CN101710045A - 一种检测玉米秸秆弹性模量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种检测玉米秸秆弹性模量的方法和装置属于现代农业装备技术领域。本发明采用悬臂梁为理论模型，水平施加给根部固定的玉米秸秆一个外力，根据力学相关原理计算出秸秆弹性模量的计算公式；根据这一测量原理，设计出了相关的测定装置，测量时，通过推杆给玉米秸秆施加一个水平作用的外力，使玉米秸秆弯曲，施加的外力通过传感器、自动显示仪等转化显示出玉米秸秆的弹性模量的数值，通过这样测量得出的玉米秸秆应力强度的数值可以作为玉米育种专家选育优质玉米的一个参数。本发明操作简单，测量原理科学，测量结果可靠，结构简单、投产成本低。

Description

一种检测玉米秸秆弹性模量的方法和装置

技术领域

本发明专利涉及一种检测玉米秸秆弹性模量的方法和装置，属于现代农业装备技术领域。

背景技术

世界各种粮食作物中，玉米的种植面积居第三位，仅次于小麦和水稻的种植面积。在我国，玉米是我国三大粮食品种之一，产量约占全国粮食总产量的四分之一。玉米产量占粮食总产量的比重已经由上世纪80年代初的18％提高到90年代末的近27％，因此玉米生产是我国粮食生产中最为活跃的因素。近几年来，玉米的种植在很多地区得到长足发展，在增加粮食产量、提高农民收入方面发挥了重要作用。但近年来，随着农业生产力的快速发展和玉米产量水平的大幅度提高，玉米的倒伏问题越来越严重。据统计，玉米倒伏一般减产20％～30％，严重者达50％以上，有时甚至绝产。

对于玉米倒伏带给玉米的育种和产量的影响，早在多年前就引起了各国育种专家的重视并展开了相关的研究以选育抗倒伏能力较强的玉米品种。在选育的过程中，育种专家迫切的需要一种能够快速测定玉米秸秆相关参数的自动检测仪。本发明专利的研究内容正是基于此项问题提出。

玉米育种专家经过长期的科学研究和实际育种经验，得出了影响玉米秸秆抗倒伏能力的关系相对密切的参数有：应力强度、弹性模量、拔根力等。而本发明就可以实现快速检测出秸秆的弹性模量。

针对玉米育种过程中选育抗倒伏能力较强的秸秆的研究特点，多国都开始研究自动检测玉米秸秆的相关参数的检测仪器。而目前国内外能够检测秸秆弹性模量的设备还仅停留在实验室的大型设备这个层面上，还没有出现一种在试验田里直接测量弹性模量的仪器。因此，本发明的出现具有广阔而深远的意义。

发明内容

针对国内外测量弹性模量的便携式仪器一片空白的研究现状，本发明确定了测定玉米秸秆弹性模量方法，并提供了测定玉米秸秆弹性模量的装置。

本发明的技术方案为：一种检测秸秆弹性模量的方法，其特征在于，采用悬臂梁模型，设ω为在实际操作中每次推动的距离，即为常量，a为受力点与支点间的垂直距离，也为常量，D为玉米秸秆的直径，F为施加给玉米秸秆的外力，则弹性模量为：

本发明还提供了一种采用所述方法的检测玉米秸秆弹性模量的装置，其特征在于，2个支撑环竖直安装在基座上，并保持同一高度，将外筒穿过支撑环的圆孔，用圆柱螺钉固定，再将推杆穿过外筒；分别在外筒的两端安装外筒套，以限制推杆的运动，并起到导向的作用；推杆的左端与连接圆柱螺纹连接，连接圆柱的外圆端通过过渡配合与手柄连接；推杆右端与连接双头圆柱的左端通过螺纹的连接，而双头圆柱的右端通过内螺纹连接与拉压力传感器连接，拉压力传感器的右端再通过内螺纹与压弧连接；在基座上安装竖直的螺杆，并在螺杆的中部安装仪器上座，并通过四颗阴阳螺钉将仪器托座与仪器上座固定，与拉压力传感器连接的自动显示仪安装于仪器上座和仪器托座之间。

所述自动显示仪采用MCK-Y自动显示仪，可以显示即时的压力和峰值，并且能够显示弹性模量的大小。

本发明的有益效果为：

1)操作简单：本发明对于弹性模量的测量，将测试装置固定好后，只需水平向前推动推杆使得秸秆向前偏移一定距离即可，操作过程简单方便。

2)测量原理科学，测量结果可靠：本测量原理基于悬臂梁模型，根据力学相关知识推导出了相关的计算公式，并且采用了以单片机为基础的自动检测显示仪器，使得测量后的结果自动显示，可靠准确。

3)结构简单、投产成本低：本发明的结构加工较为方便，零件数量不大，加工成本较低，显示部分的成本也较低，从而使得本发明的整体成本较低。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图；

