CN106767635A - 一种测径弹簧尺及其测量树径的方法 - Google Patents

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镇方超
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    • G01B21/10—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring diameters

Abstract

本发明涉及测距装置领域，具体为一种测径弹簧尺及其测量树径的方法，在弹簧尺上设置一个固定的探头和一个可移动的探头，当两个探头和弹簧尺均与树干接触时，通过移动探头在弹簧尺上的移动量可推算出树干胸径，胸径数据通过无线网络自动上传到移动终端，工作人员在移动终端上初步处理后自动上传到云端备份，移动终端数据和云端数据自动同步更新；本发明的有益效果是：操作简易方便，测量树径时单人操作，测量精准度高；设备成本低廉，可大范围推广；测量树径时，数据同时保存在云端，既做了数据备份又方便远端的人员查看；移动终端数据和云端数据自动同步更新，保证数据的一致性和准确性。

Description

一种测径弹簧尺及其测量树径的方法
技术领域
本发明涉及测距装置领域，具体为一种测径弹簧尺及其测量树径的方法。
背景技术
在林业工作中，经常需要测量树径等数据，现在主要是依靠工作人员使用直尺等工具测量，在大范围的测量中，这种方法效率太低，因此研制方便安装和测量、操作简单、精度高的树径测量装置具有十分重要的意义和研究的价值。
中国专利库中一种树径生长量的自动测量装置(CN201110365933.7)，通过无线网络节点远程监测装置实现实时监测树径的实时生长量和生长状态；包括装置固定模块和测量模块；装置固定模块将测量模块固定于树干上需要测量树径变化量的位置上；测量模块包括带有弹簧的直线位移传感器、测头端滑轮、转向滑轮、导向滑轮、无弹性细钢丝绳、卡头和测头端滑轮与带有弹簧的直线位移传感器的连接部分；无弹性细钢丝绳通过转向滑轮、导向滑轮和测头端滑轮后，无弹性细钢丝绳环抱于需要测量树径的位置上，通过卡头将无弹性细钢丝绳两端卡紧；根据带有弹簧的直线位移传感器的位移量来确定树径生长的变化量。
中国专利库中公开了一种折叠式树径生长量实时精密测量仪(CN201410551262.7)，该装置能够实时精确地测量树木直径，且体积小巧可折叠，方便携带。测量装置包括支架、栅类尺、传感器夹具、微米级位移传感器传感器和信号传输处理电路。装置采用多点定位、三点测量直径的方式，由两个部分组装成夹角为90°至150°间的V型体，结合安装在与V型角的对角线重合处的微位移传感器，实现树径的测量。微米级位移传感器及磁栅尺通过信号传输处理电路与上位机间进行远程数据传输。本发明能够稳定实时地同时测量树径及其微变化量，减少测量误差。该装置采用可折叠式方便携带，而且使用方便并且质量轻体积小，夹具对树干伤害小。
现有的测树径工具存在一些问题，测量不精准、体积大、使用不方便等。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种测径弹簧尺及其测量树径的方法，在弹簧尺上设置一个固定的探头和一个可移动的探头，当两个探头和弹簧尺均与树干接触时，通过移动探头在弹簧尺上的移动量可推算出树干胸径，胸径数据通过无线网络自动上传到移动终端，工作人员在移动终端上初步处理后自动上传到云端备份，移动终端数据和云端数据自动同步更新。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案
根据本发明的第一方面，一种测径弹簧尺，其包括，本体1、手柄2、电源键3、电机控制键4、确认键5、发声器6、显示屏7、电源8、处理器9、数据收发模块10、步进电机11、链条12、压力感应条13、第一探头14、第一压力感应装置15、第二探头16、第二压力感应装置17、发电装置18、指示灯19、主动轮20、从动轮21。
