CN112462036A - 滩涂土壤环境快速检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滩涂土壤环境快速检测仪，包括管筒、盐度传感器、酸碱度传感器、湿度传感器、黏度传感器、柱锤、压力管、LCD、背光片、主弹簧、支杆、连杆、LCD驱动芯片、键盘芯片、微控芯片、主板、CCD、环形灯、振动传感器和蜂鸣器，柱锤、压力管、主弹簧和支杆组成冲击机构，盐度传感器、酸碱度传感器、湿度传感器和黏度传感器的外壳组成综合探头，CCD为图像传感机构，微控芯片及其内部软件组成数据处理机构，LCD、背光片和LCD驱动芯片组成数据显示机构，所述检测仪设有湿度传感器、黏度传感器、振动传感器和高清数字式CCD，CCD和环形灯对土壤的精细构成进行采样，传感后的各路数据由数据处理机构进行数据处理和软件分析。
Description
技术领域
本发明涉及土壤检测装置，尤其涉及一种滩涂土壤环境快速检测仪，属于环境检测技术领域。
背景技术
我国沿海湿地地域辽阔，生物资源十分丰富，特别是沿海湿地处于海陆相交区域，受到物理、化学和生物等多种因素的相互影响，是一个生态多样性较高的生态边缘区，对滩涂生态环境进行检测，不仅对保护沿海岸线和维持生态功能有积极意义，而且对沿海资源开发、动植物保护和耐盐植物研究都具有经济价值和社会意义，以传感器为核心的滩涂生态环境检测装置在环境保护、滩涂开发、远程监测和农林生产等方面已经得到广泛应用；滩涂生态环境检测分为大气环境检测、水体环境检测和土壤环境检测三类，其中土壤环境检测主要依靠定点传感器遥测和人工现场检测，定点传感器遥测其系统结构复杂，造价昂贵，维护成本较高，人工现场检测需要用到多台检测仪，人工在土壤中插入传感探头，劳动强度较大，检测时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工现场用的综合测量土壤参数的快速检测仪。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：所述检测仪包括护圈1、管筒2、盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7、黏度传感器8、柱锤9、压力管13、活塞14、LCD15、背光片16、主弹簧17、支杆18、LCD驱动芯片25、键盘芯片26、按钮组27、微控芯片28、主板29、CCD36、环形灯37、振动传感器40、前挡玻璃42和蜂鸣器44。
柱锤9、压力管13、活塞14、主弹簧17和支杆18组成冲击机构，盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7和黏度传感器8的外壳组成综合探头，CCD36为图像传感机构，微控芯片28及其内部软件组成数据处理机构，LCD15、背光片16和LCD驱动芯片25组成数据显示机构。
微控芯片28内预置了图像比较、湿度比较、黏度比较、振动比较和软件分析所需的经验对比值，所述检测仪设有高清的数字式CCD36，CCD36的镜头外围设有环形灯37，CCD36和环形灯37对土壤的精细构成进行采样，得到土壤构成的精细照片，振动传感器40在所述的综合探头插入土壤时传感本检测仪的振动频率，经传感后的各路数据由所述的数据处理机构进行数据处理和软件分析。
通过对土壤构成的精细照片的分析得到土壤表层的颗粒粒径及其含量比例，在土壤表层颗粒分析的基础上，参照湿度传感器7、黏度传感器8和振动传感器40的传感数据综合分析得到土壤浅层内的即CCD36传感不到的颗粒粒径及含量，参照的依据为：
当土壤的砂粒较粗、砂粒含量较多且较为干燥时，土壤的黏度较小，振动传感器40检测到的主频较低、振幅较大、杂波较多；当土壤的粘粒较细，粘粒含量较多且较为潮湿时，土壤的黏度较大，振动传感器40检测到的主频较高、振幅较小、杂波较少，粉粒的数据处于砂粒与粘粒之间，通过土壤构成的精细照片与预置的经验对比值之间的图像比较，以及湿度比较、黏度比较、振动比较和软件分析，由此得到土壤的砂粒、粉粒和粘粒的粒径及其含量比例，最终由LCD15显示出相关数据。
由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：本检测仪可综合测量土壤的多种参数，冲击机构采用了弹簧和压力管的双重弹力机构，使传感探头能在较小的距离内得到较大的冲击力，综合探头穿入土壤的时间短，员工劳动强度较小，参数测量速度较快。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下5幅附图：
