柔性传感器电路布置的制作方法

本领域是在地面下使用的传感器，具体地，对于在用在地面下的壳体中可用的传感器阵列的传感器阵列元件的提供。

相关申请的交叉引用

本申请人是US5418466、AU760525、AU20030331464、US7042234、US7240743和WO20141165910中公开的许多土壤传感器的申请人。其中公开的信息整个地通过引用并入本说明书。更进一步地，本申请要求AU2014901327的优先权，其中公开的信息整个地通过引用并入本说明书。

背景技术：

细长土壤传感器的领域包括许多类型的土壤传感器，但是插入到地面下的壳体的形状很大程度上都将是相同的。土壤传感器被封装在壳体中，壳体的一些例子在上述专利中公开，但是总的说来，壳体是细长的以使多个传感器可以沿着细长壳体的内部长度被安置在将被感测的土壤或材料的各种深度处。特别值得注意的是，壳体全都是圆柱形的并且沿着整个插入长度具有恒定的直径。空心细长传感器壳体的外形很大程度上由有源传感器元件的形状决定，所述有源传感器元件是调谐电路中的元件，所述调谐电路也是更复杂的水分/复介电常数传感器的部件，如果使用得当的话，如US5418466中详细描述的，可以提供土壤的水分的盐度测量或趋势指示，在所述土壤内，壳体被插入在传感器电路的传感器元件部件的各种深度处。

在许多土壤传感器中，电容性有源元件用作调谐电路的部件，并且一般来说，电容性传感器元件由两个金属板组成，所述两个金属板物理地分离固定距离，但是被安置和布置为使得它们产生的电磁场和该产生的场的影响场的效应最大化地投射到周围土壤里并且从周围土壤接收，周围土壤的特性然后可以通过与调谐电路相关联的信号的分析来测量。在引用的专利说明书中公开的土壤水分传感器中，板由金属环形成，所述金属环通常具有比它们的厚度和直径大得多的高度，它们的厚度和直径将确定调谐电路的工作频率或者由调谐电路的工作频率确定。传感器环大体上被定位为使得每个环或每对环的圆形外面靠近大体圆柱形壳体的内表面，所述大体圆柱形壳体的内表面实际上在操作时靠近将被那些传感器感测的周围土壤。多对环通常沿着壳体的内部长度相隔10cm以提供地面下不同深度处的土壤特性的测量。

所引用的传感器阵列被容纳在细长圆柱形壳体中，在地面下小心创建圆柱形开口的原因包括以下：

a.为了确保紧邻空心细长传感器壳体、因此其中的传感器的地面尽可能地保持原状。

b.空心细长传感器壳体和周围地面之间的物理适配性使得在周围土壤和细长传感器壳体的外表面之间、沿着基本上该外表面的全长没有一个间隙或多个间隙。如果间隙存在，则这些间隙将造成有可能会从土壤的表面、紧邻传感器造成优先的地下水渗流通道，这些地下水渗流通道将使空心细长传感器壳体内的一个/多个传感器检测的周围土壤的土壤水分和其他特性的读数偏斜或不可用。此外，如果壳体延伸到地面水平面以上，则可能将存在遮蔽，该遮蔽也可以影响紧邻传感器的水分分布。

如果一个间隙或多个间隙不存在，则这些特性中的一些不会变为问题，但是为了使用现有布置来实现所述成果，需要确保通过螺旋钻创建的开口的内壁是相对平滑的，并且沿着其整个深度的内径是恒定的。这一直是所引用的文件中的至少一篇文件中所述的技术的意图，在一个例子中，通过相对于插入的空心细长传感器壳体的恒定外径略微缩小通过螺旋钻创建的开口，并且在空心细长传感器壳体的插入端在插入到制备的开口中时适于进行切割的情况下削掉或切掉制备的开口的内壁的一部分。

在所提及的文件中将注意的是，空心细长传感器壳体和周围土壤之间的一个间隙或多个间隙的消除被认定为是对于原位土壤传感器的适当操作的要求。然而，这些专利中所述的使用直径恒定的圆柱形空心细长传感器壳体的安装过程并不每次都确保该成果。遇到的一个问题包括，操作者在创建开口期间对螺旋钻的任何摇晃都可以造成更大地偏离当具有切削布置的空心细长传感器壳体插入时创建的剪切体积，使得在沿着插入的空心细长传感器壳体的长度的一个或多个位置处留下间隙。当填充的空气基本上足够时，或者如果间隙被水占据，间隙影响间隙区域中的传感器测量，并且它们将不指示这些间隙区域处或附近的传感器的影响场中的土壤特性。更进一步地，因为硬度、组成或者甚至当前土壤水分含量，土壤的类型可以使创建制备的开口的难易程度产生巨大的差别。已知的是，如果土壤主要是粘土，则在创建制备的开口时将会有大量工作，有时很多工作是针对插入空心细长传感器壳体。

技术实现要素：

所引用的文件中公开的或者发明人以其他方式知道的土壤传感器壳体全都不具有包括细长空心传感器壳体的壳体，所述细长空心传感器壳体具有第一端(在本文中称为头端)、第二端(在本文中称为插入端)以及从头端到插入端连续渐细的外表面。

