于由定位在土壤中的至少一個時域反射計量傳感器(time domain reflectometry sensor) (“TDRS”)確定的土壤水分而控制灌溉系統(tǒng)，該專利的公開內(nèi)容在此通過引用并入。 該專利描述了使用多個TDRS在不同的土壤深度提供土壤水分含量的測量。US 6,314, 340 描述了響應(yīng)于晝間的高溫和低溫控制水，其公開內(nèi)容在此通過引用并入。對于很多農(nóng)業(yè)和科學(xué)應(yīng)用，土壤水基質(zhì)勢被用作測量土壤水分含量以及土壤狀況 對于植物生長的適合度，且灌溉系統(tǒng)經(jīng)常響應(yīng)于土壤基質(zhì)勢的測量結(jié)果而被控制。通常用“ψ”表示的水基質(zhì)勢為散粒土物質(zhì)吸引水以粘附到散粒表面有多么強的測量。土壤越干， 土壤散粒吸引水并將水保持到它們的表面的力就越強，并且水基質(zhì)勢就越大。隨著土壤的 基質(zhì)勢增加，植物從土壤中吸取水越困難。當(dāng)土壤變得干到使得植物不能從土壤吸取水時， 植物蒸騰作用停止并且植物枯萎。具有壓力單位的基質(zhì)勢一般地為負的，并且通常使用張力計測量。張力計通常包 括多孔材料，該多孔材料由氣密密封件連接到填充有水的密封儲存器。多孔材料被放置成 與土壤接觸，土壤的基質(zhì)勢以及因而水分含量將被確定，并且多孔材料起作用，以便將儲存 器耦合到土壤以允許水而不是空氣穿過儲存器和土壤之間。將水吸引到土壤散粒的力牽引 水從儲存器穿過多孔材料并在儲存器中產(chǎn)生真空。土壤越干，將水從儲存器牽引穿過多孔 材料的力就越大，并且真空就越強，即真空壓力的降低越大。隨著土壤水分增加，將水吸引 到土壤散粒的力降低，并且水從土壤被牽引穿過多孔材料進入儲存器，并且真空壓力增加。 隨著土壤的水含量分別地減小或增加，真空增加(壓力減小)或減小(壓力增加)。合適的 壓力監(jiān)測器被用于確定真空的壓力并從而提供土壤基質(zhì)勢的測量。張力計中的多孔材料通常為陶瓷，并且經(jīng)常被形成為具有杯狀或測試管狀形狀。 然而，美國專利4，068，525提到，多孔材料“可以由包括陶瓷的多種材料中的任何一種形 成，唯一的要求是‘發(fā)泡壓力(bubblingpressure)’，在該‘發(fā)泡壓力’以下的壓力下，空氣 將不能穿過材料的打濕的孔，該‘發(fā)泡壓力’必須大于正常大氣壓力，以防止空氣的氣泡進 入儀器”，該專利的公開內(nèi)容在此通過引用并入。應(yīng)提到，發(fā)泡壓力通常只在多孔材料被水 飽和時才被保持。
另外，多孔材料應(yīng)在土壤和水儲存器之間提供良好的水力接觸。關(guān)于土壤接觸的 后者約束一般要求多孔材料與土壤顆粒相對緊密的機械接觸。盡管這些接觸通?？梢杂商?瓷的表面提供，但是對于粗的土壤或礫石，這些機械接觸以及由此引起的水力接觸可能是 使用陶瓷材料難以得到的。Gee等人在Soil Sci Soc. Am. J. 54 1498-1500 (1990)的題為 "A WickTensiometer to Measure Low Tensions in Coarse Soils (測量粗糙土壤中的低 張力的農(nóng)場張力計)”的文獻中描述了在粗質(zhì)土壤中使用的張力計，其中多孔材料“由紙巾 紙或被緊密地軋制成筒的其它可比較的毛細材料(wicking material)構(gòu)造( 0. 7cm直 徑以及 7cm長)?！弊髡咛岬?，當(dāng)打濕時，對緊密地軋制的毛細材料進行了合適的發(fā)泡壓力 的壓力測試。美國專利5，156，179描述了響應(yīng)于水基質(zhì)勢而使用張力計控制的灌溉系統(tǒng)，該專 利的公開內(nèi)容在此通過引用并入。該系統(tǒng)包括“流量控制器裝置”，該“流量控制器裝置”包 括與張力計連接以“提供用于灌溉的水流的自動控制”的閥組件。張力計中壓力的改變移 動閥中的柱塞，以便“依據(jù)土壤對于水的基質(zhì)張力”來提供穿過閥組件的“流動速度的可變 控制”。發(fā)明概述本發(fā)明的一些實施方式的一方面涉及提供一種用于測量土壤的基質(zhì)勢的張力計， 該張力計的提供與土壤的水力接觸以及密封水儲存器的功能由張力計的不同部件提供，其 中水儲存器和張力計一起使用或者被包含在張力計中，以抵抗空氣通過水力接觸的侵入。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的一方面，在下文中稱為“密封隔板(sealing septum)，，的隔板使張力計水儲存器與張力計的由多孔材料形成的部件面接，該多孔材料在張力計儲存器和土壤之間提供水力接觸，并且當(dāng)變濕時實質(zhì)上密封儲存器以抵抗空氣穿過 多孔材料的侵入。為了表述的方便，由多孔材料形成的部件被稱為“水力耦合器(hydraulic coupler)，，。在本發(fā)明的實施方式中，因為密封隔板實質(zhì)上提供水儲存器的恰當(dāng)?shù)拿芊?，所?當(dāng)變濕而具有大于將使用張力計的土壤的最小基質(zhì)勢的絕對值的發(fā)泡壓力時一般不需要 水力耦合器的多孔材料。(如上文提到的，基質(zhì)勢通常為負壓力，并且最小基質(zhì)勢為具有最 大絕對值的負壓力。一般地在材料被恰當(dāng)?shù)卮驖竦臅r候，材料的發(fā)泡壓力為最小基質(zhì)勢的 負值，在該最小基質(zhì)勢時空氣將不能穿過材料)。通過實質(zhì)上將提供與土壤的水力接觸的功 能與抵抗空氣穿過的密封的功能分開，相對地寬泛的材料范圍可以被用于水力耦合器，并 且張力計可以有優(yōu)勢地被設(shè)置成用于特定的農(nóng)業(yè)用途，同時也提供相對改進的與土壤的水 力接觸。