图1是本检测仪机械部分的主视剖视图，
图2是本检测仪机械部分的工作状态图，
图3是柱锤和综合探头的局部放大图，
图4是凸轨和凹轨的局部放大图，
图5是主电路的原理图。
附图中所标各数字分别表示如下：
1.护圈，2.管筒，3.滑槽，4.护套，5.盐度传感器，6.酸碱度传感器，7.湿度传感器，8.黏度传感器，9.柱锤，10.凸轨，11.凹轨，12.指扣，13.压力管，14.活塞，15.LCD，16.背光片，17.主弹簧，18.支杆，19.边框，20.后座，21.手环，22.连杆，23.底壳，24.电池，25.LCD驱动芯片，26.键盘芯片，27.按钮组，28.微控芯片，29.主板，30.扳手，31.转轴，32.小弹簧，33.卡钩，34.夹层，35.卡口，36.CCD，37.环形灯，38.侧边，39.轴座，40.振动传感器，41.销杆，42.前挡玻璃，43.凹口，44.蜂鸣器，K1.功能键，K2.上翻键，K3.下翻键，K4.确定键。
具体实施方式
1.根据图1至图4，所述检测仪包括护圈1、管筒2、滑槽3、护套4、盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7、黏度传感器8、柱锤9、凸轨10、凹轨11、指扣12、压力管13、活塞14、LCD15、背光片16、主弹簧17、支杆18、边框19、后座20、手环21、连杆22、底壳23、电池24、LCD驱动芯片25、键盘芯片26、按钮组27、微控芯片28、主板29、扳手30、转轴31、小弹簧32、卡钩33、夹层34、卡口35、CCD36、环形灯37、侧边38、轴座39、振动传感器、销杆41、前挡玻璃42、凹口43和蜂鸣器44。
2.柱锤9、压力管13、活塞14、主弹簧17和支杆18组成冲击机构，盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7和黏度传感器8的外壳组成综合探头，CCD36为图像传感机构，微控芯片28内预置了图像比较、湿度比较、黏度比较、振动比较和软件分析所需的经验对比值，微控芯片28及其内部软件组成数据处理机构，LCD15、背光片16和LCD驱动芯片25组成数据显示机构。
3.管筒2的靠近管口半段的上侧边及其外部护套4上设有开口的滑槽3，管筒2内设有柱锤9、压力管13、支杆18和后座20，柱锤9的外壁上设有三条用于减少滑动摩擦力的凸轨10，管筒2的靠近管口半段的内壁上设有三条凹轨11，凸轨10和凹轨11的横截面图形均为等腰三角形，凸轨10的顶角角度略小于凹轨11的顶角角度，凸轨10和凹轨11在左视图上均为∵形分布，凸轨10部分地嵌入在凹轨11内，柱锤9的上侧边上设有指扣12，指扣12穿过滑槽3且可在滑槽3内滑动，柱锤9的下侧边上设有卡口35，管筒2的管口处设有护圈1，护圈1底部设有包含定位台阶的凹缺43，凹缺43上设有销杆41，销杆41上设有可以围绕销杆41转动的前挡玻璃42，压力管13内设有活塞14，支杆18的一端与活塞14连接，支杆18的另一端与后座20连接，支杆18或压力管13的外部设有主弹簧17，主弹簧17的一端顶在柱锤9的内侧，主弹簧17的另一端顶在后座20的内侧，柱锤9的外侧即朝管口处的一侧设有所述的综合探头，综合探头的外形为圆锥体，其包含盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7和黏度传感器8，且均为数字式传感器。
4.管筒2的远离管口半段的上侧边上设有边框19，边框19内嵌有LCD15显示屏和LED背光片16，管筒2的靠近管口半段的下侧边上及小弹簧32的旁边和下方均设有连续的夹层34，靠近管口处的夹层34内设有振动传感器40，其余的夹层内用于嵌入屏蔽线，靠近管口处的夹层34的下侧边上设有轴座39和CCD36，CCD36为高清数字式照相机，CCD36的镜头外围设有环形灯37，CCD36通过侧边38及其轴销与轴座39连接，管筒2的远离管口半段的下侧边下设有底壳23，底壳23内设有主板29和电池24，主板29上设有微控芯片28、LCD驱动芯片25、键盘芯片26和按钮组27。