在渐细开口中对空心细长传感器壳体使用渐细外形的原因是，因为传感器向下运动到形状互补的开口中确保空心细长传感器壳体的外表面将对空心细长传感器壳体的整个插入长度的整个外部区域施加均匀的压力以使其压贴形成开口的土壤表面，所以实现了空心细长传感器壳体的外表面和制备的开口的壁之间的间隙的消除得到保证。空心细长传感器壳体上的向下的力越大，压力越大，在空心细长传感器壳体的外部区域和形成开口的土壤表面之间将不存在间隙的可能性越大。

因此，因为本专利申请和涵盖这种壳体的专利申请共同的所有者对这种壳体的研发，存在提供如下传感器阵列的原因，所述传感器阵列如果需要的话，可以在形状和布置上顺应或者可顺应包括细长本体的细长空心壳体的内壁，所述细长本体具有头端、插入端以及从头端到插入端连续渐细的外表面。

存在对空心细长传感器壳体使用基本圆形截面的实践原因，但是不存在壳体的截面应仅为基本圆形的非常不利的原因，例如，形状可以是沿着空心细长传感器壳体的全长、截面为正方形或矩形或者甚至三角形，然而在土壤里创建将被插入到细长空心壳体中的土壤传感器布置所表征/测量的顺应形状将存在一些困难。

在一个广泛的方面，提供了一种用在具有连续渐细外壁的空心细长壳体中的传感器阵列，所述外壁在第一端的最大外径大于用在地面下的第二端的最大外径，传感器阵列元件包括：柔性材料的载体片材，载体具有位于所述载体片材的第一边缘和第二边缘之间的至少两对导电区域，一对导电区域中的两个导电区域彼此足够靠近地成形和安置，以使得当所述载体片材被形成为一个形状并且被插入到细长空心壳体中时，该对导电区域形成电容元件，相邻对的电容元件具有不同的直径，每对可用于感测包围位于细长空心壳体内的电容元件的位置的地面的至少水分含量。

所述传感器阵列，其中，所述电容元件在细长空心壳体内时具有与安置在细长空心壳体内的电容元件中的其他电容元件同轴的公共中心轴。

传感器阵列元件的进一步方面可以包括：

载体片材的至少一对相对边缘是不平行的。

导电区域从第一边缘延伸到第二边缘。

存在与载体片材相关联的集中化布置，所述集中化布置具有与细长空心壳体的内壁接触的至少三个触点，所述至少三个触点用于将载体片材与壳体集中起来。

集中化布置包括载体片材的可变形部分，所述可变形部分被布置为：径向向外突出，当所述材料被成形用于插入到细长壳体中时，接触细长空心壳体的内壁，并且将形成的形状集中在所述细长空心壳体内。

所述至少三个触点在径向上基本均匀地间隔。

载体片材的一个边缘包括固定元件，当载体片材被形成为适合于插入到细长空心壳体中的形状时，所述固定元件将该边缘附连到载体片材。

载体片材可以顺应所述细长空心壳体的内壁的形状。

固定元件包括由载体片材的柔性材料的形状形成的柄脚，所述柄脚适合于插入到载体片材中的狭槽中，并且适合于抵制从载体片材中的狭槽抽出。

在一个方面，柄脚具有长度，柄脚的一部分在自由端的宽度大于柄脚的其余部分，载体片材具有一个或多个狭槽，所述狭槽被安置为使得当柄脚的插入端插入在狭槽中时，形成的载体片材在狭槽的位置处具有预定直径。

柄脚被布置为从载体片材的边缘横向突出。

在载体片材中存在多个狭槽，所述狭槽被安置为使得当相应柄脚被插入到更靠近载体片材的与柄脚从其突出的边缘相对的边缘的狭槽中时，所形成的形状的柄脚和狭槽的位置处的预定直径与其他狭槽的使用相比为最大。

载体片材的各部分是可变形的以径向向外突出，其中，当所述材料被成形用于插入到细长空心壳体中时，并且当载体片材被安置在细长空心壳体内时，载体片材的各部分的径向外端点接触壳体的内壁以将形成的形状集中在所述细长空心壳体内。这也帮助使相邻的传感器阵列在被安置在空心细长壳体中时是同轴的。

存在至少两对导电区域，其中，每对是调谐电路的至少一个电容元件。

在载体片材上存在三对导电区域。

在一个方面，载体片材具有三对导电区域，其中，每对导电区域形成最大外径不同的电容元件，每对是相应调谐电路的至少一个电容元件。

每个导电区域的端部适应于导电连接到电路板。

相同大小的载体片材可以被用在壳体内，载体片材具有多个狭槽和多个柄脚，柄脚可用于与相应的狭槽啮合，以当载体片材被成形为适合于插入到细长空心壳体中时，沿着载体片材的长度提供形状为直径连续变小的载体片材，以使得多个载体片材可以从细长空心壳体的第一端到第二端、沿着细长空心壳体的长度安置。