图2为本发明所述测定装置的结构外观示意图；

图3为拉压力传感器连接部分的半剖图。

图中标号：

1-手柄；2-推杆；3-外筒套；4-外筒；5-仪器上座；6-自动显示仪；

7-仪器托座；8-阴阳螺钉；9-支撑环；10-螺杆；11-基座；12-玉米秸秆；

13-压弧；14-拉压力传感器；15-连接双头圆柱；16-圆柱螺钉；17-连接圆柱。

具体实施方式

本发明提供了一种检测玉米秸秆弹性模量的方法和装置，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

1、测量原理

本发明利用玉米秸秆的根部固定，而上半部悬空的特点，构造悬臂梁模型，根据悬臂梁的挠曲线方程推算出弹性模量的计算公式。图1为本发明的工作原理示意图。玉米秸秆的一端固定在地里，这是一个典型的悬臂梁模型，根据材料力学知识可以得出悬臂梁的挠曲线方程为：

当x＝a时，有 $\mathrm{\ω}=-\frac{{\mathrm{Fa}}^3}{3\mathrm{EI}}.$

从而可以推导出： $E=-\frac{3\mathrm{I\ω}}{{\mathrm{Fa}}^3}=-\frac{{3\mathrm{\π\ωD}}^4}{{32a}^{3}F}.$

上述各式中ω在实际操作中每次可以推动相同的距离，即为常量，a为受力点与支点间的垂直距离，也为常量，D为玉米秸秆的直径，F为施加给玉米秸秆的外力。经国家玉米改良中心育种专家介绍，由于直径D并非玉米育种专家所关心的一个参数，所以D一般不作考虑参数，一般也以常量值代替，因而主要需要测量参数F。

2、测定装置

根据上述测量原理，设计出实现测定玉米秸秆弹性模量的装置。图2为本发明所述测定装置的结构外观示意图。

2个支撑环9竖直安装在基座11上，并保持同一高度，将外筒4穿过支撑环9的圆孔，用圆柱螺钉16固定，再将推杆2穿过外筒4；分别在外筒4的两端安装外筒套3，以限制推杆2的运动，并起到导向的作用；推杆2的左端与连接圆柱17螺纹连接，连接圆柱17的外圆端通过过渡配合与手柄1连接；推杆2右端与连接双头圆柱15的左端通过螺纹的连接，而双头圆柱15的右端通过内螺纹连接与拉压力传感器14连接，拉压力传感器14的右端再通过内螺纹与压弧13连接；在基座11上安装竖直的型号为M20的螺杆10，并在螺杆10的中部安装仪器上座5，并通过四颗阴阳螺钉8将仪器托座7与仪器上座5固定，与拉压力传感器14连接的自动显示仪6安装于仪器上座5和仪器托座7之间。

自动显示仪6采用MCK-Y自动显示仪，可以显示推动玉米秸秆时所施加的推力，并且能够显示弹性模量的大小。

在上述的整个装配及安装过程中，应使得外筒4和推杆2保持水平，这样使得测得的结果更为可靠。

待安装固定好仪器后，将压弧13紧贴被测玉米秸秆12。操作者双手平推手柄1，手柄1向前运动施加给玉米秸秆12压力，由拉压力传感器14测量后，经自动显示仪6显示出施加给该段玉米秸秆的推力和弹性模量数值。

Claims (3)

1.一种检测秸秆弹性模量的方法，其特征在于，采用悬臂梁模型，设ω为在实际操作中每次推动的距离，即为常量，a为受力点与支点间的垂直距离，也为常量，D为玉米秸秆的直径，F为施加给玉米秸秆的外力，则弹性模量为：

$E=-\frac{{3\mathrm{\π\ωD}}^4}{32a^{3}F}.$

2.一种采用如权利要求1所述方法的检测玉米秸秆弹性模量的装置，其特征在于，2个支撑环(9)竖直安装在基座(11)上，并保持同一高度，将外筒(4)穿过支撑环(9)的圆孔，用圆柱螺钉(16)固定，再将推杆(2)穿过外筒(4)；分别在外筒(4)的两端安装外筒套(3)，以限制推杆(2)的运动，并起到导向的作用；推杆(2)的左端与连接圆柱(17)螺纹连接，连接圆柱(17)的外圆端通过过渡配合与手柄(1)连接；推杆(2)右端与连接双头圆柱(15)的左端通过螺纹的连接，而双头圆柱(15)的右端通过内螺纹连接与拉压力传感器(14)连接，拉压力传感器(14)的右端再通过内螺纹与压弧(13)连接；

在基座(11)上安装竖直的螺杆(10)，并在螺杆(10)的中部安装仪器上座(5)，并通过四颗阴阳螺钉(8)将仪器托座(7)与仪器上座(5)固定，与拉压力传感器(14)连接的自动显示仪(6)安装于仪器上座(5)和仪器托座(7)之间。

3.根据权利要求2所述的一种检测玉米秸秆弹性模量的装置，其特征在于，所述自动显示仪(6)采用MCK-Y自动显示仪，可以显示推动玉米秸秆时所施加的推力，并且能够显示弹性模量的大小。

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