例如，依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的一方面，水力耦合器包括多孔材料，其中植物 的根能夠相對容易地在多孔材料中生長。可選擇地，多孔材料包括編織的和/或非編織的 土工織物和/或玻璃纖維。然而，本發(fā)明的實踐不被限制到這些材料，并且依據(jù)本發(fā)明的實 施方式的張力計可以，例如包括以合適的孔隙度為特征的任何親水性材料，并且當(dāng)然可以 包括相對硬的材料比如陶瓷。已提到，很多植物的根能夠產(chǎn)生等于大約15個大氣壓的水壓，以便從土壤中吸取 水。這樣的壓力可在土壤水分中引起相對陡的梯度，因此植物的根附近區(qū)域中的土壤實質(zhì) 上比附近區(qū)域以外的土壤干。由于植物生長和健康一般對于鄰近于它們的根的土壤環(huán)境相 對敏感，所以植物的根能夠在其的水力耦合器內(nèi)部生長的張力計可響應(yīng)于植物的根附近的 土壤條件而有優(yōu)勢地提供水基質(zhì)勢測量。這些測量在控制對植物提供水的灌溉系統(tǒng)中的使 用可能特別有優(yōu)勢。本發(fā)明的一些實施方式的一方面涉及提供一種相對便宜并且容易制作和使用的 張力計。在本發(fā)明的實施方式中，張力計包括外殼，該外殼具有第一外殼部分以及第二外 殼部分，第一外殼部分形成為具有用于與密封的水儲存器相通的入口孔口，第二外殼部分 形成為與第一部分匹配。匹配的部分被組裝成將密封隔板夾在孔口和多孔水力耦合材料的 第一區(qū)域之間，當(dāng)張力計被組裝時，該第一區(qū)域被定位在張力計外殼中。水力耦合材料的第 二區(qū)域被定位在組裝的外殼外面，并且提供張力計到土壤的水力耦合，張力計將對該土壤 提供基質(zhì)勢測量?？蛇x擇地，第一外殼部分和第二外殼部分由注射模制塑料形成?？蛇x擇 地，密封隔板由市場上容易得到的材料比如塑料、陶瓷或特征為具有合適的均勻度的孔隙 率以及孔尺寸的燒結(jié)金屬形成?？蛇x擇地，孔尺寸具有特征尺度，該特征尺度具有大約0. 5 微米到1微米之間的平均值?？蛇x擇地，該水力耦合材料包括土工織物。張力計可以通過 本領(lǐng)域已知的任何各種方法比如超聲焊接、膠粘或?qū)⒌谝煌鈿げ糠趾偷诙鈿げ糠执羁坻i 定在一起而被迅速地組裝。本發(fā)明的一些實施方式的一方面涉及提供一種張力計的構(gòu)造，該張力計響應(yīng)于相 對較大區(qū)域上的水基質(zhì)勢條件而提供水基質(zhì)勢的測量。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的一方面，多個張力計被分布在該區(qū)域上方，并且這 多個張力計被耦合到相同的共用水儲存器。共用儲存器中的部分真空壓力對應(yīng)于多個張力計中的一個張力計所處的每個位置的水基質(zhì)勢。在平衡時，共用水儲存器中的部分真空壓 力提供該區(qū)域中的水基質(zhì)勢的測量，下文中為“有代表性的基質(zhì)勢”，其處于由張力計提供 的水基質(zhì)勢的最高值和最低值之間。合適的壓力計量器或真空計量器被用于提供儲存器中 壓力的測量，并從而提供有代表性的基質(zhì)勢的測量。本發(fā)明的一些實施方式的一方面涉及提供一種用于響應(yīng)于水基質(zhì)勢而控制田地的灌溉的改進的水管理算法。在本發(fā)明的實施方式中，由該算法定義的灌溉循環(huán)包括主動灌溉時段，在該時段 的過程中，算法控制灌溉系統(tǒng)以響應(yīng)于田地中的水基質(zhì)勢的測量而對田地提供水的脈沖。 可選擇地，該循環(huán)為晝間循環(huán)?？蛇x擇地，響應(yīng)于將水基質(zhì)勢的測量與校準(zhǔn)水基質(zhì)勢測量比 較而提供水的脈沖。在本發(fā)明的實施方式中，在主動灌溉時段之前，在田地中的植物具有相 對較小的水需求時獲得校準(zhǔn)水勢測量。一般地，植物在夜間，經(jīng)常在拂曉早期的幾小時中呈 現(xiàn)最小的水需求，并且正是這幾個小時中可選擇地獲得校準(zhǔn)基質(zhì)勢測量。可選擇地，使用張 力計得到水基質(zhì)勢測量。在本發(fā)明的實施方式中，算法控制灌溉系統(tǒng)，以便在主動灌溉時段中連續(xù)地對田 地提供水。主動灌溉時段的持續(xù)時間響應(yīng)于田地的水基質(zhì)勢的測量和校準(zhǔn)水基質(zhì)勢的比較 而由算法確定。因此，依據(jù)本發(fā)明的實施方式提供了一種用于確定土壤的基質(zhì)勢的張力計，其包 括水入口 ；水力耦合器，其包括多孔材料以便在進入入口的水和土壤之間提供水力耦合； 以及隔板，其抵抗空氣經(jīng)由多孔材料的侵入而密封進入入口的水?？蛇x擇地，多孔材料包括 土工織物。另外地或可選擇地，多孔材料適合于使植物的根能夠在其中生長。在本發(fā)明的一些實施方式中，隔板包括隔板表面，隔板表面的至少一部分與進入 入口的水接觸?？蛇x擇地，張力計包括具有擋板的水迷宮(water labyrinth)?？蛇x擇地， 隔板表面的一部分與擋板接觸。在本發(fā)明的一些實施方式中，隔板包括膜，并且隔板表面為膜的表面?？蛇x擇地， 該膜包括多個層?？蛇x擇地，這些層包括第一層，該第一層的發(fā)泡壓力大于使用張力計的土 壤的基質(zhì)勢的大約最大絕對值?？蛇x擇地，第一層由至少一個支撐層支撐?？蛇x擇地，該第 一層被夾在兩個支撐層之間。在本發(fā)明的一些實施方式中，隔板的發(fā)泡壓力大于使用張力計的土壤的基質(zhì)勢的 大約最大絕對值。在本發(fā)明的一些實施方式中，發(fā)泡壓力大約等于一個大氣壓。在本發(fā)明的一些實施方式中，張力計包括彈性構(gòu)件，該彈性構(gòu)件有彈力地將多孔 材料按壓到隔板。在本發(fā)明的一些實施方式中，張力計包括耦合到水入口的水儲存器。在本發(fā)明的一些實施方式中，張力計包括提供壓力測量的裝置，該提供壓力測量 的裝置用于提供水儲存器中壓力的測量。依據(jù)本發(fā)明的實施方式還提供了一種灌溉系統(tǒng)，其包括灌溉管道，其具有至少一 個輸出孔口以便從管道輸出水；至少一個張力計，其依據(jù)本發(fā)明的實施方式所述，該至少一 個張力計耦合到灌溉管道，使得從至少一個孔口中的孔口輸出的水被限制為實質(zhì)上直接地 從孔口通過水力耦合器?？蛇x擇地，灌溉管道包括至少一個發(fā)射器，且輸出孔口為至少一個發(fā)射器的孔口。另外地或可選擇地，該至少一個發(fā)射器為集成的發(fā)射器。另外地或可選擇 地，該至少一個發(fā)射器包括多個發(fā)射器。在本發(fā)明的一些實施方式中，至少一個張力計中的每一個被耦合到相同的水儲存依據(jù)本發(fā)明的實施方式還提供了用于確定土壤的基質(zhì)勢的裝置，其包括多個張 力計；以及相同的水儲存器，所有的張力計水力地耦合到相同的水儲存器?？蛇x擇地，多個 張力計包括依據(jù)本發(fā)明的實施方式的張力計。另外地或可選擇地，該裝置包括閥，該閥適合 于將灌溉系統(tǒng)連接到水源，并且可操作以使水能從水源進入儲存器并從儲存器移除空氣。依據(jù)本發(fā)明的實施方式，還提供了一種灌溉系統(tǒng)，其包括灌溉管道，其具有至少 一個輸出孔口以便從管道輸出水；至少一個張力計，其包括水力耦合器，該水力耦合器用于 將張力計耦合到由灌溉系統(tǒng)灌溉的土壤；以及閥，其適合于將灌溉系統(tǒng)連接到水源，并且可 操作以使水從水源進入至少一個張力計并從張力計和耦合器沖走空氣。