5.根据图5，按钮组27包括功能键K1、上翻键K2、下翻键K3和确定键K4，功能键K1、上翻键K2、下翻键K3和确定键K4分别与键盘芯片26的四个输入端连接，键盘芯片26的输出端D0-D3分别与微控芯片28的RB1-RB4引脚连接，盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7、黏度传感器8、CCD36和振动传感器40的输出地均通过屏蔽线分别与微控芯片28的RA0-RA3、RB0、RB5引脚连接，微控芯片28的RA4-5、RA7引脚分别与LCD驱动芯片25的数据引脚DATA、读写引脚WR和片选引脚CS连接，LCD驱动芯片25的COM0-COM3引脚分别与LCD15的位选引脚COM0-COM3连接，LCD驱动芯片25的SEG0-SEG22引脚分别与LCD15的段选引脚SEG0-SEG22连接。
6.微控芯片28内包括多路前置放大、线性补偿、分路采样、模数转换、数据运算和数据存储等电路，微控芯片28中预先烧录了系统所需的初始化程序以及数据处理和图像分析等所需的软件模块，盐度传感器5、酸碱度传感器6、湿度传感器7和黏度传感器8分别对土壤的不同类型参数进行传感，CCD36和环形灯37对土壤的精细构成进行采样，捕捉土壤构成的精细照片，振动传感器40在综合探头插入土壤时传感本检测仪的振动频率，经传感后的各路数据由所述的数据处理机构进行数据处理和软件分析，通过LCD驱动芯片25的驱动由LCD15显示出相关数据。
7.土壤的盐度、酸碱度、湿度和黏度由相应的传感器直接得到，通过对土壤构成精细照片的分析得到土壤表层的颗粒粒径及其含量比例，在土壤表层颗粒分析的基础上，参照湿度传感器7、黏度传感器8和振动传感器40的传感数据综合分析得到土壤浅层内的即CCD36传感不到的颗粒粒径及含量，参照的依据为：
当土壤的砂粒较粗、砂粒含量较多且较为干燥时，土壤的黏度较小，振动传感器40检测到的主频较低、振幅较大、杂波较多；当土壤的粘粒较细，粘粒含量较多且较为潮湿时，土壤的黏度较大，振动传感器40检测到的主频较高、振幅较小、杂波较少，粉粒的数据处于砂粒与粘粒之间，通过土壤构成的精细照片与预置的经验对比值之间的图像比较，以及湿度比较、黏度比较、振动比较和软件分析，由此得到砂粒为2-0.02毫米、粉粒为0.02-0.002毫米和粘粒小于0.002毫米的三种粒径的结果以及含量比例。
8.使用时，将前挡玻璃42和CCD36扳到与管筒2垂直，用手指钩住指扣12将其扳向管筒2中部，卡钩33即卡在卡口35中，此时，主弹簧17被压缩其长度变短，主弹簧17的弹力增大，同时，活塞14与柱锤9间的距离拉近，压力管13内的气体被压缩其气压增加，然后将检测仪的管筒2垂直向下，护圈1和前挡玻璃42贴柱土壤，综合探头对准朝土壤方向，用手指扣动扳手30，卡钩33即脱离卡口35，柱锤9在主弹簧17的弹力和压力管13内气压的推动下朝管筒2的管口方向射去，柱锤9推动综合探头迅速插入土壤中，综合探头内的各个传感器分别检测土壤的有关参数，此时，主弹簧17的长度被释放而伸长，主弹簧17的弹力减小，活塞14与柱锤9的距离增加，压力管13内的气压被释放而减小。
9.冲击机构采用了弹簧和压力管的双重弹力机构，使柱锤能够带动综合探头在较小的距离内得到较大的冲击力，冲击机构能对不同区域或不同土质的土壤产生大小一致的冲击力，采用冲击机构的目的一是省时省力，综合探头穿入土壤的时间短，员工的劳动强度较小，参数的测量速度较快；二是在测量土壤黏度时，提供了一个统一的力度标准。
10.功能键内主要包括参数预置、参数校准、测量和通信等条目，通过上翻键K2和下翻键K3选择所需的条目，由确定键确定，当有测量误差时，依据专用精密测量检测仪得到准确值，分别对“参数校准”中的各个子参数逐一进行校准；本检测仪在首次使用前，需要在实验室根据传统的土壤分析实验值对上述图像分析模块中的图像比较参数进行预置，以便进行可靠的图像比较和分析，得到土壤颗粒分析的满意值。
11.微控芯片28的型号为PIC16F1933，LCD驱动芯片25的型号为HT1621b，键盘芯片26的型号为FTC334B，微控芯片28的引脚大多为复用，由程序设定，具体的引脚编号、英文缩写、功能名称参见《MICROCHIP（微芯）PIC16F1933数据手册》。
