CN112945076A - 树木年轮径向生长增量测量器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及树木年轮径向生长增量测量器，包括后端相交于一点的固定规脚套、第一旋转规脚套、第二旋转规脚套，第一旋转规脚套、第二旋转规脚套通过齿轮联动，使固定规脚套始终平分第一旋转规脚套和第二旋转规脚套形成的夹角；固定规脚套内设有固定规脚，固定规脚设有第三探针；第一旋转规脚套内设有第一旋转规脚，第一旋转规脚设有第一探针；第二旋转规脚套内设有第二旋转规脚，第二旋转规脚设有第二探针；固定规脚套的后部下端设有第四探针。本发明能用最简单的方法，快速找到树轮圆心，较为准确的测量圆的半径，输出BAI结果。另外，本发明将圆规植入其中，使其尺规一体化；省略了尺规测量的计算过程，减少了误差。

Description

树木年轮径向生长增量测量器

技术领域

本发明的树木年轮径向生长增量测量器属于树木年轮实验工具领域。

背景技术

近年来，出于对植被的保护，在树木年轮研究工作中，很多研究机构选择生长锥进行采样。钻取髓芯样本，采集时省力、省时，运输方便，在测量和保存时较为便利容易，为取得大量的副本标本提供了便利。最重要的是能在保证树木正常生长的情况下，减少资源浪费，利于生态环境的保护。但是，我们无法准确的了解树木径向生长量。因此，在树木年轮学研究中，我们将年轮看做近似圆形，用圆环的面积来判断其径向生长量（BAI，基部断面生长增量）。采集的样芯，会在髓芯位置留下相应的圆弧。已知样芯上留下的圆弧，计算树木年轮BAI时，需要准确估计圆心的位置，并测量相应半径求得圆环面积。以往的工作中，主要用尺规作图，确定圆心及测量半径，这种方法操作起来耗时且精确度较低。另外，现有工作方式确定圆心及计算BAI过程中，消耗了大量的时间，完整计算出15根样芯的BAI，就需要8小时以上的工作时间，费时费力，工作量大。

发明内容

本发明的目的在于提出操作简单、快速、准确的树木年轮径向生长增量测量器。

本发明的具体实现过程如下：树木年轮径向生长增量测量器，包括：固定规脚套、第一旋转规脚套、第二旋转规脚套，固定规脚套的后端、第一旋转规脚套的后端、第二旋转规脚套的后端相交于同一点，第一旋转规脚套的后部设有第一齿轮，第二旋转规脚套的后部设有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮外啮合，使固定规脚套始终平分第一旋转规脚套和第二旋转规脚套形成的夹角；固定规脚套内部设有可滑动的固定规脚，固定规脚的前端设有向下的第三探针，固定规脚沿轴向设有中空的画笔槽；第一旋转规脚套内部设有可滑动的第一旋转规脚，第一旋转规脚的前端设有向下的第一探针；第二旋转规脚套内部设有可滑动的第二旋转规脚，第二旋转规脚的前端设有向下的第二探针；固定规脚、第一旋转规脚、第二旋转规脚的至少一个上设有刻度线；固定规脚套的后部下端设有第四探针。

进一步的，还包括游标显示器，游标显示器与固定规脚套固定连接，固定规脚滑动安装在游标显示器内，固定规脚与游标显示器形成数显游标卡尺，游标显示器上设有确定键、删除键、清零键、开关键。

进一步的，游标显示器上设有蓝牙通讯模块。

进一步的，还包括设置在固定规脚前端的用于安装画线笔的安装孔，安装孔与画笔槽连通。

进一步的，还包括设置在安装孔内的画线笔。

进一步的，固定规脚套的后部上端设有转动手柄，转动手柄的轴心与第四探针的轴心重合，第一探针可折叠地安装在第一旋转规脚的前端，第二探针可折叠地安装在第二旋转规脚的前端，第三探针可折叠地安装在固定规脚的前端。

