CN1068654A

CN1068654A - 智能式土壤参数综合测定仪

Info

Publication number: CN1068654A
Application number: CN 91108115
Authority: CN
Inventors: 项祖训; 刘举华; 梁式华; 刘国海; 宋小龙
Original assignee: JIANGSU POLYTECHNICAL COLLEGE
Current assignee: JIANGSU POLYTECHNICAL COLLEGE
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1993-02-03

Abstract

本发明是一种智能式土壤力学参数综合测定仪。能在野外实地测量处理出6个土壤力学参数(即 K_c、K_Φ、n、c、Φ、k)。本发明采用测压，测扭综合装置和线位移，角位移传感器结构，应用非电量测量原理，通过一套压扭双作用传感器、信号处理转换器以及微型计算机直接打印出各种力学参数，从而改变目前仍不能直接测量各种上壤力学参数的状况，而且不需要多种测量仪器进行测量的状态。本发明具有测量精度高，成本低，操作简便等优点。

Description

本发明属于农田表层土壤力学参数测定仪器领域。

目前国内外用于土壤力学参数测定仪是承压仪和剪切仪两种。按仪器使用范围来区分有室内型和室外（野外）型两类。按仪器结构来区分有：独立式、组合式和综合式三种。

独立式：它是把承压仪与剪切仪各自独立一套装置，互不依赖。目前现有仪器，虽然也是室外型实地测试仪器，但其测量信号当前都是采用机械式记录装置，其结构较笨重，数据处理复杂而费时，精度不高、工作效率很低等缺陷。见表1参考文件中的5、6、7。

组合式：它是把承压仪与剪切仪组合装在一辆测试车上，该现有仪器的传动系统多数是采用液压油缸和液压马达的传动结构，其测试信号多数是采用非电量的模拟信号记录。组合式仪器的优点是测量精度高、数据处理也方便。工作效率也高;其缺陷是结构笨重，设备造价昂贵、使用费用高、使用条件受限制（如对水稻地区、海涂、沼殖等地区难以施展）。见表1参考文件中1、8。

综合式：它是把承压仪和剪切仪设计成一套仪器，既可作承压仪，又可作剪切仪，其功能比独立式大一倍，与组合式相当。其测试信号也采用非电量的模拟信号记录。这种仪器结构紧凑测试精度高，数据处理方便，工作效率高，且使用费用低，造价低等优点。可以说是当前较有发展的仪器型式。目前像这种型式的仪器能在野外使用的室外型仍未发现过。因为在技术上仍存在一系列问题未能得到解决，见表1参考文件中的8。

表1参考文件

本发明的目的针对上述仪器的缺陷，设计出一种适合于野外使用的便携式土壤力学参数智能式的综合测定仪。

本发明由测试装置、传感器、信号处理转换器、镉镍电池组、PC-1500袖珍式计算机、CE-152磁带机、CE-150彩色图形打印机等七个部份组成。见附图1，智能式土壤参数综合测定仪方块图。

镉镍电池组给稳压电源供电，二级稳压电源分别向传感器及放大器稳压供电，在测试现场、测试装置的测头将承载力和扭矩通过传感器转换成电信号输给放大器，将放大信号送到A/D板;同时将线位移及角位移也转换成电信号直接送给A/D板。经过A/D板转换成相应的数字量，计算机采集这些数字量，经过数据处理后，显示、打印并贮存结果。

本发明中的测试装置的结构与原理：如附图2所示，该装置系统主要包括剪切测头或承压测头8、角位移传感器3、线位移传感器15、压力扭传感器10、加压螺母16、螺杆17、剪切的加扭手柄1，承压的加压手柄2，以及支撑腿外套5和支撑7等部件组成。该装置是承担测量抗压和抗剪切强度的机构，可以测定求出6个土壤力学参数值，即：内聚变形模量k_c、内摩擦变形模量k_φ、变形指数n、内聚力系数c、内摩擦角φ、土壤剪切变形模量K值。尤其在测量抗剪强度的同时，能测出测头加载压力的变化。这在现有土壤测量仪器中不多见的。此外，本发明测量装置系统中采用螺母加载法压扭双作用传感器等结构，都为本发明结构设计的特点。