在一个广泛的方面，提供了一种可用在地面下的传感器，该传感器可包括：细长空心壳体，其具有连续渐细的外壁，所述外壁在第一端处的最大外径大于用在地面下的第二端的最大外径；传感器电路，其包括需要电容元件的调谐电路的至少一部分，所述电路被安装到占据空心细长壳体的一部分的电路板；以及柔性材料的载体片材，所述载体具有位于载体片材的第一边缘和第二边缘之间的至少两对导电区域，一对导电区域中的两个导电区域彼此足够靠近地成形和安置，以使得当载体片材被形成为一个形状并且被插入到细长空心壳体中时，该对导电区域形成电容元件，相邻对的电容元件具有不同的直径，每对可用于感测包围安置在细长空心壳体内的电容元件的位置的地面的至少水分含量。

在一个更广泛的方面，存在一种可用在第一端外径大于第二端的细长空心壳体中的传感器阵列，该传感器阵列包括：传感器电路，其包括需要电容元件的调谐电路的至少一部分，所述电路被安装到具有至少两个电路的电路板，所述电路板的大小适应于占据细长空心壳体的一部分；以及柔性材料的载体片材，所述载体具有位于载体片材的第一边缘和第二边缘之间的至少两对导电区域，一对导电区域中的两个导电区域彼此足够靠近地成形和安置，以使得当载体片材被形成为一个形状并且被插入到细长空心壳体中时，该对导电区域在连接到所述电路时形成电容元件，相邻对的电容元件具有不同的直径，每对可用于感测包围安置在细长空心壳体内的电容元件的位置的地面的至少水分含量。

在下面的整个本说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”和“包含”及变体将被理解为隐含暗示包括所述的一个特征或一组特征，但不排除任何其他的一个特征或一组特征。

本说明书中对任何背景或现有技术的提及不是，并且不应被看作是，对于这种背景或现有技术形成公知常识的一部分的承认或任何形式的示意。

现在将参照附图更详细地描述特定实施例，这些实施例如附图中所示。这些实施例是说明性的，并不意在限制本文中的公开内容的范围。可以包括其他实施例的建议和描述，但是它们在附图中可能未被示出，或者可替代地，特征可以在附图中示出，但是在说明书中不被描述。

附图说明

图1描绘细长传感器壳体部分插入到地面下；

图2描绘细长传感器壳体完全插入到地面下；

图3描绘细长渐细传感器壳体在部分截面中的图形表示，该图形表示描绘了沿着细长空心壳体的长度安置的电容传感器；

图4描绘载体片材的形式的柔性传感器的实施例的平面图；

图5描绘连接到印刷电路板的载体片材的形式的柔性传感器；

图6描绘载体片材的形式的柔性传感器在折叠且固定的状态下连接到印刷电路板组件时的透视图，其中，载体片材具有基本圆形截面；

图7描绘载体片材的形式的柔性传感器在折叠且固定的状态下连接到印刷电路板组件时的端视图，所述载体片材具有基本圆形截面；以及

图8描绘载体片材的形式的柔性传感器以及沿着渐细细长空心传感器壳体的剖视图的整个内部长度布置的相关联的一个印刷电路板或多个印刷电路板的透视图。

具体实施方式

图1和2例示说明使用具有渐细旋翼(flighting)的螺旋钻在地面12下形成开口10(图1)的结果。这种螺旋钻可用于在地面下创建适用于插入空心细长传感器壳体14(图1)的开口，其中，细长空心传感器壳体具有截面为圆形的外形，细长空心传感器壳体插入端的直径小于非插入端(头端)。空心细长壳体具有连续渐细的外壁，所述外壁在第一端的最大外径大于用在地面下的第二端的最大外径。空心细长传感器壳体被推送到制备的开口中，直到细长壳体(在图2中不可见)外部的基准线到达地面水平面16为止，此时，细长壳体的整个渐细长度位于制备的开口内。在一个实施例中，基准将在壳体的顶部，壳体的顶部可以与土壤的顶部对齐。在一种布置中，壳体可以被安装工竖立以将细长壳体牢固地放置到制备的开口中，直到细长壳体的顶部与地面水平面同平为止。

将注意的是，图2示出了包围细长传感器壳体的未受扰动的地面12与细长传感器壳体14的外表面接触。这是最大化按阵列布置在细长空心传感器壳体内的传感器的有效性的理想条件，在一个实施例中，这些传感器沿着细长空心传感器壳体的全长(当被安装时的深度)每10cm安置(没有全都示出以使图精简)，从而提供在细长空心传感器壳体沿着生长农作物田地(未示出以使图精简)里制备的开口10的深度的位置上记录土壤的至少土壤水分和其他特性的手段。

空气空间和间隙的缺少，特别是在细长空心传感器壳体的外表面和周围地面之间的空气空间和间隙的缺少，基本上被避免。这种间隙的避免确保当有降雨事件时，水不会收集在间隙内或者沿着传感器外部向下创建优先水流动路径，这将趋向于使任何传感器测量失真。细长空心传感器壳体和制备的开口的渐细外形因此是顺应的，因为这两种形状在传感器插入之前是对应的，并且当细长空心传感器壳体碰到土壤的表面时变为顺应的(或者是可顺应的)。在现有的土壤传感器安装布置中，制备的开口和空心细长传感器壳体可能已经是对应的(因为它们都是圆柱形的)，但是向下的压力的量将不会改进空心细长传感器壳体的外表面和制备的开口的壁的顺应性。实际上，保持开口的圆柱形形式的需要可能不能始终都被实现，而渐细螺旋钻为渐细空心细长传感器壳体创建渐细开口的上述使用提供空心细长传感器壳体与制备的开口的内壁的自顺应性。