依據(jù)本發(fā)明的實施方式，還提供了一種用于確定土壤的基質(zhì)勢的張力計，其包括 水入口 ；水力耦合器，其包括多孔材料以便在進入入口的水和土壤之間提供水力耦合；閥， 其適合于將張力計連接到水源，并且可操作以使水能從水源進入張力計并沖洗水力耦合依據(jù)本發(fā)明的實施方式，還提供了一種灌溉田地的方法，該方法包括獲得對于田 地的校準(zhǔn)水基質(zhì)勢；以及響應(yīng)于校準(zhǔn)基質(zhì)勢的值而用適量的水灌溉田地?？蛇x擇地，灌溉田 地的步驟包括循環(huán)地實施灌溉?？蛇x擇地，循環(huán)地灌溉田地的步驟包括在晝間循環(huán)中灌溉 田地?？蛇x擇地，獲得校準(zhǔn)水基質(zhì)勢的步驟包括至少每天一次獲得校準(zhǔn)水基質(zhì)勢。在本發(fā)明的一些實施方式中，田地包括植物，并且獲得校準(zhǔn)水基質(zhì)勢的步驟包括 在植物呈現(xiàn)相對較小的水需求時獲得基質(zhì)勢。在本發(fā)明的一些實施方式中，提供適量的水的步驟包括提供水的脈沖?？蛇x擇地， 提供適量的水的步驟包括獲得除校準(zhǔn)水基質(zhì)勢之外的田地的水基質(zhì)勢測量，將附加的水基 質(zhì)勢測量和校準(zhǔn)水基質(zhì)勢比較，以及響應(yīng)于該比較而提供適量的水?？蛇x擇地，將附加的水 基質(zhì)和校準(zhǔn)基質(zhì)勢比較的步驟包括確定它們的差。可選擇地，提供水的脈沖的步驟包括響 應(yīng)于該差提供脈沖。在本發(fā)明的一些實施方式中，提供水的步驟包括連續(xù)地提供水?？蛇x擇地，連續(xù)地 提供水的步驟包括響應(yīng)于校準(zhǔn)水基質(zhì)勢而確定灌溉時段并為所確定的灌溉時段連續(xù)地提 供水。可選擇地，確定灌溉時段的步驟包括響應(yīng)于校準(zhǔn)水基質(zhì)和先前確定的校準(zhǔn)水基質(zhì)之 間的差而確定灌溉時段。依據(jù)本發(fā)明的實施方式，還提供了一種灌溉系統(tǒng)，該灌溉系統(tǒng)包括灌溉管道，其 具有至少一個輸出孔口以便從管道輸出液體；至少一個水力耦合器，其耦合到灌溉管道，使 得從至少一個孔口中的孔口輸出的液體通過水力耦合器；以及至少一個感測裝置，其耦合 到水力耦合器以感測與水力耦合器中的液體相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，水經(jīng)由至少一個孔口的輸出響 應(yīng)于該性質(zhì)而被控制?？蛇x擇地，所感測的性質(zhì)包括基質(zhì)勢。另外地或可選擇地，所感測的 性質(zhì)包括水力耦合器的水分含量。可選擇地，灌溉系統(tǒng)包括控制器，該控制器響應(yīng)于所感測的性質(zhì)而控制經(jīng)由至少 一個孔口的水的輸出。
附圖簡述下文參照附到本文并列舉如下的附圖描述本發(fā)明的實施方式的非限制性的例子。 在多于一幅圖中出現(xiàn)的相同的結(jié)構(gòu)、元件或部分在它們出現(xiàn)的所有的圖中一般地用相同的 數(shù)字標(biāo)出。為了方便以及陳述清楚，部件的尺度以及附圖中示出的特征被選定并且未必按 比例繪制示出。圖IA圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的張力計的分解圖；圖IB圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖IA中示出的張力計的頂部外殼部 分的細節(jié)；圖IC圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖IB中示出的頂部外殼部分的平面 視圖；圖ID圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖IA中示出的張力計的底部外殼部 分的透視圖；圖2圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的


圖1A-1B中示出的張力計的組裝視 圖；圖3圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖IA和圖2中示出的連接到密封的 水儲存器的張力計的側(cè)截面視圖；圖4圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的分布在植物在其中生長的農(nóng)業(yè)田地 的土壤中的張力計的構(gòu)造；圖5A和圖5B示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于響應(yīng)于水基質(zhì)勢而控制田地的 灌溉的算法的流程圖；以及圖6示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于響應(yīng)于水基質(zhì)勢而控制田地的灌溉的 另一種算法的流程圖。詳述圖IA圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于測量土壤中的水基質(zhì)勢的張力 計20的分解圖。
圖1B-1D圖解地示出了圖IA中示出的張力計20的部件的放大視圖。圖2 圖解地示出了張力計20的組裝視圖。為了便于陳述，把裝置20稱為張力計，即使如