本发明中的信号处理转换器，主要由直流稳压电路（见附图3）、直流放大电路（见附图5）、模拟数字转换电路（见附图4）以及放大调节和桥路调节等组成。

直流放大电路是以AD624集成元件为核心，后接有源滤波器。其信号由压、扭传感器输入，相应的桥路调零由R₂₀₁、W₂₀₁、R₂₀₂完成。由于桥路的桥臂电阻为120Ω，故在一定可调范围内使调零电路对桥路影响最小。放大器调零由W₂₀₂完成。由于放大器不同端的连接所能达到的最大放大倍数只有1000，为了提高放大倍数达到测试的要求，通过外部选配元件来提高放大倍数，相应由R₂₀₃、R₂₀₄、R₂₀₅来实现。且采用精密电阻。相应的放大倍数通过不同的组合，可达3.8～9860倍共七级。有源滤波器由运放741和外围阻容元件构成。相应组成一个低迫滤波器。这样对一些干扰信号能有效滤去，提高抗干扰性能。有源滤波器的输出信号作为A/D板的输入信号。

模拟数字转换电路（A/D板）是以AD₀₈₀₉集成元件为核心。PC-1500计算机的地址经74138译码，再由7404反相后去控制AD0809的启动端和允许输出端。AD0809的时钟信号采用经7474集成元件分频后的计算机时钟信号。AD0809的参数电源采用计算机电源经1403稳压后的2V电源。这样只要用计算机的POKE指令和Peck指令就能完成不同通道的选择、A/D板的启动和输出的控制。A/D板的输入信号除两路放大的信号外，还有角位移、线位移传感器直接过来的信号。

直流稳压电路向传感器、放大器、滤波器等提供四种不同电压。对于传感器的电源精度要求高，这里采用两级稳压。对于放大器、滤波器的电路采用一级稳压，第一级稳压由三端稳压块7812、7912完成，第二级由1403和317完成。这样既使蓄电池的电压波动较大（5v），经稳压后的电压均能满足要求。

实施例：本发明中的信号处理转换器部分中的直流放大电路（如附图3所示）主要采用AD624集成元件，桥臂电阻为120Ω、桥路调零中的R₂₀₁＝20k，R₂₀₂＝1k，W₂₀₁＝10k、提高放大倍数的R₂₀₃＝10k，R₂₀₄＝10k，R₂₀₅＝10k，W₂₀₂＝10k，W₂₀₃＝10k。模拟数字转换电路主要以AD0809集成元件为核心。（如附图4所示）和74138、7404、7474以及1403所构成。直流稳压电路（如附图5所示）主要有7812、7912、1403和317等元件构成。

本发明中的测试装置（如附图2所示）主要有加扭手柄1，加压手柄2、角位移传感器3、支撑腿定位螺母4、支撑腿外套5、定位螺钉6、支撑腿7、剪切头（承压头）8、连接杆9、压扭传感器10、位移拉线环11、位移拉线12、角位移传感器13、线位移传感器14、线位移传感器15、加压螺母16、螺杆17等组成。其中角位移传感器3、压扭传感器10、线位移传感器15均为外协件，其余部件均可采用通用精加工设备或板金制作而成。

本发明中的镉镍电池组（如附图1所示），PC-1500袖珍式计算机，CE-152磁带机、CE-150彩色图形打印机，传感器均为外购件。

Claims

1、一种用于土壤参数综合测定仪，主要有测试装置、传感器、信号处理转换器、PC-1500袖珍式计算机、CE-152磁带机、CE-150彩色图形打印机等七个部份组成，其特征在于：

a、所述的测试装置主要由加扭手柄1、加压手柄2、承压测头8、角位移传感器3、线位移传感器15、压扭传感器10、加压螺母16、螺杆17、支撑腿外套5和支撑7等部件组成。

b、所述的信号处理转换器由直流稳压电路、直流放大电路、模拟数字转换电路以及放大调节和桥路调节等组成。其中：直流放大电路是以AD624集成元件为核心，后接有源滤波器，其信号由压、扭传感器输入，相应的桥路调零由R₂₀₁、W₂₀₁、R₂₀₂完成，提高放大倍数由R203、R204、R205所构成的电路来实现、放大器调零由W202完成。直流稳压电路实现两级稳压，第一级稳压由三端稳压块7812、7912为核心所构成的电路来完成。第二级稳压由1403和317元件为核心所构成的电路来完成。模拟数字转换电路是以AD0809为核心和74138、7404、7474、1403等元件所构成的电路，其输入信号除两路放大的信号外，还有角位移、线位移传感器直接过来的信号。