空心细长传感器壳体具有如下外径(因为在该实施例中，它具有圆形截面)，该外径在头端为X(该端在地面水平面处或附近)，大于插入端处的外径Y。在一个实施例中，锥度为在大约1200mm的长度上约为6mm，其中，X为24mm，Y为30mm，以形成适应于容纳土壤水分传感器布置的本体。

在进一步实施例中，空心细长传感器壳体的本体具有安置柔性形式的传感器阵列元件的柔性形式。柔性传感器阵列元件在一个实施例中由塑料片材材料形成，所述塑料片材材料可以折叠或者至少变形以使其通过本体的柔性形式的孔径，并且具有顺应柔性本体的优选为圆的渐细的内壁的一定弹性和趋势，并且当沿着本体的内部长度适当安置时，准备好根据需要与其他传感器阵列元件连接以形成阵列并且连接到作为感测电子器件的部件的电路。电容元件(在一个例子中，还有调谐电路)可用于感测包围安置在细长壳体内的电容元件的位置的环境的至少水分含量。整个传感器电路包括需要电容元件的调谐电路的至少一部分，其中，该电路被安装到占据空心细长壳体的一部分的电路板。

如图5中描绘的电路被合并到具有表面贴装分立部件和集成电路的组合的印刷电路板中，但是该电路可以被合并到载体片材材料中，所以术语“可连接的”也包括电容元件直接电连接到合并到载体片材材料中/上的电路的情况。

导电区域与印刷电路板58的连接在图5中被描绘为发生在载体片材的导电区域延伸到的边缘处，但是如其他地方所述的，与载体片材合并的导电区域可以仅在侧面之间延伸，而不延伸到载体片材的边缘，所以可连接性可能需要其他方式来建立电连接，诸如，举例来说，导线总线、一组导电材料、印刷电路板被定位在载体片材的一部分之上或者延伸越过载体片材的一部分的一部分印刷电路板之上、以及将被相关领域的技术人员意识到的许多其他替代方案。

电容元件和调谐电路以及相关联的信号处理电路和计算机处理器可以本地存储随着时间的逝去进行的土壤水分测量(数据)。所述电路还可以可连接到或者连接到通信布置，以使收集的数据可以被传送到其他地方以供以某种进一步的方式进行处理，通常是用于呈现周围土壤里的土壤水分分布以及用于显示当它们由于雨水、灌溉和其他环境事件而随着时间改变时以及土壤水分被土壤里的农作物吸收时的那些分布。

电容元件和电路以及相关联的信号处理电路可以被设置为通过发送电压、频率或相位、电流或其他参数来确定土壤水分含量，所述其他参数诸如具有参考源的产生信号的周期。

土壤水分不是所述电路测量的唯一类型的数据，可以包括盐度(通过使用相同的电容元件)、温度等。

在进一步实施例中，传感器阵列元件形成在柔性载体上，诸如塑料片材，并且传感器阵列可以在截面为类似基本圆形的细长绕线模(实心的或空心的)上被包裹成基本渐细的圆柱形形状，所述绕线模可以被容纳在本文中所述的形式的壳体内。

圆形截面的提及仅仅是示例性的，因为传感器的形状无需是圆形的来执行其感测任务，但是在一个实施例中，传感器顺应壳体的内壁形状，其中，在截面中外壁形状与内壁形状是相同的，以使得传感器被安置为紧邻插入壳体的土壤。

进一步地，柔性载体材料的片材可以包括柔性降低的区域，或者由于原因基本上是无柔性的，原因为诸如帮助顺应壳体的不规则形状的内壁(在其他实施例中，截面可以是非圆形的)、将电路和其他传感器等配装在空心细长壳体内、或者传感器阵列的支撑部分不包括在载体上。

在又一种形式中，柔性传感器载体被插入在空心细长壳体中，并且被定位为与壳体的内壁相邻，壳体的内壁的截面基本是圆形的。相邻可以意指柔性传感器载体与内壁是间隔的，但是仍具有很大程度上与内壁相同的截面形状。在一个实施例中，间隔由载体和内壁之间围绕载体随机安置或者按有序的网格径向安置的非导电间隔件柄脚提供。间隔件可以整体地形成在载体中或者被添加到载体。

在一个实施例中，一旦传感器阵列元件被插入，细长壳体的内部就可以被填充材料，以便固定该元件和其他设备并且当被合适地安置在壳体内时包括间隔件。填充材料是不导电的，并且当被处理时或者在自固化之后，将有助于壳体的坚挺，更重要地，柔性传感器载体、以及因此其上所承载的传感器区域被相对于对方和壳体固定到位，从而确保在校准期间及其以后(诸如在运输、存储和在田地里重复使用期间)，电气特性和电磁特性将随着时间得以保持。