圖1A-1D 中示出的，其可選擇地不包括水儲存器和用于提供儲存器中壓力的測量的裝置。張力計20可選擇地包括外殼22、密封隔板60、由多孔材料形成的土壤水力耦合器 70以及彈性元件80，該外殼22具有第一外殼部分30和第二外殼部分50，為了方便，在下文 中稱為外殼頂部30和外殼底部50。水力耦合器70被形成為具有土壤耦合區(qū)域72，當(dāng)張力計20被組裝時(圖2)，該 土壤耦合區(qū)域72延伸到外殼22的外面，并且該土壤耦合區(qū)域72為張力計20的與土壤接 觸的一部分，張力計對該土壤提供水基質(zhì)勢測量，并且水力耦合器70將張力計水力地耦合 到土壤。可選擇地，土壤耦合區(qū)域72隨著離開張力計外殼22的距離的增加而加大。水力 耦合器70可選擇地包括頸部區(qū)域74以及下文將討論的并且定位在外殼22內(nèi)的可選擇的 圓形儲存器耦合區(qū)域76。水力耦合器70可選擇地由柔性多孔材料形成，并 且可選擇地使得 將在即將使用張力計20監(jiān)測水基質(zhì)勢的土壤中生長的植物可以擠入它們的根?？蛇x擇地， 水力耦合器70由包括土工織物的材料形成。外殼頂部30包括管狀桿31，該管狀桿31具有用于將張力計20連接到密封的張力計水儲存器的腔，并且外殼頂部30被形成為具有隔板凹槽33，如圖IB中第一外殼部分30 的從與桿31對置的一側(cè)的透視圖所示，該隔板凹槽33安置密封隔板60。隔板凹槽33的底 部表面34被形成為具有入口孔35，如圖IC中的外殼頂部30的平面圖中清楚地示出的，來 自連接到桿31的儲存器的水穿過該入口孔35進入張力計20。隔板凹槽33的底部表面34 可選擇地形成為具有水流迷宮36，該水流迷宮36包括入口、覆蓋入口孔35的部分的“迂回 路”擋板37以及多個升高的圓柱形擋板38。迂回路擋板37可選擇地為“海星形狀”，其包 括五個有角度地、均等地間隔開的臂39。迷宮36被無迷宮部件的環(huán)形的、可選擇的平面表 面40包圍。外殼頂部30可選擇地包括形成為具有用于接收水力耦合器70的頸部區(qū)域74 的通道42的頸部41，并且可選擇地包括組裝脊(assemblyridge)44，以便將外殼頂部30安 裝到外殼底部50。密封隔板60可選擇地包括由環(huán)形隔板框架62支撐的多孔隔板膜61，該環(huán)形隔板 框架62可選擇地伸出到隔板膜的平面的任一側(cè)上。當(dāng)張力計20被組裝時，環(huán)形隔板框架 安置在底部表面34的環(huán)形區(qū)域40上，并且隔板膜61可選擇地擱置在迂回路擋板37和圓 柱形擋板38上并由迂回路擋板37和圓柱形擋板38支撐。隔板膜61傳送水，但其特征為發(fā)泡壓力，下文稱為“操作的發(fā)泡壓力”，當(dāng)濕度等 于最大水基質(zhì)勢時，一般地在大約-0. 2巴到大約-0. 7巴之間，預(yù)期在將要使用張力計20 的土壤中將遇到這樣的最大水基質(zhì)勢?？蛇x擇地，多孔膜61的操作的發(fā)泡壓力等于大約1 個大氣壓。因此，水可以相對容易地穿過膜61，但是對于從膜的一邊到另一邊的小于或等于 使用張力計20的土壤中的大約最大水基質(zhì)勢的壓力差，膜61對于空氣實質(zhì)上是不可滲透 的?？蛇x擇地，如圖IA中的插圖66圖解地示出的，膜61為分層結(jié)構(gòu)，并且可選擇地包括多 孔層63，該多孔層63傳送水，但是當(dāng)對于小于合適的操作的發(fā)泡壓力的壓力，濕度對于空 氣不可滲透時，該多孔層63夾在兩個支撐層64之間?？蛇x擇地，作為例子，多孔層63由陶 瓷和/或燒結(jié)金屬和/或具有合適的孔隙率的合適的編織或非編織織物形成。支撐層64 可選擇地為由任何合適的剛性和堅固材料形成的網(wǎng)狀或者篩狀層?？蛇x擇地，多孔層63以 從大約0. 5微米到大約1微米的平均孔尺寸為特征?？蛇x擇地，支撐層由金屬和/或塑料 形成。外殼底部50被形成為與外殼頂部30匹配，并且可選擇地被形成為具有匹配脊51， 該匹配脊51匹配地配合在形成在外殼頂部30中的凹槽33 (
圖1B)內(nèi)，使得其與外殼頂部 和底部對準(zhǔn)。匹配脊51界定安置水力耦合器70的儲存器耦合區(qū)域76 (
圖1A)的凹槽52 的邊界的一部分。外殼底部也包括頸部54，該頸部54形成為具有分別與外殼頂部30的頸 部41和通道42匹配的通道55。凹槽52的底部表面56可選擇地形成為具有空腔57，以便 接收彈性元件80，該彈性元件80可選擇地為由彈性材料形成的球體形狀。外部的可選擇的 平面外圍邊界58圍繞匹配脊51以及通道55。當(dāng)張力計20被組裝時，外殼頂部30的組裝脊44與外殼底部50的外圍邊界58接 觸并結(jié)合到外殼底部50的外圍邊界58，并且匹配脊51將環(huán)形隔板框架62壓到外殼頂部 30的環(huán)形表面40，以便將隔板50固定在外殼頂部的隔板凹槽33中。彈性球體80被輕微 地壓縮并且推動水力耦合器70的儲存器耦合區(qū)域以彈力地壓在隔板膜61上并且將隔板膜 牢固地安置在水迷宮擋板37和38上。因為隔板膜61和迷宮擋板37和38之間的牢固接 觸，所以進入張力計20的水被實質(zhì)上均等地分布在隔板膜61的與迷宮擋板接觸的表面上。海星迂回路擋板37操作以便將進入入口孔35的水的實質(zhì)上均等的部分引導(dǎo)至在由海星隔 板臂39界定的五個不同的扇區(qū)中的每一個中徑向地流動。圓柱形擋板38按方位地分散徑 向地流動的水。因此，穿過入口孔35進入張力計20的水實質(zhì)上均等地打濕隔板膜61的所 有區(qū)域，并且膜對于其所預(yù)期的發(fā)泡壓力變得對空氣的通過實質(zhì)上不可滲透。圖3圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的圖IA和圖2中示出的連接到密封的 水儲存器100的張力計20的側(cè)截面視圖，密封的水儲存器100部分地填充有水120并且被 用于確定土壤區(qū)域130的水基質(zhì)勢Ψ的值。應(yīng)注意到，盡管水儲存器100被顯示為在土壤 區(qū)域130的表面上方，但是在實踐中，水儲存器一般地被定位在使用張力計測量水基質(zhì)勢 的土壤的表面下方。張力計20被定位在土壤區(qū)域130中，使得水力耦合器70的土壤耦合區(qū)域72與 土壤區(qū)域中的土壤接觸。壓力計量器102被耦合到水儲存器100，以測量儲存器中的壓力。 在圖3中，作為例子，壓力計量器被展示為壓力表，該壓力表的左手分支103耦合到水儲存 器100，而右手分支104暴露于大氣壓。壓力表被采用成包括作為壓力表流體的汞125，并 且汞和儲存器100中的水120之間的左手分支103被填充有水。盡管在圖3中壓力計量器 102被展示為壓力表，但在實踐中可以使用本領(lǐng)域已知的任何合適的壓力計量器或感測器， 以提供儲存器100中壓力的測量。
水力耦合器70通過水力耦合器的儲存器耦合區(qū)域76 (