所述本体1一侧设置有手柄2、发声器6、显示屏7、指示灯19，所述本体1另一侧设置有压力感应条13、第一探头14、第二探头16，所述本体1上部设置有链条12、发电装置18、主动轮20、从动轮21，所述本体1内部设置有电源8、处理器9、数据收发模块10、步进电机11，所述手柄2上设置有电源键3、电机控制键4、确认键5，所述步进电机11的输出轴穿出本体1与主动轮20中心点固定连接，所述从动轮21的转轴与本体1固定连接，所述链条12一端与主动轮20连接，所述链条12另一端与从动轮21连接，所述链条12围绕主动轮20、从动轮21转动，所述第一探头14一端与本体1固定连接，所述第一探头14另一端设置有第一压力感应装置15，所述第二探头16一端与链条12固定连接，所述第二探头16另一端设置有第二压力感应装置17，所述电源8分别与电源键3、发声器6、显示屏7、处理器9、数据收发模块10、步进电机11、压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17、发电装置18、指示灯19连接，所述处理器9分别与电机控制键4、确认键5、发声器6、显示屏7、数据收发模块10、步进电机11、压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17、指示灯19连接。
优选地，所述手柄2外缘设置有防滑装置。
优选地，所述电机控制键4包括电机启动键、反向启动键。
优选地，所述显示屏7为液晶显示屏。
优选地，所述数据收发模块10为网络模块，所述数据收发模块10与移动终端通过移动网络连接，包括2G、3G和4G。
优选地，第一探头14、第二探头16均为多节设置，可手动调节长度，每一节长度相同，单节长度为1-2cm，节数为3-6节。
优选地，所述第一压力感应装置15、第二压力感应装置17都为压力感应器。
优选地，所述第一压力感应装置15、第二压力感应装置17都为压力开关，平时处于断开状态，受压时接通。
优选地，所述发电模块18为太阳能发电装置，依靠光亮发电，为电源8补充电能。
根据本发明的第二方面，一种使用测径弹簧尺测量树径的方法，包括以下步骤：
(1)按动电源键3，准备开始测量，按动电机控制键4，启动步进电机11，步进电机11带动链条12和其上的第二探头16运动；
(2)操作本体1，使树干与压力感应条13、第一探头14、第二探头16接触，当压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17感应到压力时将信息上报处理器9；
(3)当压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17同时上报压力信息时，处理器9分别向步进电机11、指示灯19发出指令，步进电机11停止运动，指示灯19被点亮，处理器9根据步进电机11的行进过程中的脉冲数和第二探头16的长度计算出树干直径并在显示屏7上显示出来；
(4)待显示屏7上显示的直径数值不再变化时按动确认键5，发声器6读出数据同时处理器9将树径数据通过数据收发模块10自动上传到移动终端；
(5)工作人员在移动终端上确定后树径数据自动上传到云端，移动终端数据和云端数据自动同步更新；
(6)按动电机控制键4，使步进电机11反向转动，步进电机11带动链条12和其上的第二探头16向第一探头14侧运动，直到第二探头16与第一探头14接触，之后即可以进行下一次测量。
工作原理
设定步进电机11的步距角为t，细分倍数为x，电机轴的周长为L，第二探头16的长度为L2，第一探头14和第二探头16之间的距离为L1，树干的半径为R，树干的直径为D，步进电机6的步距角T、细分倍数x、电机轴的周长L、第二探头16的长度L2都是已知确定的，一个脉冲的线位移等于L÷[(360÷t)×x],处理器9获取到测量过程中步进电机11转动的脉冲数n,由第一探头14和第二探头16之间的距离L1的计算公式：L1＝n×L÷[(360÷t)×x]，由于其中一条R与L1的中点垂直相交，根据勾股定量，R2＝(R-L2)2+(L1÷2)2推算出：R＝(L2÷2)+[L12÷(8×L2)]，D＝2×R＝L2+[L12÷(4×L2)]。
由于运算过程中存在平方，所以当L1测量有误差时，计算出的树径会有一定的误差，当然，误差是非常微小的，误差范围不超过1cm。为了降低误差，在测量小树时将L2的数值设置的比较小，小树的树径一般不超过35cm，测量大一些的树时将L2的数值设置的比较大，大树的树径超过35cm。