在又一种形式中，柔性传感器载体被定位为与印刷电路板(PCB)相邻，并且连接到PCB。PCB由不导电基板制成，在所述不导电基板上，导电迹线和焊盘被蚀刻，通常是通过使用铜被蚀刻以变为印刷电路板组件。迹线和焊盘连接到分立的集成电路元件以形成电子电气电路。迹线和焊盘中的至少一些邻近(在该实施例中)细长PCB的边缘安置，所以它们易于电连接到柔性传感器载体上的适当安置的导电区域。

在实施例中，壳体的内壁的截面基本上是圆形的，并且柔性传感器载体基本上顺应壳体的内壁的形状。因此，载体承载的导电区域也将顺应空心细长传感器壳体的外壁形状；但是传感器元件可以不与内壁接触(稍后将使用柔性传感器载体的实施例来描述实现这的机制)。整个传感器电路包括其上具有作为电路的一部分的电容元件的柔性传感器载体，其中，该电路的其余部分被合并到占据空心细长壳体的一部分的电路板中。

在一个实施例中，空心细长传感器壳体的内部可以被填充例如聚氨酯、随着时间固化并且变为固体的材料，以便将传感器和其他设备在壳体内固定到位。图4和5描绘了孔59，孔59使可流动材料可以流过柔性载体片材，以使得它完全包围载体片材，而不会过度地使载体片材畸变，并且当该材料固化时，对载体片材材料和电路板的现有抗张强度提供附加刚度，这将使空心壳体的内部长度延展。

壳体内部因此将包含适当定位的一个/多个传感器，这些传感器同时与相应的传感器PCB电路板连接，这些电路被布置为将它们各自的信号或收集的测量数据、有时还有处理的数据传送到壳体外(可能通过一个/多个导线连接，但是优选地通过无线连接，这二者均未示出)。

壳体14的本体具有头端30和插入端32，本体被成形为插入端的端点的最大外径小于本体的头端的最大外径，在该实施例中，x＝30mm，y＝24mm，壳体的长度z为1200mm。本体的外形是连续渐细的外形，以便易于将插入端插入到土壤里制备的开口10(图1)中，因为如图3中图形化地描绘的，一般存在截头圆锥形，并且壳体的外壁的截面是大体圆形的。为了例示说明的目的，图3中描绘的传感器元件被示为没有相邻的传感器元件，如本说明书中将描述的，相邻的传感器元件在同一个载体片材上。

图4描绘了柔性传感器载体片材的实施例的平面图。该片材的背面在任何一个图中都未被示出，因为在视觉呈现中，(由于片材材料是透明的)显示出安置导电膜的黑暗区域以及从平面图将显而易见的各种孔径(狭槽、孔等)并无不同。

当提到载体片材时，术语“载体”没有特殊内涵，因为在实施例中，导电区域被封装在片状材料中，但是在另一个实施例中，导电区域可以形成在片材材料的外部。片材无需是材料的单张片材，本文中所述的实施例中使用的片材可以由两张或更多张片材形成，在一个进一步例子中，一张片材覆盖在另一个张片材上以形成导电区域的封装，在该实施例中，保护它们免受环境效果的影响，在另一个实施例中，一张片材被安置在导电区域的一侧，并且片材的一部分被安置在导电区域的另一侧及其上。

载体片材40具有四个边缘，并且由可形成的柔性不导电材料制成，例如厚度为0.177±0.03mm的FPC。载体片材的柔性使得它可以在插入之前被折叠成顺应所述细长壳体的内壁的形状的形状，一旦被插入，就可以进一步适应内壁形状。

载体片材具有导电区域(如图4所示)，这些导电区域可以通过用(在一个实施例中)导电材料膜(诸如电解铜)涂布载体片材而制成，其中，多对导电区域42、44和46沿着载体片材的长度布置。构成所述对的区域彼此足够靠近地成形和安置，以当所述材料成形时形成调谐电路(未示出)的电容元件。两个这种区域的接近被布置为创建与相应调谐电路一起工作的电容器，这种类型的至少一个电路的细节在细长土壤传感器领域中、特别是在前面通过引用并入本说明书的专利/专利申请中的至少一个中提供。在一个实施例中，导电区域由载体片材3mil P1的一侧的基础材料(是l oz电解铜)制成，并且通过使用17μ的胶水粘附到载体片材。焊接掩膜覆盖层是1mil PI、25μ胶水表面光洁度：ENIG。

载体具有位于载体片材的第一边缘和第二边缘之间的至少两对导电区域。该描述包括图4和5中描绘的从一个边缘延伸到另一个边缘的导电区域，但是导电区域可以定位为从一侧到半途、再到另一侧，或者在另一个实施例中，导电区域可以从离一侧一定距离开始，到离另一侧一定距离结束。导电区域的长度可以足以使得当载体被成形为配装在空心细长壳体内时这些区域是重叠的。更进一步地，所述对导电区域的长度可以是变化的，以使得相邻对的导电区域具有不同长度。

一对导电区域中的两个导电区域彼此足够靠近地成形和安置，以使得当载体片材被形成为一个形状并且被插入到细长空心壳体中时，该对导电区域形成电容元件。在一个实施例中，如图4和5中所描绘的，当载体片材被成形为具有渐细圆锥形形状以供在沿着壳体的内部长度的合适位置处插入到空心细长壳体中时，相邻对的电容元件具有不同的直径。在另一个实施例中，每对的导电区域的长度限定当载体片材被成形用于插入到空心细长壳体中时电容元件的形成直径。

