CN102967517B - 车载悬挂式多点土壤硬度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤硬度监测技术领域，公开了一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置。该车载悬挂式多点土壤硬度测量装置包括多个与车体固定连接的检测单元，该检测单元包括硬度传感器和硬度采集器，其中，硬度采集器与硬度传感器电连接，根据硬度传感器的检测信号来计算土壤的硬度。使用硬度采集器和硬度传感器自动测量土壤的硬度，测量过程简单、快捷、高效，车载式能够实现对大面积农场的土壤硬度数据测量，同时，每次可采集不同位置、不同深度的多个数据，数据采集量大，提高了测量结果的精度。

Description

车载悬挂式多点土壤硬度测量装置

技术领域

本发明涉及土壤硬度监测技术领域，特别是涉及一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置。

背景技术

随着我们越来越多的参与国际贸易，农产品出口面临更多的绿色堡垒，粗放的农业生产管理模式已经越来越不适应实际的生产需要。精准农业技术更多的投入到实际生产中，进行精准农业生产就是将农业生产资料的投入从原来的均匀投入，全面铺开，变成根据需要投入，定量投入，定点投入，这就需要大量的农田环境调查工作。

土壤的普查就是非常重要的环节之一，而土壤硬度是土壤普查的重要指标，研究土壤和水分、养分、耕作模式、冻土等必须首先获取大量的土壤硬度信息，同时耕作模式、大气环境、降雨冲刷对土壤影响的研究都需要采集土壤硬度。

目前我国的土壤普查工作都采用少样本，手工记录的方式，不但调查精度差，而且人为的误差影响了土壤调查的科学性，尤其在东北、新疆等大型农场，土壤面积很大，对土壤数据的调查基本上无法大面积、高精度的展开。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，用以解决大面积农场土壤硬度数据无法大面积展开、测量数据少、精度低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，包括多个与车体固定连接的检测单元，所述检测单元包括针状土壤检测件、硬度传感器和硬度采集器；所述针状土壤检测件与所述硬度传感器电连接，用于感应所述针状土壤检测件的压力信号；所述硬度采集器与所述硬度传感器电连接，用于采集所述硬度传感器感应的压力信号，并将压力信号转换为土壤硬度数据。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，还包括中央控制单元，所述硬度采集器连接一无线通讯模块，用于将土壤硬度数据通过无线方式发送给所述中央控制单元。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，还包括一GPS接收机，所述GPS接收机分别与多个所述检测单元的硬度采集器电连接。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，还包括深度传感器，与所述硬度采集器电连接，用于测量所述针状土壤检测件插入土壤中的深度。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，还包括固定装置和驱动装置，所述固定装置用于固定支撑多个所述检测单元，所述驱动装置用于驱动所述针状土壤检测件插入土壤和从土壤中缩回。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，所述驱动装置为液压油缸；

所述固定装置从上到下依次包括U型固定座、固定安装在所述U型固定座两纵梁之间的第一横梁和第二横梁，其中，所述液压油缸的缸底固定在所述U型固定座的第一横梁上，所述液压油缸的伸缩杆穿过所述第一横梁位于所述第一横梁和第二横梁之间；

所述硬度采集器固定安装在所述液压油缸的缸体上；所述硬度传感器穿过所述第二横梁，与所述液压油缸的伸缩杆固定连接，在所述液压油缸的驱动下深入土壤中；所述硬度传感器固定在所述液压油缸伸缩杆上靠近所述针状土壤检测件的一端；

所述GPS接收机固定在所述第一横梁上；

所述深度传感器设置在所述第一横梁上与所述液压油缸伸缩杆对应的位置。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，所述针状土壤检测件通过一套筒与所述液压油缸伸缩杆固定连接。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，所述针状土壤检测件与所述第二横梁配合处设置有筒状除土套。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，所述第一横梁的1/3处设置有铰链座。

如上所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，优选的是，所述第一横梁的两侧分别设置有多个横向固定板，中部设置有多个横向加强肋，所述多个横向固定板与车体的侧悬挂固定连接，所述多个横向加强肋与车体的中悬挂固定连接。

(三)有益效果

本发明提供一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置包括多个与车体固定连接的检测单元，该检测单元包括硬度传感器和硬度采集器，其中，硬度采集器与硬度传感器电连接，根据硬度传感器的检测信号来计算土壤的硬度。使用硬度采集器和硬度传感器自动测量土壤的硬度，测量过程简单、快捷、高效，车载式能够实现对大面积农场的土壤硬度数据测量，同时，每次可采集不同位置、不同深度的多个数据，数据采集量大，提高了测量结果的精度。