本发明的有益效果是：该装置结构合理，可靠性高，测量精度高；操作简易方便，测量树径时单人操作，按下测量按键就可自动测量、液晶屏实时显示并自动记录；设备成本低廉，可大范围推广；该装置也可以运用于其他领域的测量工作；测量树径时，数据同时保存在云端，既做了数据备份又方便远端的人员查看；移动终端数据和云端数据自动同步更新，保证数据的一致性和准确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的外观示意图；
图3为本发明的测量原理图；
图4为本发明测树径的原理框图。
图1、图2中，1-本体、2-手柄、3-电源键、4-电机控制键、5-确认键、6-发声器、7-显示屏、8-电源、9-处理器、10-数据收发模块、11-步进电机、12-链条、13-压力感应条、14-第一探头、15-第一压力感应装置、16-第二探头、17-第二压力感应装置、18-发电装置、19-指示灯、20-主动轮、21-从动轮。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合附图、实施例来对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，所述本体1一侧设置有手柄2、发声器6、显示屏7、指示灯19，所述本体1另一侧设置有压力感应条13、第一探头14、第二探头16，所述本体1上部设置有链条12、发电装置18、主动轮20、从动轮21，所述本体1内部设置有电源8、处理器9、数据收发模块10、步进电机11，所述手柄2上设置有电源键3、电机控制键4、确认键5，所述步进电机11的输出轴穿出本体1与主动轮20中心点固定连接，所述从动轮21的转轴与本体1固定连接，所述链条12一端与主动轮20连接，所述链条12另一端与从动轮21连接，所述链条12围绕主动轮20、从动轮21转动，所述第一探头14一端与本体1固定连接，所述第一探头14另一端设置有第一压力感应装置15，所述第二探头16一端与链条12固定连接，所述第二探头16另一端设置有第二压力感应装置17，所述电源8分别与电源键3、发声器6、显示屏7、处理器9、数据收发模块10、步进电机11、压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17、发电装置18、指示灯19连接，所述处理器9分别与电机控制键4、确认键5、发声器6、显示屏7、数据收发模块10、步进电机11、压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17、指示灯19连接。
如图2所示，所述本体1一侧设置有手柄2、发声器6、显示屏7、指示灯19，所述本体1另一侧设置有压力感应条13、第一探头14、第二探头16，所述本体1上部设置有链条12、发电装置18、主动轮20、从动轮21，所述手柄2上设置有电源键3、电机控制键4、确认键5，所述步进电机11的输出轴穿出本体1与主动轮20中心点固定连接，所述从动轮21的转轴与本体1固定连接，所述链条12一端与主动轮20连接，所述链条12另一端与从动轮21连接，所述链条12围绕主动轮20、从动轮21转动，所述第一探头14一端与本体1固定连接，所述第一探头14另一端设置有第一压力感应装置15，所述第二探头16一端与链条12固定连接，所述第二探头16另一端设置有第二压力感应装置17。
如图3所示，L1与L2垂直相交，圆的一条半径R与L1垂直且相交在L1的中心点，根据勾股定理，R2＝(R-L2)2+(L1÷2)2。
如图4所示，测量树径时，包括若干个测量工具、移动终端，移动终端可以是手机或平板电脑，一台移动终端可配合多个测径激光卡尺使用，当测径激光卡尺测出数据后，通过无线网络自动上传到移动终端，移动终端进行初步整理后自动上传到云端备份，移动终端数据和云端数据自动同步更新。
电源键3与电源8连接，启动或关闭电源8；电机控制键4、确认键5都与处理器9连接，按动电机控制器4，控制信号上传至处理器9，处理器9向步进电机11下发指令，控制步进电机11启动、正转、反转；按动确认键5，控制信号上传至处理器9，处理器9分别向发声器6、数据收发模块10下发指令，发声器6播报处理器9计算出的数据，数据收发模块10将数据传输至移动终端；压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17都与处理器9连接，压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17将感应信号上传至处理器9，处理器9进行分析判断并向显示屏7、指示灯19下发指令，显示屏7显示处理器9的计算结果，指示灯19显示测量完成与否；电源8为所有用电部件供电。
