CN107192486A - 一种用于测量植物根系拔出力的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量植物根系拔出力的装置及方法，属于植物根系拉力测量技术领域。所述用于测量植物根系拔出力的装置包括：主框架、副支架、摆臂、夹持组件、气缸、气泵、气压传感器和控制器；主框架的一端设有第一开口，且主框架的一端活动安装在副支架上，摆臂上设有多对第一轴孔，多对第一轴孔沿摆臂的长度方向间隔分布，转轴穿过摆臂上的一对第一轴孔以及主框架上的一对第二轴孔将摆臂安装在主框架内，夹持组件安装在摆臂的一端，夹持组件上设有第二开口；气缸安装在主框架上，且气缸的活塞杆穿过主框架与摆臂的另一端相连，气泵安装在主框架上且通过导气管与气缸相连，气压传感器与气缸连接，气泵和气压传感器均与控制器连接。

Description

一种用于测量植物根系拔出力的装置及方法

技术领域

本发明涉及植物根系拉力测量技术领域，特别涉及一种用于测量植物根系拔出力的装置及方法。

背景技术

植物根系拉拔力是对于植物固土能力以及植物根系生长情况判断的重要依据，对植物根系拉拔力进行测量也是研究植物以及水土保持等项目的常用科研手段。测量植物根系拉拔力的方法和设备比较多样，但多是在现有条件下使用不同类型设备组合成型的成套设备，其操作比较复杂，而有针对性的专用自动化测量设备依然少见。

目前市场上有部分名称为植物根系拉拔力测试仪的设备，但其中有很多适用于植物根系自身的抗拉力剪力的测量，而不是根系在土壤中的拔出力的测量。这类设备操作时需要先将植物从土壤中挖出然后再进行测量，根系在土壤中拔出力的测量与其测量方法以及用途均有较大的差别。

目前，用于测量植物根系拉出力的设备多数采用垂直拉拽的方法，测量时需要将设备支撑在植物正上方，使用气压或液压缸通过吊索拉拽植物。这种测量方法使用的设备虽然简洁，但体积较大，为了测量必须架设高于植物顶端的支架。其适用于冠幅较小高度较低的植物，如果是冠幅较大、高度高的植物，设备支撑会存在障碍。

一般的拉力测量设备会使用拉力传感器直接测量拉力，这种测量方法比较直接，其信息可靠性也比较好。但是由于拉力传感器的量程有一定限制，要测量不同类型的植物可能需要使用的量程区别会比较大，所以这类测量设备就需要提供多种不同型号，或更换不同量程的拉力传感器用于对不同类型的植物进行测量。

植物根系拔出力的测量一般情况都是在户外进行，测量时需要携带仪器到植物所在环境中。目前有很多该类型的测试仪器都是由多个部件组成，并且是分体设计，这类设备在野外测量是时需要携带多种部件，在测量时需要现场组装，操作和移动都十分复杂。所以，针对该类型的测量，需要一种一体化的专用测试仪器，以方便户外操作，提高工作效率。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，一方面，本发明提供了一种用于测量植物根系拔出力的装置，所述用于测量植物根系拔出力的装置包括：主框架、副支架、摆臂、夹持组件、气缸、气泵、气压传感器和控制器；

主框架的一端设有第一开口，且主框架的一端活动安装在副支架上，摆臂上设有多对第一轴孔，多对第一轴孔沿摆臂的长度方向间隔分布，转轴穿过摆臂上的一对第一轴孔以及主框架上的一对第二轴孔将摆臂安装在主框架内，夹持组件安装在摆臂的一端，夹持组件上设有第二开口，且第二开口位于第一开口的正下方；