形成电容元件的每对导电区域可用于感测包围安置在细长空心壳体内的电容元件的位置的地面的至少水分含量，因为如引用专利和专利申请中所述的以及本说明书中所述的，它们可以成为被设计为使用电容元件的电容的传感器电路的部件。

当查看图6、7和8，截面为大体圆形时，载体的折叠形状和形成的电容元件的一个实施例将更清楚。当电容元件在空心细长壳体内时，在一个实施例中，电容元件可以具有与安置在壳体内的其他电容元件以及也具有两个或更多个电容元件的其他成形的载体片材同轴的公共中心轴。

可以具有仅具有一对导电区域的载体片材，并且进一步地，该载体片材当被形成为在其端部具有不同直径时被成形为用在渐细的单个空心细长传感器壳体中。当在不具有比10cm至30cm深很多的根系的草地中使用这种传感器时，这种使用是可能的。

导电区域对在连接到调谐电路时形成这种电路的电容元件。如通过引用并入的引用专利中所述的，导电区域实际上是电容环。在载体片材上可以提供多对导电区域，在该实施例中，存在三对导电区域，因此能够形成三个电容元件，并且每对导电区域适应于导电连接到电路板。该连接优选为焊接的形式，但是可以通过附加元件机械地和电气地实现，所述附加元件诸如形成在电路板上以接纳导电区域的端部的夹具。当导电区域的端部被用来通过使用焊接将导电区域电连接到位于电路板上的调谐电路时，图4和5所示的长孔径56充当用于焊接的阱。每对导电区域形成作为相应调谐电路的部件的、直径不同的导电区域。

在该实施例中，有三对导电区域与载体片材合并，其中，每对导电区域形成最大外径不同的电容元件，每对是相应调谐电路的至少一个电容元件。

在实施例中，每个导电区域的端部适应于导电连接到电路板，但是每个端部可以如此适应。

特别值得注意的是，如图4所描绘的载体片材的平面图形状不是矩形形状，而是相反，如所描绘的，顶部边缘48不平行于底部边缘50，因此至少一对相对的边缘是不平行的。该对的一个边缘相对于另一个边缘的斜率使得从底部边缘到顶部边缘的距离在右侧边缘“A”上小于左侧边缘“B”。该构造使得载体片材在折叠成基本圆形截面的形状时右手侧的直径小于左手侧，因此能够顺应所述壳体的内壁。

可以将载体片材形成为部分圆锥形状以便基本上顺应细长空心壳体的内壁形状。还可以的是，片材的一个或多个边缘被成形为消除或最小化片材材料在一个或两个端部处的重叠以便不妨碍邻接区域处的类似地形成的、但是具有匹配直径的相邻的载体片材，所述匹配直径沿着载体片材的长度远离该邻接区域增大或缩小。该布置不是理想的，可能要求每张片材具有不同的形状，因此使片材的制造更昂贵，合适的壳体内的土壤水分传感器的制造也更昂贵，因为如同构造所述布置之前将要另外对元件进行排序那样，邻接程度、因此间隔可能受到不利影响。

在该实施例中，折叠形状的载体片材的固定是通过使用柄脚和狭槽的形式的固定元件来实现的，其中，柄脚被成形为可插入到狭槽，但是抵制从载体片材中的狭槽抽出，但是固定可以用若干种其他方式实现，例如，与将适当的位置标记安置在片材上相关联的耳片和固定元件(诸如卡钉或胶水或铆钉等)。在实施例中，载体片材的一对相对边缘中的一个边缘包括当载体片材被形成为顺应所述细长壳体的内壁的形状的形状时使用固定元件将该边缘附连到载体片材。固定元件可以被用在与载体片材的边缘没有关联的位置处，只要形状保持用于插入并且在插入到空心细长壳体中之后得以保持即可。

在实施例中，如图4中所描绘的，固定元件包括沿着载体片材的边缘48安置的一个柄脚或多个柄脚52。柄脚被布置为从载体片材的边缘48横向突出，并且在某些情况下，一个这种柄脚(固定元件)可以是足够的，但是在图4和5中描绘的实施例中，多个柄脚被示出并且被使用。

将注意的是，相对术语上部、下部、右手侧和左手侧的任何使用全都是相对于如图4中描绘的载体片材的方位的，但是将理解的是，这种术语是相对的，并不意在于限制。

柄脚具有有长度的特定形状，柄脚的一部分在一个区域的宽度大于柄脚的长度的其余部分。在该实施例中，柄脚具有合并到其中的箭头头部形状，因为所述材料是柔性的，所以箭头的侧顶点能够略微畸变以使得箭头头部可以插入到略小宽度的孔径中，但是抵制从载体片材的狭槽抽出。在该实施例中，载体片材具有一个或多个狭槽，这些斜槽被安置为使得当柄脚插入在狭槽中时，形成的载体片材在然后形成的形状的柄脚和狭槽的位置处具有预定直径(不精确的直径，因为柄脚的轴在箭头头部的下面和片材的侧面有一些长度)。然而，插入的且捕获的柄脚的区域中的片材的直径具有最大直径。因此，导电区域将形成导电环，该导电环是通过导电区域在纵向方向上的重叠而构成的，从电磁的角度来讲，该导电环是像任何其他导电环那样具有由预定直径部分地确定的物理大小的环。注意的是，两个相邻的环形成传感器阵列元件的调谐电路的电容元件，所以它们的组合的电气特性和电磁特性是所述构造的结果。