圖1Α)和密封隔板60之間 的接觸來提供土壤區(qū)域130中的土壤和水儲存器100中的水之間的水力耦合。根據(jù)土壤區(qū) 域130的水基質(zhì)勢是大于還是小于水儲存器100中的壓力，土壤經(jīng)由水力耦合器從水儲存 器100抽出水或者將水引入水儲存器100。當(dāng)儲存器中的壓力等于土壤水基質(zhì)勢時，建立 了其中實質(zhì)上沒有來自儲存器或進入儲存器的水流的平衡。因為基質(zhì)勢幾乎總是負的，所 以儲存器100中在儲存器中水120的水位線121以上有真空。在圖3中，壓力表的連接到 水儲存器100的左手分支103中的汞125高于壓力表的暴露于大氣壓的右手分支104中的 汞。左手分支和右手分支中的汞高度之間的差提供水容器100中部分真空的測量，并從而 提供基質(zhì)勢Ψ的測量。為了可靠地操作，有優(yōu)勢地，隔板膜恰當(dāng)?shù)乇３直淮驖?，并且沒有空氣被俘獲在其 孔中。然而，在操作過程中，空氣可能穿過水力耦合器70漏出或者穿過水120滲出，并且被 膜俘獲或者被俘獲在迷宮39的擋板37和38之間的空間中。為了將隔板61和/或迷宮36 中可能被俘獲的空氣排凈，可選擇地將排凈閥105連接到儲存器100。排凈閥105被連接到 合適的水源(未示出)，并且依據(jù)本發(fā)明的實施方式，排凈閥105被周期性地打開，以將來自 水源的水沖洗通過儲存器、隔板膜61以及迷宮36以排凈可能被俘獲在隔板和迷宮的空氣。 有優(yōu)勢地，水位線121以上的空間實質(zhì)上為真空，并且經(jīng)由排凈閥105提供的水被用于從儲 存器100去除空氣。在本發(fā)明的實施方式中，為了在田地區(qū)域中提供基質(zhì)勢Ψ的測量，可選擇地如圖 1Α-3所示類型的多個張力計被定位在該田地的不同位置的土壤中，并且被耦合到共用的密 封的水儲存器。共用水儲存器中的壓力提供田地中的水基質(zhì)勢的測量，即“有代表性的基質(zhì) 勢”，該“有代表性的基質(zhì)勢”介于由張力計提供的水基質(zhì)勢的最高值和最低值之間?？蛇x 擇地，田地為用于植物生長的農(nóng)業(yè)田地，并且多個張力計以及有代表性的基質(zhì)勢被用于控 制田地中植物的灌溉。
圖4圖解地示出了依據(jù)本發(fā)明的實施方式的分布在種有植物242的農(nóng)業(yè)田地240 的土壤中的張力計200的構(gòu)造。張力計被連接到相同的水儲存器202，該水儲存器202連接 到壓力計量器204，該壓力計量器204用于提供儲存器中部分真空的測量并從而提供農(nóng)業(yè) 田地240的定位有張力計的區(qū)域的有代表性的基質(zhì)勢的測量。作為例子，在圖4中使用灌溉管道210灌溉植物242，該灌溉管道210包括集成的 發(fā)射器212，且張力計200為如
圖1A-3所示的具有水力耦合器70的類型，該水力耦合器70 由土工織物形成，植物242的根244能夠生長到水力耦合器70中。依據(jù)本發(fā)明的實施方式， 耦合到水儲存器202的每個張力計200被定位在植物242附近，并且使其水力耦合器70圍 繞包裹灌溉管道210的發(fā)射器212定位的區(qū)域。植物242的一些根244被展示為生長進入 張力計200的水力耦合器70的土工織物中。因為發(fā)射器212和植物的根244緊密鄰近水 力耦合器70，所以每個張力計200對植物242相對地敏感的土壤水基質(zhì)勢做出響應(yīng)，并對由 發(fā)射器212發(fā)射的水產(chǎn)生的基質(zhì)勢的變化做出響應(yīng)。在本發(fā)明的實施方式中，由壓力計量器204提供的儲存器202中的壓力變化的測 量，以及由此田地240的有代表性的水基質(zhì)勢的變化的測量被用于控制由發(fā)射器212發(fā)射 的水。當(dāng)由壓力計量器204提供的有代表性的水基質(zhì)勢落到想要的水基質(zhì)勢的下閾值以下 時，發(fā)射器212被控制以便將水釋放到土壤。當(dāng)有代表性的水基質(zhì)勢升高到想要的上閾值 以上時，發(fā)射器被防止將水輸送到土壤。可選擇地，發(fā)射器212只在灌溉管道210中的壓力升高到釋放水閾值壓力以上之 后將水釋放到土壤區(qū)域240，并且由發(fā)射器212釋放的水通過控制灌溉管道中的壓力而被 控制。在本發(fā)明的一些實施方式中，通過灌溉管道210中的脈沖壓力在發(fā)射器閾值壓力以 上來控制水釋放。在本發(fā)明的一些實施方式中，壓力脈沖是周期性的，并且其特征為脈沖寬 度。壓力脈沖的周期和脈沖寬度可選擇地響應(yīng)于土壤區(qū)域240中的土壤的“水合作用”松 弛時間而被確定，該“水合作用”松弛時間的特征是在壓力脈沖的過程中在由發(fā)射器212將 某一量的水釋放到土壤之后使土壤達到極限水基質(zhì)勢的時間。依據(jù)本發(fā)明的實施方式，通 過響應(yīng)于土壤水合作用松弛時間的脈沖水壓力控制水的釋放在提供灌溉的相對精確的控 制中可以是有優(yōu)勢的。例如，其在防止植物242的過量灌溉中可以是有優(yōu)勢的。本發(fā)明的實施方式的發(fā)明人已經(jīng)執(zhí)行了灌溉試驗，在灌溉試驗中，響應(yīng)于依據(jù)本 發(fā)明的實施方式中的有代表性的基質(zhì)勢來灌溉植物。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，他們能夠使用和普通地 提供給植物的水量相比相對較小量的水實現(xiàn)相對提高的作物產(chǎn)量。在一些情況下，由依據(jù)本發(fā)明的實施方式的多個張力計提供的有代表性的水基質(zhì) 勢實質(zhì)上等于由這些張力計提供的測量的平均。例如，假設(shè)在“第i”個張力計200的位置， 為了方便用“T/’代表，在土壤區(qū)域240中，水基質(zhì)勢為Ψ 。在平衡時，水儲存器202中的部 分真空穩(wěn)定到等于有代表性的基質(zhì)勢“ 的壓力的壓力。在該有代表性的基質(zhì)勢時，在基 質(zhì)勢Ψ ο的位置處從張力計Ti進入水儲存器202的水和在基質(zhì)勢& < Ψ。的位置處 從張力計1\離開水儲存器202的水同樣多。假設(shè)流進或流出張力計Ti的水和(Ψ -Ψ(ι)/R成 正比，這里R為對于土壤區(qū)域240中的土壤的水輸送的阻力，該R對于所有位置的張力計Ti
是相同的，并且獨立于
然后在平衡時，l;(nvR=o并且