气缸安装在主框架上，且气缸的活塞杆穿过主框架与摆臂的另一端相连，气泵安装在主框架上且通过导气管与气缸相连，气压传感器与气缸连接，气泵和气压传感器均与控制器连接。

所述夹持组件包括安装板和多个夹爪，所述第二开口设置在安装板上，多个夹爪通过夹爪转轴安装在安装板接近所述第一开口的一面，且多个夹爪分布在所述第二开口的周围。

所述安装板的底部设有滑道，安装板通过滑道安装在所述摆臂的一端。

每个所述夹爪夹持植物的一面均为外凸的弧形面，且外凸的弧形面上设有齿状结构。

所述主框架包括顶板、两个第一侧板和U型固定脚，所述第二轴孔设置在两个第一侧板上，所述第一开口设置在顶板的一端，U型固定脚安装在两个第一侧板的底部。

所述摆臂包括底板和两个第二侧板，所述夹持组件安装在底板的一端，所述多对第一轴孔设置在两个第二侧板上，多对第一轴孔沿着第二侧板的长度方向间隔布置。

所述副支架包括支撑板，支撑板上设有两个限位块，支撑板底部的两端各设有一个调节脚，所述主框架的一端卡在两个限位块之间。

所述第一开口和所述第二开口均为U型孔。

所述用于测量植物根系拔出力的装置还包括蓄电池，蓄电池与所述气泵连接。

另一方面，本发明提供了一种使用所述用于测量植物根系拔出力的装置测量植物根系拔出力的方法，所述方法包括：

步骤1、所述气压传感器检测所述气缸内的压强，并将检测到的数据发送给所述控制器；

步骤2、所述控制器根据接收到的数据以及所述气缸的尺寸参数计算出所述气缸的活塞杆施加给所述摆臂的压下力；

步骤3、所述控制器根据所述压下力、所述活塞杆与所述转轴之间的距离以及所述夹持组件夹持的植物与所述转轴之间的距离计算出所述夹持组件对植物向上的拔出力。

本发明中的用于测量植物根系拔出力的装置直接从植物的侧面进行安装，无需架设高于植物的支架，对于冠幅较大、高度较高的植物也能方便地进行拉拔力的测量；该装置无需使用拉力传感器，通过更换不同型号的气缸以及调节转轴在摆臂上的安装位置即可提供不同的拔出力，不受拉力传感器量程的限制；该装置结构简单，组装过程方便，且该装置的高度较矮，户外操作过程简单；该装置能够自动适应不同直径大小的植物对其进行夹紧，且在拉拔的过程中能够提供稳定的夹持力，根据杠杆原理计算出对植物的拔出力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1至图5是本发明提供的用于测量植物根系拔出力的装置的结构示意图；

图6是本发明提供的夹持组件的结构示意图；

图7是本发明提供的夹持组件的俯视图；

图8是本发明提供的图7的A-A向剖面图；

图9是本发明提供的图7的B-B向剖面图；

图10是本发明提供的摆臂的结构示意图；

图11是本发明提供的U型固定脚的结构示意图；

图12是本发明提供的测量植物根系拔出力方法的流程图。

其中，

1主框架，2副支架，3摆臂，4夹持组件，5气缸，6气泵，7第一开口，8转轴，9第二开口，10安装板，11夹爪，12夹爪转轴，13滑道，14底板，15第二侧板，16顶板，17第一侧板，18U型固定脚，19支撑板，20限位块，21调节脚，A第一轴孔，B齿状结构。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图11所示，本发明提供了一种用于测量植物根系拔出力的装置，该用于测量植物根系拔出力的装置包括：主框架1、副支架2、摆臂3、夹持组件4、气缸5、气泵6、气压传感器和控制器，其中，气压传感器和控制器未在图中示出；

主框架1的一端设有第一开口7，且主框架1的一端活动安装在副支架2上，摆臂3上设有多对第一轴孔A，多对第一轴孔A沿摆臂3的长度方向间隔分布，转轴8穿过摆臂3上的一对第一轴孔A以及主框架1上的一对第二轴孔将摆臂3安装在主框架1内，夹持组件4安装在摆臂3的一端，夹持组件4上设有第二开口9，且第二开口9位于第一开口7的正下方；

气缸5安装在主框架1上，且气缸5的活塞杆穿过主框架1与摆臂3的另一端相连，气泵6安装在主框架1上且通过导气管与气缸5相连，气压传感器通过导气管与气缸5连接，气泵6和气压传感器均与控制器连接。

夹持组件4包括安装板10和多个夹爪11，第二开口9设置在安装板10上，多个夹爪11通过夹爪转轴12安装在安装板10接近第一开口7的一面，且多个夹爪11分布在第二开口9的周围。