狭槽54a、54b、54c和54d被安置在载体片材中以使得当相应柄脚插入到更靠近载体片材的边缘(载体片材的边缘48)的狭槽中时，形成的形状的柄脚和狭槽的位置处的直径与其他狭槽的使用相比是最小的。在实施例中，在载体片材中存在多个狭槽，这些狭槽被安置为使得当相应柄脚插入到更靠近载体片材的与柄脚从其突出的边缘相对的边缘的狭槽中时，形成的形状的柄脚和狭槽的位置处的预定直径与其他狭槽的使用相比是最大的。

在图4和5中注意的是，柄脚是相互对齐的(大体上平行于载体片材的边缘A和B延展，并且与相应柄脚相对)。然而，在另一个实施例中，可以的是，连续的狭槽以这样的方式相对于对方和相应柄脚朝向一侧移位，即，当柄脚插入到载体片材中的狭槽中时，载体片材不仅在该位置处形成基本圆形截面的形状，而且还使片材的否则(在一个实施例中)平行的相对边缘错位，在该实施例中，柄脚从其突出的边缘，以使得载体片材的形状也从一端到另一端渐细。在该实施例(未示出)中，有益的是可以使用多于一个的柄脚和相应狭槽来形成所述形状。

多个相同大小的载体片材可以被用在壳体内。载体片材具有多个狭槽和多个柄脚，这些柄脚可用于与相应狭槽啮合，以当载体片材成形为适合于插入到细长空心壳体中时沿着载体片材的长度提供连续变小的渐细形状的载体片材。因此，多个载体片材可从细长空心壳体的第一端到第二端、沿着细长空心壳体的长度安置。

参照图4和5，狭槽54a的使用将创建最小直径，而狭槽54d的使用将创建最大直径。前一段中所述的实施例中的柄脚的类似移位将具有类似的效果。再次参照图4和5中描绘的实施例，因为边缘A短于边缘B，所以当相应柄脚被使用时，成形的片材的直径将沿着其长度从小变到大，因此基本上顺应内部渐细壳体的内壁的形状和直径。狭槽邻近载体片材的与柄脚从其突出的边缘相对的边缘安置。一旦柄脚与它们相应的狭槽啮合，相应导电区域的直径就已经被设置在柄脚和狭槽的位置处，并且因为柄脚从与和狭槽对齐的边缘不平行的边缘突出，所以载体片材的直径沿着载体片材的长度是不同的，本质上，载体片材从一个边缘到另一个边缘(图4中描绘的边缘A和B)渐细。每个插入耳片的位置处的直径在用可固化材料填充壳体的过程期间得以保持，因此作为传感器阵列元件的部件的电容元件的电气特性和电磁特性也被设置。

当提到折叠的载体片材的直径时，意识到的是，因为其上安置柄脚的载体片材的相对侧是不平行的，所以折叠的载体片材具有沿着其长度逐渐缩小的直径，但是因为成形的载体片材的最小直径已经被配置为大致与渐细壳体内的相邻安置的载体片材的最大直径相同，使得相邻的成形载体片材的平均直径因此将相应地更大或更小，所以这样做是合理的。

在未描绘的实施例中，载体片材是正方形或矩形，并且如其他地方所述的，导电区域的形状和大小使载体的形成形状可以创建具有合适电容特性的电容元件对，但是载体片材在被成形时形成可插入到空心细长壳体中的渐细载体片材。因此如果载体片材将具有正方形或矩形形状，则渐细形状仍可以通过使用安置在载体片材中的狭槽来形成，以使得形成的直径在形成的片材的一端小于另一端。该实施例未在任何一张图中示出，但是是在知道形成的载体片材将在两端具有该片材的顶点的延伸部分的情况下可容易实现的替代方案，所述延伸部分当位于空心细长壳体内时可能妨碍相邻安置的形成的载体片材。

通过在相应狭槽中使用柄脚来提供直径逐渐变小或变大的形状的传感器阵列元件，可以使用多个相同的基本载体片材来提供空心细长壳体内所需的所有传感器阵列元件。因此成形的具有整个直径逐渐变大(渐细形状)的载体片材被定位在渐细壳体的较大直径(内径和外径)端(头端)，而直径逐渐变小的形状的载体片材从空心细长壳体的头端到插入端、沿着壳体的内部长度被使用。

在实施例中，传感器阵列用在细长空心壳体中。所述壳体在第一端的外径大于第二端。在实施例中，传感器阵列包括传感器电路，所述传感器电路包括需要电容元件的调谐电路的至少一部分，其中，所述电路被安装到具有至少两个电路的电路板，所述电路板的大小适应于占据空心细长壳体的一部分。传感器阵列还包括柔性材料的载体片材，其中，所述载体具有位于载体片材的第一边缘和第二边缘之间的至少两对导电区域。一对导电区域中的两个导电区域彼此足够靠近地成形和安置，以使得当载体片材被形成为一个形状并且被插入到细长空心壳体中时，该对导电区域形成电容元件。电容元件在连接到所述电路时提供调谐电路的至少一部分，并且相邻对的电容元件具有不同的直径，每对可用于感测包围位于细长空心壳体内的电容元件的位置的地面的至少水分含量。