实施例1
林区为速生林，目测树干直径都在30cm以上，设置L2为3cm，步进电机6的步距角t为1.8，细分倍数x为1，电机轴的周长L为1.8cm，转动的脉冲数n为2000，L1＝n×L÷[(360÷t)×x]＝18cm，D＝2×R＝L2+[L12÷(4×L2)]＝45cm。
实施例2
林区为速生林，目测树干直径都在40cm以下，设置L2为2cm，步进电机6的步距角t为1.8，细分倍数x为1，电机轴的周长L为1.8cm，转动的脉冲数n为1500，L1＝n×L÷[(360÷t)×x]＝13.5cm，D＝2×R＝L2+[L12÷(4×L2)]＝24.8cm。
实施例3
一种使用自动测量树木胸径的弹簧尺测量树径的方法，包括以下步骤：
(1)按动电源键3，准备开始测量，按动电机控制键4，启动步进电机11，步进电机11带动链条12和其上的第二探头16运动；
(2)操作本体1，使树干与压力感应条13、第一探头14、第二探头16接触，当压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17感应到压力时将信息上报处理器9；
(3)当压力感应条13、第一压力感应装置15、第二压力感应装置17同时上报压力信息时，处理器9分别向步进电机11、指示灯19发出指令，步进电机11停止运动，指示灯19被点亮，处理器9根据步进电机11的行进过程中的脉冲数和第二探头16的长度计算出树干直径并在显示屏7上显示出来；
(4)待显示屏7上显示的直径数值不再变化时按动确认键5，发声器6读出数据同时处理器9将树径数据通过数据收发模块10自动上传到移动终端；
(5)工作人员在移动终端上确定后树径数据自动上传到云端，移动终端数据和云端数据自动同步更新；
(6)按动电机控制键4，使步进电机11反向转动，步进电机11带动链条12和其上的第二探头16向第一探头14侧运动，直到第二探头16与第一探头14接触，之后即可以进行下一次测量。
工作原理
设定步进电机11的步距角为t，细分倍数为x，电机轴的周长为L，第二探头16的长度为L2，第一探头14和第二探头16之间的距离为L1，树干的半径为R，树干的直径为D，步进电机6的步距角T、细分倍数x、电机轴的周长L、第二探头16的长度L2都是已知确定的，一个脉冲的线位移等于L÷[(360÷t)×x],处理器9获取到测量过程中步进电机11转动的脉冲数n,由第一探头14和第二探头16之间的距离L1的计算公式：L1＝n×L÷[(360÷t)×x]，由于其中一条R与L1的中点垂直相交，根据勾股定量，R2＝(R-L2)2+(L1÷2)2推算出：R＝(L2÷2)+[L12÷(8×L2)]，D＝2×R＝L2+[L12÷(4×L2)]。
由于运算过程中存在L1的平方，所以当L1测量有误差时，计算出的树径会有一定的误差，当然，误差是非常微小的，误差范围不超过1cm。为了降低误差，在测量小树时将L2的数值设置的比较小，小树的树径一般不超过35cm，测量大一些的树时将L2的数值设置的比较大，大树的树径超过35cm。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种测径弹簧尺，其特征在于，其包括，本体(1)、手柄(2)、电源键(3)、电机控制键(4)、确认键(5)、发声器(6)、显示屏(7)、电源(8)、处理器(9)、数据收发模块(10)、步进电机(11)、链条(12)、压力感应条(13)、第一探头(14)、第一压力感应装置(15)、第二探头(16)、第二压力感应装置(17)、发电装置(18)、指示灯(19)、、主动轮(20)、从动轮(21)；其中，所述本体(1)一侧设置有手柄(2)、发声器(6)、显示屏(7)、指示灯(19)，所述本体(1)另一侧设置有压力感应条(13)、第一探头(14)、第二探头(16)，所述本体(1)上部设置有链条(12)、发电装置(18)、主动轮(20)、从动轮(21)，所述本体(1)内部设置有电源(8)、处理器(9)、数据收发模块(10)、步进电机(11)，所述手柄(2)上设置有电源键(3)、电机控制键