12.前挡玻璃42的作用是对较为松软且凹凸不平的土壤压得平整些，减小被摄范围内的土壤与CCD36之间的景深差，从而获得清晰的土壤照片，本检测仪不用时，前挡玻璃42可盖住管口，前挡玻璃42的材质为石英玻璃或钢化玻璃，环形灯37包含白色高亮LED，蜂鸣器44用于按钮组操作时的提示发音，手环21用于本检测仪的携带和把握，手环21、连杆22和底壳23的材质为工程塑料，护套4的材质为橡胶，管筒2、压力管13和支杆18的材质为铝合金，柱锤9的材质为黄铜，综合探头的材质为不锈钢，电池24为叠层式，输出电压为6伏，管筒2的长度为300-350毫米，内径为25-32毫米，综合探头的长度为50-60毫米。
Claims (4)
1.一种滩涂土壤环境快速检测仪，包括护圈(1)、管筒(2)、盐度传感器(5)、酸碱度传感器(6)、湿度传感器(7)、黏度传感器(8)、柱锤(9)、压力管(13)、活塞(14)、LCD(15)、背光片(16)、主弹簧(17)、支杆(18)、LCD驱动芯片(25)、键盘芯片(26)、按钮组(27)、微控芯片(28)、主板(29)、CCD(36)、环形灯(37)、振动传感器(40)、前挡玻璃(42)和蜂鸣器(44)；
柱锤(9)、压力管(13)、活塞(14)、主弹簧(17)和支杆(18)组成冲击机构，盐度传感器(5)、酸碱度传感器(6)、湿度传感器(7)和黏度传感器(8)的外壳组成综合探头，CCD(36)为图像传感机构，微控芯片(28)及其内部软件组成数据处理机构，LCD(15)、背光片(16)和LCD驱动芯片(25)组成数据显示机构；
其特征在于：微控芯片(28)内预置了图像比较、湿度比较、黏度比较、振动比较和软件分析所需的经验对比值，所述检测仪设有高清的数字式CCD(36)，CCD(36)的镜头外围设有环形灯(37)，CCD(36)和环形灯(37)对土壤的精细构成进行采样，得到土壤构成的精细照片，振动传感器(40)在所述的综合探头插入土壤时传感本检测仪的振动频率，经传感后的各路数据由所述的数据处理机构进行数据处理和软件分析；
通过对土壤构成精细照片的分析得到土壤表层的颗粒粒径及其含量比例，在土壤表层颗粒分析的基础上，参照湿度传感器(7)、黏度传感器(8)和振动传感器(40)的传感数据综合分析得到土壤浅层内的即CCD(36)传感不到的颗粒粒径及含量，参照的依据为：
当土壤的砂粒较粗、砂粒含量较多且较为干燥时，土壤的黏度较小，振动传感器(40)检测到的主频较低、振幅较大、杂波较多；当土壤的粘粒较细，粘粒含量较多且较为潮湿时，土壤的黏度较大，振动传感器(40)检测到的主频较高、振幅较小、杂波较少，粉粒的数据处于砂粒与粘粒之间，通过土壤构成的精细照片与预置的经验对比值之间的图像比较，以及湿度比较、黏度比较、振动比较和软件分析，由此得到土壤的砂粒、粉粒和粘粒的粒径及其含量比例。
2.根据权利要求1所述的一种滩涂土壤环境快速检测仪，其特征在于：管筒(2)内设有柱锤(9)、压力管(13)、支杆(18)和后座(20)，柱锤(9)的外壁上设有三条用于减少滑动摩擦力的凸轨(10)，管筒(2)的靠近管口半段的内壁上设有三条凹轨(11)，凸轨(10)和凹轨(11)的横截面图形均为等腰三角形，凸轨(10)的顶角角度略小于凹轨(11)的顶角角度，凸轨(10)和凹轨(11)在左视图上均为∵形分布，凸轨(10)部分地嵌入在凹轨(11)内。
3.根据权利要求1所述的滩涂土壤环境快速检测仪，其特征在于：支杆(18)或压力管(13)的外部设有主弹簧(17)，主弹簧(17)的一端顶在柱锤(9)的内侧，主弹簧(17)的另一端顶在后座(20)的内侧，柱锤(9)的外侧即朝管口处的一侧设有所述的综合探头，综合探头的外形为圆锥体，其内包含盐度传感器(5)、酸碱度传感器(6)、湿度传感器(7)和黏度传感器(8)，且均为数字式传感器。
4.根据权利要求1所述的一种滩涂土壤环境快速检测仪，其特征在于：护套(4)的材质为橡胶，压力管(13)和支杆(18)的材质为铝合金，柱锤(9)的材质为黄铜，综合探头的材质为不锈钢，电池(24)为叠层式，输出电压为6伏，管筒(2)的长度为300-350毫米，内径为25-32毫米，综合探头的长度为50-60毫米。
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2020
- 2020-11-20 CN CN202011308913.1A patent/CN112462036B/zh active Active
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