附图说明

图1为本发明实施例中车载悬挂式多点土壤硬度测量装置的俯视图；

图2为本发明实施例中车载悬挂式多点土壤硬度测量装置的主视图；

图3为本发明实施例中车载悬挂式多点土壤硬度测量装置与车体的连接示意图；

其中，1：车体；2：检测单元；3：侧悬挂；4：中悬挂；5：活动销；6：加强肋；7：固定板；8：锁止销；9：固定装置；10：硬度采集器；11：硬度传感器；12：驱动装置；13：深度传感器；14：U型固定座；15：第一横梁；16：第二横梁；17：铰链座；18：筒状探针座；19：筒状除土套；20：GPS接收机；21：中央控制单元；22：无线通讯模块；23：针状土壤检测件；24：伸缩杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1所示为本发明实施例中车载悬挂式多点土壤硬度测量装置的俯视图。结合图1、图2、图3所示，本发明实施例中的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置包括多个与车体1固定连接的检测单元2，本实施例中为三个，检测单元2包括针状土壤检测件23、硬度传感器11和硬度采集器10，其中，针状土壤检测件23与硬度传感器11电连接，硬度采集器10与硬度传感器11电连接，当针状土壤检测件23插入土壤中时，受到的压力增加，硬度传感器11采集该压力信号传输给硬度采集器10，硬度采集器10将压力信号转换为土壤硬度数据。

本实施例中的车体1可以为拖拉机、皮卡汽车、沙滩摩托等可具备车载能力的移动装置，驾驶员根据采样规划的任务要求，按照指定路线来测量土壤的硬度数据。

检测单元2可以设置单独的存储器来存储采集的土壤硬度数据，但由于采集的数据量大，同时也为了能够实时监测采集的土壤硬度数据，本实施例中优选车载悬挂式多点土壤硬度测量装置还包括中央控制单元21，硬度采集器10与一无线通讯模块22连接，以将土壤硬度数据通过无线方式发送给远中央控制单元21。

为了适应大面积农场的需求，需要将土壤硬度数据与采集点对应，因此，本实施例中还设置了GPS接收机20，GPS接收机20分别与多个检测单元2的硬度采集器10电连接。硬度采集器10采集硬度传感器11感应的压力信号的同时，采集GPS接收机20接收的GPS定位信息，获取采样点的坐标信息，然后将硬度数据、定位信息和采样时间封装为一个数据包，按照设定的频率无线发送到中央控制单元21，实现采样点和土壤硬度数据的一一对应。

对同一采集点，还可以采集不同土壤深度的硬度数据，只需设定深度传感器13来感应硬度传感器11的深度数据，同时，硬度采集器10以同样的采样间隔来采集硬度传感器11的硬度数据和深度传感器13的深度数据，就可以建立采集点土壤深度数据和硬度数据的一一对应关系。

在实际使用过程中，当针状土壤检测件23插入土壤中的深度到达设定的深度时，控制针状土壤检测件23缩回，完成一个采样点的采集。

为了方便对车载悬挂式多点土壤硬度测量装置测量过程的控制，本实施例中还设置了驱动装置12来提供针状土壤检测件23插入土壤和从土壤中缩回的驱动力，优选驱动装置12为液压油缸，可以采用电子方式控制其电磁液压阀，实现油路的通断，控制液压油缸12伸缩杆24的伸出和缩回，使得设备具有较好的可控性。

其中，如图2所示，每个针状土壤检测件23可以分别连接一液压油缸12，每个液压油缸12单独控制，可以选择任意1个液压油缸12工作，或2个液压油缸12组合工作，或3个液压油缸12同时工作，提高了设备的灵活性。

在车载悬挂式多点土壤硬度测量装置和车体1的连接过程中，可以设置固定装置9来固定支撑多个检测单元2及其液压油缸12，以方便车载悬挂式多点土壤硬度测量装置的安装和卸载。

本实施例中的固定装置9可以为从上到下依次包括U型固定座14、固定安装在U型固定座14两纵梁之间的第一横梁15和第二横梁16的机构，液压油缸12的缸底固定在U型固定座14的第一横梁上，伸缩杆24穿过第一横梁15位于第一横梁15和第二横梁16之间。

硬度采集器10可以固定安装在液压油缸12的缸体上，而针状土壤检测件23则穿过第二横梁16，与液压油缸12的伸缩杆24固定连接，在液压油缸12的驱动下插入土壤和从土壤中缩回。优选硬度传感器11固定在液压油缸12伸缩杆24上靠近针状土壤检测件11的一端，即图2所示的下端，不需要单独设置信号电缆，可以直接与针状土壤检测件23电连接。

针状土壤检测件23从土壤中缩回时，会夹带泥土，本实施例中可以在针状土壤检测件23与第二横梁16配合处设置筒状除土套19。筒状除土套19与第二横梁19可以通过螺纹固定连接，有利于筒状除土套19的更换。

在针状土壤检测件23上下运动时，为了防止硬度采集器10和硬度传感器11之间的信号电缆线27出现松动或受损，优选针状土壤检测件23通过一筒状探针座18与液压油缸12伸缩杆24固定连接。筒状探针座18还可以增强硬度传感器11的强度，减少液压油缸12伸缩杆24和筒状除土套19之间的互相磨损。其中，筒状探针座18与液压油缸12伸缩杆24可以为螺纹连接。