进一步的，还包括角度传感器，角度传感器为旋钮式滑动变阻器，旋钮式滑动变阻器包括滑动片、电阻片，滑动片固定在第一旋转规脚的转轴上，滑动片与电阻片接触，滑动片的一个接线端通过电缆连接至游标显示器，电阻片的接线端通过电缆连接至游标显示器。

由于实行上述技术方案，就使得能用最简单的方法，快速找到树轮圆心，较为准确的测量圆的半径，输出BAI结果。另外，本发明将圆规植入其中，使其尺规一体化；省略了尺规测量的计算过程，减少了误差。

附图说明

本发明的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1是树木年轮径向生长增量测量器的第一立体结构示意图；

图2是树木年轮径向生长增量测量器的仰视结构示意图；

图3是树木年轮径向生长增量测量器的第二立体结构示意图；

图4是第一探针相对于第一旋转规脚折叠起来的局部结构示意图；

图5是第一探针相对于第一旋转规脚展开来的局部结构示意图；

图6是树木年轮径向生长增量测量器中角度传感器的局部结构示意图；

图7是树木年轮径向生长增量测量器中角度传感器的电路原理图。

图例：1、固定规脚套，2、第一旋转规脚套，3、第二旋转规脚套，4、第一齿轮，5、第二齿轮，6、固定规脚，7、第三探针，8、画笔槽，9、第一旋转规脚，10、第一探针，11、第二旋转规脚，12、第二探针，13、刻度线，14、第四探针，15、游标显示器，16、按键，17、安装孔，18、转动手柄，19、角度传感器，20、滑动片，21、电阻片，22、电缆，23、销轴。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例一：如图1至3所示，树木年轮径向生长增量测量器，固定规脚套1、第一旋转规脚套2、第二旋转规脚套3，固定规脚套的后端、第一旋转规脚套的后端、第二旋转规脚套的后端相交于同一点，第一旋转规脚套的后部设有第一齿轮4，第二旋转规脚套的后部设有第二齿轮5，第一齿轮和第二齿轮外啮合，使固定规脚套始终平分第一旋转规脚套和第二旋转规脚套形成的夹角；固定规脚套内部设有可滑动的固定规脚6，固定规脚的前端设有向下的第三探针7，固定规脚沿轴向设有中空的画笔槽8；第一旋转规脚套内部设有可滑动的第一旋转规脚9，第一旋转规脚的前端设有向下的第一探针10；第二旋转规脚套内部设有可滑动的第二旋转规脚11，第二旋转规脚的前端设有向下的第二探针12；固定规脚、第一旋转规脚、第二旋转规脚的至少一个上设有刻度线13；固定规脚套的后部下端设有第四探针14。本发明的数学原理是：在一个圆上任取两条弦，做出垂直平分线的交点就是圆心。本发明中，为了测量树木年轮径向生长量，分为四步：第一步，寻找树木年轮样本上年轮的圆心；第二步，测量第N年的年轮半径r₁；第三步，测量第N+1年的年轮半径r₂；第四步，计算出第N年的年轮面积S1，第N+1的年轮面积S2，则该树木年轮在第N年至第N+1年中的树木年轮径向增长量∆S=S2-S1。具体到本发明提供的树木年轮径向生长增量测量器，通过巧妙地结构设计，第一旋转规脚上的第一探针卡在树木年轮某段圆弧的一个点上，第二旋转规脚上的第二探针卡在树木年轮该圆弧的另一个点上，这两个点的连线就是这段圆弧的弦，由于第一旋转规脚和第二旋转规脚通过外齿轮啮合联动，使得第一旋转规脚相对于固定规脚旋转一定角度时，第二旋转规脚相对于固定规脚旋转相同的角度，仅方向相反，这样固定规脚就垂直平分上述圆弧的弦，固定规脚的延长线就通过该段圆弧所在圆的圆心，通过画线笔在固定规脚上画笔槽内画出第一线段；接着分别将第一探针和第二探针移动位置，在该段圆弧上另外找两个点放置第一探针和第二探针，进而在固定规脚上画笔槽内画出第二线段；第一线段和第二线段延长线的交点，即是该段圆弧所在圆的圆心，这样就找到了该树木年轮的圆心。找到树木年轮的圆心后，将第四探针钉在圆心处，伸缩固定规脚，将第三探针定在第N年的年轮圆弧上，此时第四探针到第三探针之间的固定规脚段的长度，即是第N年的年轮半径r₁；采用相同的方法即可测得第N+1年的年轮半径r₂；计算出第N年的年轮面积S1，第N+1的年轮面积S2，则该树木年轮在第N年至第N+1年中的树木年轮径向增长量∆S=S2-S1。