图5描绘了印刷电路板(PCB)58的定位(分立的或集成的电路元件均未被示出)，但是应注意的是，存在与每对导电区域相关联的电路，该电路的一部分是不完整的调谐电路(需要如图4中所描绘的那样沿着载体片材的边缘50附连如前所述的由柔性载体片材的导电区域形成的电容元件以形成电容传感器)。在引用的专利中提供了可以使用的电路的细节。

在所描绘的一个实施例中，每个导电区域具有至少一个狭槽56，包围狭槽的是暴露的导电材料，使得可以与PCB、特别是调谐电路建立导电连接。优选的连接是通过使用焊接，但是可以存在其他方式来实现与狭槽的电连接，所述其他方式除了使调谐电路完整所需的导电连接之外，还能够机械地啮合。

一旦载体片材适当地连接到PCB 58，载体片材就可以被成形为使得柄脚与适当的狭槽啮合并且形状将变为类似于图6和7中描绘的形状(图6的截面图)。

所述布置的进一步的特征是使用了不导电载体片材，这些载体片材是可变形的以径向向外突出，以使得当该材料被成形时，各部分的径向外端(在该实施例中，是耳片的自由端，但是在其他实施例中，该部分的形状可以是不同的，但是仍将具有径向外端)紧靠空心细长壳体的内壁，并且形成的载体片材基本上集中在壳体内，因此被图7图形化表示的集中化布置集中起来，图7描绘了位于壳体14内的形成状态的传感器阵列(40和58)的截面，壳体14具有内壁14'。这还帮助使相邻成形的传感器阵列在被安置在空心细长壳体中时是同轴的。

在该实施例中，耳片60围绕载体片材的外表面径向安置。在优选布置中，耳片60由被用模具切削、然后被用手或机器操控以相对于传感器阵列的形成形状的纵向中心轴向外突出的耳片形状创建。理想地，耳片60被操控为相对于载体片材弯曲大于90度，并且通过使用载体片材的材料的弹性，耳片然后将被偏压以在其径向位置处与载体片材呈大致90度方位。耳片在这种状况下的方向使得载体片材在特定方向上插入到壳体中，耳片然后通过其弹性主动地确保载体片材集中在壳体内。在图7中的侧视图中描绘了三个耳片，因为三个耳片60被示为在横贯图4和5上的载体片材的线上，当片材被形成用于插入到细长空心壳体中时，这三个耳片60在径向上相隔大约120度，从而创建与空心细长壳体的内壁接触的三个触点以用于将载体片材集中在空心细长壳体内。图4和5中描绘了五个这种耳片线，使得可以创建帮助集中传感器阵列元件的五组三个耳片。然而，在一组中可以有更多个这种耳片60，不可能更少，因为只有两个这种耳片将不会具有将传感器阵列集中在壳体的内壁内的期望效果。可以有例如两个这种耳片或类似布置，并且可以有从PCB突出的突起，该突起突出穿过载体片材中提供的孔径以提供至少三个触点中的一个(再次理想地，这三个触点是径向均匀间隔的，例如，大致120度径向间隔)，从而实现将传感器阵列集中在三点集中化布置的附近。耳片还使壳体的内壁的任何凹凸不影响载体片材承载的电容元件的形状，同时当成形的柔性材料被安置在壳体中时仍提供该材料的对中。

图8描绘了细长壳体14的剖视图，在细长壳体14内，安置了多个形成的载体片材40a、40b和40c。图示不是按比例绘制的，因为长度不代表任一端的直径(就这一点而言，图1和2中提供的图示稍微接近于真实实施例)，然而，图示对于描绘三张形成载体片材的使用(每张载体片材具有沿着它们的长度锥度增大的直径)以及当它们被放在一起时它们如何基本上匹配它们在相对较大端到较小端的直径是有用的。图示还描绘了每个传感器阵列元件提供3个电容元件，总共9个电容元件，包括载体片材上的多对导电区域，几乎占据了壳体的全长。未示出的是填料在壳体中用来将传感器阵列的位置设置在壳体内以及使壳体变硬以便使最终的产品更适用于本领域的使用和运输。

在另一个实施例中，用在地面下的传感器可以包括具有连续渐细的外壁的细长空心壳体，所述外壁在第一端的最大外径大于用在地面下的第二端的最大外径。传感器具有传感器电路，该传感器电路包括需要电容元件的调谐电路的至少一部分。传感器电路被安装到占据空心细长壳体的一部分的电路板。

在该实施例中，存在柔性材料的载体片材。所述载体片材具有位于载体片材的第一边缘和第二边缘之间的至少两对导电区域。一对导电区域中的两个导电区域彼此足够靠近地成形和安置，以使得当载体片材被形成为一个形状并且被插入到细长空心壳体中时，该对导电区域形成电容元件。相邻对的电容元件具有不同的直径，每对可用于感测包围位于细长空心壳体内的电容元件的位置的地面的至少水分含量。