(4)、确认键(5)，所述步进电机(11)的输出轴穿出本体(1)与主动轮(20)中心点固定连接，所述从动轮(21)的转轴与本体(1)固定连接，所述链条(12)一端与主动轮(20)连接，所述链条(12)另一端与从动轮(21)连接，所述链条(12)围绕主动轮(20)、从动轮(21)转动，所述第一探头(14)一端与本体(1)固定连接，所述第一探头(14)另一端设置有第一压力感应装置(15)，所述第二探头(16)一端与链条(12)固定连接，所述第二探头(16)另一端设置有第二压力感应装置(17)，所述电源(8)分别与电源键(3)、发声器(6)、显示屏(7)、处理器(9)、数据收发模块(10)、步进电机(11)、压力感应条(13)、第一压力感应装置(15)、第二压力感应装置(17)、发电装置(18)、指示灯(19)连接，所述处理器(9)分别与电机控制键(4)、确认键(5)、发声器(6)、显示屏(7)、数据收发模块(10)、步进电机(11)、压力感应条(13)、第一压力感应装置(15)、第二压力感应装置(17)、指示灯(19)连接。
2.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述手柄(2)外缘设置有防滑装置。
3.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述电机控制键(4)包括电机启动键、反向启动键。
4.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述显示屏(7)为液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述数据收发模块(10)为网络模块，所述数据收发模块(10)与移动终端通过移动网络连接，包括2G、3G和4G。
6.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，第一探头(14)、第二探头(16)均为多节设置，可手动调节长度，每一节长度相同，单节长度为1-2cm，节数为3-6节。
7.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述第一压力感应装置(15)、第二压力感应装置(17)都为压力感应器。
8.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述第一压力感应装置(15)、第二压力感应装置(17)都为压力开关，平时处于断开状态，受压时接通。
9.根据权利要求1所述的一种测径弹簧尺，其特征在于，所述发电模块(18)为太阳能发电装置，依靠光亮发电，为电源(8)补充电能。
10.一种使用测径弹簧尺测量树径的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按动电源键(3)，准备开始测量，按动电机控制键(4)，启动步进电机(11)，步进电机(11)带动链条(12)和其上的第二探头(16)运动；
(2)操作本体(1)，使树干与压力感应条(13)、第一探头(14)、第二探头(16)接触，当压力感应条(13)、第一压力感应装置(15)、第二压力感应装置(17)感应到压力时将信息上报处理器(9)；
(3)当压力感应条(13)、第一压力感应装置(15)、第二压力感应装置(17)同时上报压力信息时，处理器(9)分别向步进电机(11)、指示灯(19)发出指令，步进电机(11)停止运动，指示灯(19)被点亮，处理器(9)根据步进电机(11)的行进过程中的脉冲数和第二探头(16)的长度计算出树干直径并在显示屏(7)上显示出来；
(4)待显示屏(7)上显示的直径数值不再变化时按动确认键(5)，发声器(6)读出数据同时处理器(9)将树径数据通过数据收发模块(10)自动上传到移动终端；
(5)工作人员在移动终端上确定后树径数据自动上传到云端，移动终端数据和云端数据自动同步更新；
(6)按动电机控制键(4)，使步进电机(11)反向转动，步进电机(11)带动链条(12)和其上的第二探头(16)向第一探头(14)侧运动，直到第二探头(16)与第一探头(14)接触，之后即可以进行下一次测量。
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