在本发明中，由于设有第一开口7和第二开口9，因此该装置可以从植物的侧面套入植物的茎部，不需要在植物上方设置支撑物，只需靠近植物根部放置即可；由于夹爪11是以夹爪转轴12为中心的活动部件，因此，多个夹爪11的开度大小是可以自动调整的，可以在一定范围内自动适应不同直径大小的植物，在本发明中，为了更好的保证夹持的可靠性，可在夹爪11与安装板12之间加装弹簧使夹爪11向内侧挤压，使夹爪11具有一定的预紧力。

如图6和图8所示，安装板10的底部设有滑道13，安装板10通过滑道13安装在摆臂3的一端，因此，在本发明中，夹持组件4是可以进行更换的，若在夹爪11的开度范围内仍不能将植物夹紧，则可以更换其他开度的夹持组件4。

如图6所示，每个夹爪11夹持植物的一面均为外凸的弧形面，且外凸的弧形面上设有齿状结构B，可以进一步增加夹爪11与植物之间的摩擦力，增加夹爪11对植物的夹紧力。

当将植物夹紧后，控制器控制气泵6工作，气泵6为气缸5提供压缩空气，驱动气缸5的活塞杆顶出，气缸5的活塞杆顶出时会给摆臂3另一端一个压下力，由于摆臂3是通过转轴8安装在主框架1内，由于杠杆原理，摆臂3的一端会受到一个向上的力，因此摆臂3的一端会带动夹持组件4向上运动，当夹持组件4向上运动时，力由夹爪转轴12传向夹爪11，夹爪11施加给植物的力是沿着夹爪11的方向的，因此可以分解为施加给植物竖直向上的力以及施加给植物水平方向的力，用以将植物拔出，当摆臂3一端受到向上的力增加时，夹爪11对植物向上的力以及对植物水平方向的夹紧力会同时增加，保证夹持的稳定性。

在本发明中，摆臂3包括底板14和两个第二侧板15，夹持组件4安装在底板14的一端，多对第一轴孔A设置在两个第二侧板15上，多对第一轴孔A沿着第二侧板15的长度方向间隔布置。因此，由于杠杆原理，当气缸5的活塞杆对摆臂3另一端的压下力不变的情况下，转轴8穿过摆臂3上不同位置的第一轴孔A时，摆臂3一端向上的力也是不同的，因此，可以通过调整转轴8在摆臂3上的安装位置而调整该装置对植物向上的拔出力。另一方面，也可以更换不同型号的气缸来调整摆臂3受到的压下力，在气泵6提供给气缸5的气压压强不变的情况下，不同型号的气缸具有不同的缸径，因此，当气缸5的缸径变化时，气缸5的受力面积也会不同，因此，通过气缸5的活塞杆施加给摆臂3的压下力也会不同。因此，可以通过合理调整转轴8在摆臂3上的安装位置以及选择不同型号的气缸5来调整该装置对植物的拔出力。

在本发明中，主框架1包括顶板16、两个第一侧板17和U型固定脚18，第二轴孔设置在两个第一侧板17上，第一开口7设置在顶板16的一端，U型固定脚18安装在两个第一侧板17的底部。U型固定脚18的开口处分别与两个第一侧板17的底部连接，底部直接与地面接触，可以最大程度的为摆臂3提供运动空间。

第一开口7和第二开口9均为U型孔，方便从植物的侧面安装该装置。

在本发明中，副支架2包括支撑板19，支撑板19上设有两个限位块20，支撑板19底部的两端各设有一个调节脚21，主框架1的一端卡在两个限位块20之间。在安装本装置时，将植物夹持在第二开口9内后，再将主框架1的一端通过副支架2上的两个限位块20滑入，此时，主框架1和副支架2形成一个T字型结构，副支架2对主框架1起到良好的支撑作用。