GPS接收机20可以固定在第一横梁16上。深度传感器13可以设置在第一横梁16上与液压油缸12伸缩杆24对应的位置，通过测量伸缩油缸12伸缩杆24下降的距离自动记录采样的深度数据。

受农场环境的限制，有时可能只需要1个液压油缸12工作或2个液压油缸12组合工作，当针状土壤检测件23插入土壤和从土壤中缩回时会造成在固定装置9受力不平衡，本实施例中可以在第一横梁15的1/3处设置铰链座17来解决固定装置9受力不平衡的问题。

为了实现与车体1的连接，本实施例中优选在第一横梁15的两侧分别设置有多个横向固定板7，中部设置有多个横向加强肋6，多个横向固定板7可以通过锁止销与车体1的侧悬挂3固定连接，多个横向加强肋6可以通过活动销与车体1的中悬挂4固定连接。

本发明实施例中以拖拉机为例来具体说明车载悬挂式多点土壤硬度测量装置的具体工作过程：

驾驶员根据采样规划的任务要求，到达指定地点，通过拖拉机自身的侧悬挂3和中悬挂4放下车载悬挂式多点土壤硬度测量装置到地面，按下液压油缸12的控制开关，打开电磁液压阀，液压油缸12伸缩杆24开始伸长，当针状土壤检测件23接触到地面时，压力数据陡增，硬度采集器10采集该压力信号，同时采集深度传感器13的深度数据，将不同深度数据和硬度数据一一对应，根据设定的采样间隔自动保存起来，当到达指定深度时，控制液压油缸12伸缩杆24自动缩回，硬度采集器10停止采集硬度采集器10和深度传感器13的数据，并快速采集GPS接收机的定位信号，将保存的硬度、深度数据表、GPS定位信息和采样时间一起打包无线发送到中央控制单元21，完成一个采样点点的三组数据的采集，拖拉机移动位置，开始下一个采样点的数据采集，循环往复。

由以上实施例可以看出，本发明提供一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置包括多个与车体固定连接的检测单元，该检测单元包括针状土壤检测件、硬度传感器和硬度采集器，其中，硬度采集器与硬度传感器电连接，根据硬度传感器感应的压力信号来计算土壤的硬度。使用硬度采集器和硬度传感器自动测量土壤的硬度，测量过程简单、快捷、高效，车载式能够实现对大面积农场的土壤硬度数据测量，同时，每次可采集不同位置、不同深度的多个数据，数据采集量大，提高了测量结果的精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，其特征在于，包括多个与车体固定连接的检测单元，所述检测单元包括针状土壤检测件、硬度传感器和硬度采集器；所述针状土壤检测件与所述硬度传感器电连接，用于感应所述针状土壤检测件的压力信号；所述硬度采集器与所述硬度传感器电连接，用于采集所述硬度传感器感应的压力信号，并将压力信号转换为土壤硬度数据；还包括深度传感器，与所述硬度采集器电连接，用于测量所述针状土壤检测件插入土壤中的深度；还包括一GPS接收机，所述GPS接收机分别与多个所述检测单元的硬度采集器电连接；还包括固定装置和驱动装置，所述固定装置用于固定支撑多个所述检测单元，所述驱动装置用于驱动所述针状土壤检测件插入土壤和从土壤中缩回；所述驱动装置为液压油缸；

所述固定装置从上到下依次包括U型固定座、固定安装在所述U型固定座两纵梁之间的第一横梁和第二横梁，其中，所述液压油缸的缸底固定在所述U型固定座的第一横梁上，所述液压油缸的伸缩杆穿过所述第一横梁位于所述第一横梁和第二横梁之间；

所述硬度采集器固定安装在所述液压油缸的缸体上；所述针状土壤检测件穿过所述第二横梁，与所述液压油缸的伸缩杆固定连接，在所述液压油缸的驱动下深入土壤中；所述硬度传感器固定在所述液压油缸伸缩杆上靠近所述针状土壤检测件的一端；

所述GPS接收机固定在所述第一横梁上；

所述深度传感器设置在所述第一横梁上与所述液压油缸伸缩杆对应的位置。

2.根据权利要求1所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，其特征在于，还包括中央控制单元，所述硬度采集器连接一无线通讯模块，用于将土壤硬度数据通过无线方式发送给所述中央控制单元。

3.根据权利要求1所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，其特征在于，所述针状土壤检测件通过一套筒与所述液压油缸伸缩杆固定连接。

4.根据权利要求1所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，其特征在于，所述针状土壤检测件与所述第二横梁配合处设置有筒状除土套。

5.根据权利要求1所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，其特征在于，所述第一横梁的1/3处设置有铰链座。

6.根据权利要求1所述的车载悬挂式多点土壤硬度测量装置，其特征在于，所述第一横梁的两侧分别设置有多个横向固定板，中部设置有多个横向加强肋，所述多个横向固定板与车体的侧悬挂固定连接，所述多个横向加强肋与车体的中悬挂固定连接。