使得Vci為所有Vi的平均。然而，一般地期望R將不僅對于土壤區(qū)域130的所有位置不相同，而且也將取決于(Vi-Vtl)。因此，期望給定的有代表性的水基質(zhì)勢將一般是每個張力 計200的位置的基質(zhì)勢的某種加權(quán)平均。在本發(fā)明的一些實施方式中，由灌溉系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)田地比如農(nóng)業(yè)田地240提供水以及由提供土壤水基質(zhì)勢Ψ的測量的圖4中所示的灌溉系統(tǒng)提供水依據(jù)具有類似于圖5Α和 圖5Β所示的流程圖的算法300而被控制。流程圖描繪了可選擇的晝間水提供循環(huán)，其中灌 溉系統(tǒng)對受到下文描寫的某些主要的“觸發(fā)”條件的田地提供水的脈沖。在方框301中，確定控制水提供循環(huán)Τβ ι、！ ^Jfffe以及參數(shù)的可選擇的值。 Τβ ι為在晝間循環(huán)過程中的時間，在該時間中，灌溉系統(tǒng)校準(zhǔn)水基質(zhì)勢測量，并獲得校準(zhǔn)水 基質(zhì)勢測量禮。Mtl可選擇地在一段時間后在夜間獲得，在該段時間中，未提供灌溉并且田地 中的植物的水需求最小。可選擇地，Tβ ι為大約0500。Ia為算法300允許的在向田地240 提供水的脈沖之間的可選擇地固定的最大時間間隔。可選擇地，Ia等于大約5小時。Tfffe 為跟隨著時間Τ·的時間，在時間Tfffe時，灌溉系統(tǒng)開始一段時間的“主動灌溉”，在“主動 灌溉”中，當(dāng)觸發(fā)條件發(fā)生時灌溉系統(tǒng)對田地240提供水的脈沖。Tss為主動灌溉時段結(jié)束 的時間。可選擇地，Tfffe比Τβ ι晚大約一小時，而Tss大約為傍晚時間，例如大約1700。在步驟302中，算法300檢驗系統(tǒng)時鐘(未示出)以獲得時間的讀數(shù)，“Τ時鐘”。在 決策方框303中，檢驗時間Tbw以看其是否大約等于Τβ ι。如果不等于，則算法返回方框 302以獲得對于Tbw的新讀數(shù)。如果另一方面Tbw大約等于Τβ ι，則算法300前進到方框 304并獲得土壤基質(zhì)勢Ψ的校準(zhǔn)讀數(shù)禮。然后，算法繼續(xù)前進以在方框305中獲得系統(tǒng)時 鐘的另一讀數(shù)Tbw，之后繼續(xù)前進到?jīng)Q策方框306。在決策方框306中，算法300確定Tbw 是否大于或等于田地240的主動灌溉將開始的時間Tfffe。如果T_小于Tfffe，則算法返回 到方框305以獲得對于Tww的另一讀數(shù)。如果另一方面Tbw大于或大約等于Tfffe，則算法 300前進到方框307并且設(shè)置等于Tww的可變的時間參數(shù)T^ii，以及在方框308中，可選擇 地設(shè)置等于(Tew-I^ii)的ΔΤ，其將該ΔΤ初始化到零。可選擇地，在決策方框309中，算法300確定Δ T是否大于Ia。如果不是，(情況 是在緊接著初始化之后的階段)算法300可選擇地跳到方框313。在方框313中，算法300 可選擇地響應(yīng)于來自張力計200 (圖4)的讀數(shù)獲得田地240的水基質(zhì)勢的測量M1,并且繼續(xù) 前進以便在決策方框314中確定IM1I的絕對值是否大于在方框304中獲得的絕對值|Μ。|。 如果IM1I大于|Μ。|，則算法300可選擇地繼續(xù)前進到方框315并且控制灌溉系統(tǒng)以對田地 240提供水的脈沖。在本發(fā)明的一些實施方式中，由灌溉系統(tǒng)提供的水的脈沖被確定以對每平方米的 田地240提供大約0. 6升的水。發(fā)明人已經(jīng)確定，如果脈沖之間的時間大于或大約等于0. 5 小時，則前文提到的每次脈沖的水的量一般是便于保持適當(dāng)?shù)墓喔鹊?。在本發(fā)明的一些實 施方式中，如果脈沖之間的時間降低到小于大約0. 5小時，則算法300增加由灌溉脈沖提供 的水的量。例如，如果灌溉算法300 “發(fā)現(xiàn)”IM1I相對地快速地增加，指示對于每0.25小時 的灌溉脈沖的需要，則可選擇地，算法增加由灌溉脈沖提供的水的量?？蛇x擇地，如果其發(fā) 現(xiàn)對于灌溉脈沖的需要達到每小時大約4脈沖的速度，則算法將由脈沖提供的水增加到大 約0.9升/平方米。在提供水的脈沖之后，算法300繼續(xù)前進到方框316并獲得對于Tbw的新的讀數(shù)， 并且在方框317中將T^ii重新設(shè)置到Tww。應(yīng)注意到，在決策方框314中，如果IMiI小于IΜ。I，則算法300跳過方框315-317，不提供水的脈沖，并直接地前往圖5B中示出的決策方 框 318。返回到方框309，如果Δ T大于ΤΛ，則算法300不跳到測量M1的方框314，而是可 選擇地，繼續(xù)前進到方框310并對田地240提供灌溉水的脈沖。其后，算法繼續(xù)前進到方框 311，獲得對于Tbw的新的讀數(shù)，并在方框312中將T^ii重新設(shè)置到Τ_ψ。隨后，算法繼續(xù)前 進到方框314以測量M1，并經(jīng)過方框315-317最終到達決策方框318。在決策方框318中，算法300確定Tbw是否大于或等于Tss，該Tss為方框301中 的時間設(shè)置，在時間Tgs時，主動灌溉時段結(jié)束并且新的灌溉循環(huán)開始。如果Τ_小于Tg 束，則算法300返回到方框308并且重新設(shè)置Δ Τ，否則，算法返回到方框302以再次開始循 環(huán)。在本發(fā)明的一些實施方式中，依據(jù)具有如圖6中所示的流程圖的算法400灌溉農(nóng) 業(yè)田地，比如田地240 (圖4)。算法400控制灌溉系統(tǒng)，以便在主動灌溉時段中連續(xù)地對農(nóng) 業(yè)田地240提供水而不是通過脈沖水提供。