在本发明中，用于测量植物根系拔出力的装置还可以包括蓄电池，蓄电池与气泵6连接，为气泵6供电，也可以使用独立的电池为气泵6供电，可根据实际情况进行合理设计。

如图10所示，本发明中的用于测量植物根系拔出力的装置测量植物根系拔出力的方法包括：

步骤1、气压传感器检测气缸5内的压强，并将检测到的数据发送给控制器；

在本发明中，控制器还用于控制气泵6向气缸5提供压缩空气，气压传感器实时检测气缸5内的压强并将检测的压强数据发送给控制器。

步骤2、控制器根据接收到的数据以及气缸5的尺寸参数计算出气缸5的活塞杆施加给摆臂3的压下力；

在本发明中，控制器内存储有气缸5的尺寸数据，根据气缸5的缸径以及气压传感器测量的压强计算出气缸5施加给摆臂3的压下力。

步骤3、控制器根据压下力、活塞杆与转轴8之间的距离以及夹持组件4夹持的植物与转轴8之间的距离计算出夹持组件4对植物向上的拔出力。

在本发明中，可以将活塞杆与转轴8之间的距离以及夹持组件4夹持的植物与转轴8之间的距离输入进控制器，根据杠杆原理，以及步骤2中计算出的摆臂3受到的压下力，计算出该装置对植物的拔出力。

本发明中的用于测量植物根系拔出力的装置直接从植物的侧面进行安装，无需架设高于植物的支架，对于冠幅较大、高度较高的植物也能方便地进行拉拔力的测量；该装置无需使用拉力传感器，通过更换不同型号的气缸5以及调节转轴8在摆臂3上的安装位置即可提供不同的拔出力，不受拉力传感器量程的限制；该装置结构简单，组装过程方便，且该装置的高度较矮，户外操作过程简单；该装置能够自动适应不同直径大小的植物对其进行夹紧，且在拉拔的过程中能够提供稳定的夹持力，根据杠杆原理计算出对植物的拔出力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述用于测量植物根系拔出力的装置包括：主框架、副支架、摆臂、夹持组件、气缸、气泵、气压传感器和控制器；

主框架的一端设有第一开口，且主框架的一端活动安装在副支架上，摆臂上设有多对第一轴孔，多对第一轴孔沿摆臂的长度方向间隔分布，转轴穿过摆臂上的一对第一轴孔以及主框架上的一对第二轴孔将摆臂安装在主框架内，夹持组件安装在摆臂的一端，夹持组件上设有第二开口，且第二开口位于第一开口的正下方；

气缸安装在主框架上，且气缸的活塞杆穿过主框架与摆臂的另一端相连，气泵安装在主框架上且通过导气管与气缸相连，气压传感器与气缸连接，气泵和气压传感器均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述夹持组件包括安装板和多个夹爪，所述第二开口设置在安装板上，多个夹爪通过夹爪转轴安装在安装板接近所述第一开口的一面，且多个夹爪分布在所述第二开口的周围。

3.根据权利要求2所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述安装板的底部设有滑道，安装板通过滑道安装在所述摆臂的一端。

4.根据权利要求2所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，每个所述夹爪夹持植物的一面均为外凸的弧形面，且外凸的弧形面上设有齿状结构。

5.根据权利要求1所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述主框架包括顶板、两个第一侧板和U型固定脚，所述第二轴孔设置在两个第一侧板上，所述第一开口设置在顶板的一端，U型固定脚安装在两个第一侧板的底部。

6.根据权利要求1所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述摆臂包括底板和两个第二侧板，所述夹持组件安装在底板的一端，所述多对第一轴孔设置在两个第二侧板上，多对第一轴孔沿着第二侧板的长度方向间隔布置。

7.根据权利要求1所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述副支架包括支撑板，支撑板上设有两个限位块，支撑板底部的两端各设有一个调节脚，所述主框架的一端卡在两个限位块之间。

8.根据权利要求1所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述第一开口和所述第二开口均为U型孔。

9.根据权利要求1所述的用于测量植物根系拔出力的装置，其特征在于，所述用于测量植物根系拔出力的装置还包括蓄电池，蓄电池与所述气泵连接。

10.一种使用权利要求1至9任一项权利要求所述的用于测量植物根系拔出力的装置测量植物根系拔出力的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、所述气压传感器检测所述气缸内的压强，并将检测到的数据发送给所述控制器；

步骤2、所述控制器根据接收到的数据以及所述气缸的尺寸参数计算出所述气缸的活塞杆施加给所述摆臂的压下力；

步骤3、所述控制器根据所述压下力、所述活塞杆与所述转轴之间的距离以及所述夹持组件夹持的植物与所述转轴之间的距离计算出所述夹持组件对植物向上的拔出力。