在算法400的方框401中，可選擇地，設(shè)置參數(shù)T開始、T結(jié)束、T差、Tss, Te準(zhǔn)和M差。 與在算法300中一樣，Tfffe和Tss是主動灌溉的開始時間和結(jié)束時間，而Τβ ι為校準(zhǔn)時間。 Tsft為主動灌溉時段的持續(xù)時間的初始值，而Tii為對于Tsft的調(diào)整，其中算法400服從田 地240的某些水基質(zhì)勢條件。Mii為水基質(zhì)勢的可選擇地固定的最大變化，對于該ΜΛ，算法 400不調(diào)整Τ Μ 。方框401中的參數(shù)設(shè)置對算法400的決策的影響在下文被澄清。在本發(fā) 明的一些實施方式中，Tsft和Ia的值分別等于大約3小時和0. 2小時。Mii可選擇地為正 數(shù)，該正數(shù)的值等于一分?jǐn)?shù)，該分?jǐn)?shù)小于對于使用灌溉系統(tǒng)灌溉的田地的典型的基質(zhì)勢中 的一個?？蛇x擇地，Mii等于對于田地獲得的校準(zhǔn)基質(zhì)勢的大約5%?？蛇x擇地，對于給定的 一天，Mii等于先前一天的校準(zhǔn)基質(zhì)勢的5%。在方框402中，算法400獲得T時鐘的值，并且可選擇地，在決策方框403中確定T時 w是否等于Τβ ι。如果不等于，則算法400返回到方框402以獲得Tww的新值。另一方面， 如果Tbw等于Τβ ι，則算法繼續(xù)前進到方框404并獲得對于田地240的水基質(zhì)勢Ψ的讀數(shù) “Μη”。下標(biāo)“η”指的是“第η”天，假設(shè)對田地240提供水的灌溉系統(tǒng)操作的當(dāng)前天。在方 框404中，算法400將Mn的值儲存在合適的存儲器里。在方框405中，算法可選擇地對ΔΜ 指定一值，該值等于水基質(zhì)勢的當(dāng)前讀數(shù)Mn的值和對于當(dāng)前天之前一天獲得的水基質(zhì)勢的 讀數(shù)Mlri的值之間的差。在決策方框406中，算法400確定Δ M的絕對值是否大于或等于Ma。如果是，則 算法繼續(xù)前進到?jīng)Q策方框407以確定Δ M是否大于或等于零。如果Δ M大于零，則算法從 方框407繼續(xù)前進到方框408，在方框408處，算法使Tsft減少量Tii并隨后繼續(xù)前進到方 框410以獲得時間Τ_ψ。如果ΔM小于零，則算法從方框407繼續(xù)前進到方框409，在方框 409處，算法使Tsft增加量Ia并隨后繼續(xù)前進到方框410以獲得時間Tww。如果在決策方框406中ΔM的絕對值小于M差，則算法400從方框406跳過方框 407,408,409直接地到達方框410以獲得T時鐘。算法從方框410繼續(xù)前進到?jīng)Q策方框411。在決策方框411中，算法400確定在方 框410中獲得的Tww是否大于或等于主動灌溉開始時間Tfffe。如果不是，則算法返回到方 框410以獲得1~_的新值并隨后返回到方框411以測試新的Τ_ψ。如果在方框411中算法確定Tbw大于或等于Tfffe，則算法繼續(xù)前進到方框412并開始田地240的連續(xù)灌溉。算法從方框412繼續(xù)到達方框413以獲得T 的新值，并且在決策方框414中確定(Tew-Tmij)是否大于或等于TS)S。如果不是，則算法返回到方框412以繼續(xù)連續(xù)灌溉 田地240。如果另一方面，(Tew-Tfffe) > Tsft，則算法結(jié)束連續(xù)灌溉并返回到方框403。在本申請的描述和權(quán)利要求中，每個動詞“包括(comprise) ”、“包括(include)，， 以及“具有”及其詞形變化被用于指示這些動詞的賓語并非必然地為該動詞的主語的構(gòu)件、 部件、元件或部分的完整列舉。已經(jīng)參照本發(fā)明的實施方式描述了本發(fā)明，這些實施方式是通過例子提供的并且 不是要限制本發(fā)明的范圍。描述的實施方式包括不同的特征，不是本發(fā)明的所有實施方式 都需要所有的特征。本發(fā)明的一些實施方式只利用一些特征或者這些特征的可能的組合。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能想到已描述的本發(fā)明的實施方式以及本發(fā)明的包括除在已描述的實 施方式中提到特征以外的特征的不同組合的實施方式的變化形式。本發(fā)明的范圍僅由所附 權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
一種用于確定土壤的基質(zhì)勢的張力計，其包括水入口；水力耦合器，其包括多孔材料以便在進入所述入口的水和土壤之間提供水力耦合；以及隔板，其抵抗空氣經(jīng)由所述多孔材料的侵入而密封進入所述入口的水。
2.如權(quán)利要求1所述的張力計，其中，所述多孔材料包括土工織物。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的張力計，其中，所述多孔材料適合于使植物的根能 夠在其中生長。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的張力計，其中，所述隔板包括隔板表面，所述隔板表 面的至少一部分與進入所述入口的水接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的張力計，其中，所述張力計包括水迷宮，所述水迷宮具有擋板。
6.如權(quán)利要求5所述的張力計，其中，所述隔板表面的一部分與所述擋板接觸。
7.如權(quán)利要求4-6中任一項所述的張力計，其中，所述隔板包括膜，并且所述隔板表面 為所述膜的表面。
8.如權(quán)利要求6所述的張力計，其中，所述膜包括多個層。
9.如權(quán)利要求8所述的張力計，其中，所述層包括第一層，所述第一層的發(fā)泡壓力大于 使用所述張力計的土壤的基質(zhì)勢的大約最大絕對值。
10.如權(quán)利要求9所述的張力計，其中，所述第一層由至少一個支撐層支撐。
11.如權(quán)利要求10所述的張力計，其中，所述第一層被夾在兩個支撐層之間。
12.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的張力計，其中，所述隔板的發(fā)泡壓力大于使用所述 張力計的土壤的基質(zhì)勢的大約最大絕對值。
13.如權(quán)利要求9-12中任一項所述的張力計，其中，所述發(fā)泡壓力大約等于一個大氣壓。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的張力計，其包括彈性構(gòu)件，所述彈性構(gòu)件有彈力 地將所述多孔材料按壓到所述隔板。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項所述的張力計，其包括耦合到所述水入口的水儲存器。
16.如權(quán)利要求1-14中任一項所述的張力計，其包括提供壓力測量的裝置，所述提供 壓力測量的裝置用于提供所述水儲存器中的壓力的測量。
17.一種灌溉系統(tǒng)，其包括灌溉管道，其具有至少一個輸出孔口，以便從所述管道輸出水； 至少一個張力計，其如權(quán)利要求1-16中任一項所述，所述至少一個張力計耦合到所述 灌溉管道，使得從至少一個孔口中的孔口輸出的水被限制成實質(zhì)上直接地從所述孔口穿過 水力耦合器。
18.如權(quán)利要求17所述的灌溉系統(tǒng)，其中，所述灌溉管道包括至少一個發(fā)射器，且輸出 孔口為所述至少一個發(fā)射器的孔口。
19.如權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的灌溉系統(tǒng)，其中，所述至少一個發(fā)射器為集成 的發(fā)射器。
20.如權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的灌溉系統(tǒng)，其中，所述至少一個發(fā)射器包括多 個發(fā)射器。
21.如權(quán)利要求17-20中任一項所述的灌溉系統(tǒng)，其中，所述至少一個張力計中的每一 個張力計被耦合到相同的水儲存器。
22.一種用于確定土壤的基質(zhì)勢的裝置，其包括多個張力計；以及相同的水儲存器，所有的所述張力計都水力地耦合到所述相同的水儲存器。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述多個張力計包括如權(quán)利要求1-16中任一項 所述的張力計。
24.如權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的裝置，其包括閥，所述閥適合于將所述灌溉系 統(tǒng)連接到水源，并且可操作以使水能從所述水源進入所述儲存器并且從所述儲存器移除空氣。
25.一種灌溉系統(tǒng)，其包括灌溉管道，其具有至少一個輸出孔口，以便從所述管道輸出水；至少一個張力計，其包括水力耦合器，所述水力耦合器用于將所述張力計耦合到由所 述灌溉系統(tǒng)灌溉的土壤；以及閥，其適合于將所述灌溉系統(tǒng)連接到水源，并且可操作以使水能從所述水源進入所述 至少一個張力計并且從所述張力計和所述耦合器沖走空氣。
26.一種用于確定土壤的基質(zhì)勢的張力計，其包括水入口 ；水力耦合器，其包括多孔材料以便在進入所述入口的水和土壤之間提供水力耦合；閥，其適合于將所述張力計連接到水源，并且可操作以使水能從所述水源進入所述張 力計并沖洗所述水力耦合器。
27.一種灌溉田地的方法，所述方法包括獲得對于田地的校準(zhǔn)水基質(zhì)勢；以及響應(yīng)于校準(zhǔn)基質(zhì)勢的值用適量的水灌溉田地。
28.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，灌溉田地的步驟包括循環(huán)地實施灌溉。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，循環(huán)地灌溉田地的步驟包括在晝間循環(huán)中灌溉 田地。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，獲得校準(zhǔn)水基質(zhì)勢的步驟包括至少每天一次獲 得校準(zhǔn)水基質(zhì)勢。
31.如權(quán)利要求28-30中任一項所述的方法，其中，所述田地包括植物，并且獲得校準(zhǔn) 水基質(zhì)勢的步驟包括在植物呈現(xiàn)相對較小的水需求時獲得基質(zhì)勢。
32.如權(quán)利要求28-31中任一項所述的方法，其中，提供適量的水的步驟包括提供水的 脈沖。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，提供適量的水的步驟包括獲得除校準(zhǔn)水基質(zhì)勢 以外的田地的水基質(zhì)勢測量，將附加的水基質(zhì)勢測量和校準(zhǔn)水基質(zhì)勢比較，以及響應(yīng)于所 述比較而提供適量的水。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，將附加的水基質(zhì)和校準(zhǔn)基質(zhì)勢比較的步驟包括 確定它們的差。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，提供水的脈沖的步驟包括響應(yīng)于所述差而提供脈沖。
36.如權(quán)利要求28-35中任一項所述的方法，其中，提供水的步驟包括連續(xù)地提供水。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，連續(xù)地提供水的步驟包括響應(yīng)于校準(zhǔn)水基質(zhì)勢 確定灌溉時段以及對于所確定的灌溉時段連續(xù)地提供水。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，確定灌溉時段的步驟包括響應(yīng)于校準(zhǔn)水基質(zhì)和 先前確定的校準(zhǔn)水基質(zhì)之間的差確定灌溉時段。
39.一種灌溉系統(tǒng)，其包括灌溉管道，其具有至少一個輸出孔口，以便從所述管道輸出液體；至少一個水力耦合器，其耦合到所述灌溉管道，使得從至少一個孔口中的孔口輸出的 液體通過所述水力耦合器；以及至少一個感測裝置，其耦合到所述水力耦合器，以便感測與所述水力耦合器中的液體 相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，經(jīng)由至少一個孔口的水的輸出響應(yīng)于所述性質(zhì)而被控制。
40.如權(quán)利要求39所述的灌溉系統(tǒng)，其中，所感測的性質(zhì)包括基質(zhì)勢。
41.如權(quán)利要求39或權(quán)利要求40所述的灌溉系統(tǒng)，其中，所感測的性質(zhì)包括所述水力 耦合器的水分含量。
42.如權(quán)利要求39-41中任一項所述的灌溉系統(tǒng)，其包括控制器，所述控制器響應(yīng)于所 感測的性質(zhì)而控制經(jīng)由至少一個孔口的水的輸出。
全文摘要
一種用于確定土壤的基質(zhì)勢的張力計，其包括水入口；水力耦合器，其包括多孔材料以便在進入入口的水和土壤之間提供水力耦合；以及隔板，其抵抗空氣經(jīng)由多孔材料的侵入而密封進入入口的水。
文檔編號A01G25/16GK101848634SQ200880103194
公開日2010年9月29日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者亞伯拉罕·施韋策, 尤里·夏尼 申請人:內(nèi)塔芬有限公司;耶路撒冷希伯來大學(xué)伊森姆研究發(fā)展公司