实施例二：树木年轮径向生长增量测量器还包括游标显示器15，游标显示器与固定规脚套固定连接，固定规脚滑动安装在游标显示器内，固定规脚与游标显示器形成数显游标卡尺。游标显示器上设有确定键、删除键、清零键、开关键。游标显示器上设有蓝牙通讯模块。本实施例借鉴了数显游标卡尺的结构原理，游标显示器和固定规脚形成一个数显游标卡尺，引入游标显示器是为了减少重复工作，提高运算效率，方便显示和记录。在实施例一中找到树木年轮的圆心位置后，即可采用实施例二中的游标显示器进行测量和显示，比如，将第四探针钉在圆心处，根据按键调整到测量第一半径r₁，拉动固定规脚至第N年的年轮圆弧上，根据数显游标卡尺的工作原理，此时可在游标显示器上显示出第N年的年轮半径r₁，按下确定键，记录并保存半径r₁；接着根据按键16调整到测量第二半径r₂，拉动固定规脚至第N+1年的年轮圆弧上，此时可在游标显示器上显示出第N+1年的年轮半径r₂，按下确定键，记录并保存半径r₂；根据是实施例一中的算法，可预先在游标显示器内进行编程，这样游标显示器就可以根据测得的半径r₁和半径r₂，在游标显示器上显示第N年的年轮半径r₁、第N+1年的年轮半径r₂、第N年的年轮面积S1、第N+1的年轮面积S2、该树木年轮在第N年至第N+1年中的树木年轮径向增长量∆S等数据，节约了重复计算的工作量，提高工作效率，使用更加方便。

树木年轮径向生长增量测量器还包括设置在固定规脚前端的用于安装画线笔的安装孔17，安装孔与画笔槽连通。树木年轮径向生长增量测量器还包括设置在安装孔内的画线笔。这样，可以直接在固定规脚上配置一个画线笔，既可以在画笔槽内划线，还可以以第四探针为原点画圆，使本发明具备了圆规的功能，实现了尺规合一，功能更加齐全。

固定规脚套的后部上端设有转动手柄18，转动手柄的轴心与第四探针的轴心重合，第一探针可折叠地安装在第一旋转规脚的前端，第二探针可折叠地安装在第二旋转规脚的前端，第三探针可折叠地安装在固定规脚的前端。折叠的方式可以是销轴连接，探针与销轴之间可以有一些阻尼，这样能够使探针保持预定的姿态，如果想要改变探针的位置，需要施加一定的外力。如本发明作为圆规使用时，可将第一探针、第二探针、第三探针折叠起来，避免在画圆的时候干扰。

本发明还包括角度传感器19，角度传感器为旋钮式滑动变阻器，旋钮式滑动变阻器包括滑动片20、电阻片21，滑动片固定在第一旋转规脚的转轴上，滑动片与电阻片接触，滑动片的一个接线端通过电缆22连接至游标显示器，电阻片的接线端通过电缆连接至游标显示器。本发明的角度传感器采用滑动变阻器的工作原理，当第一旋转规脚转动时，第一旋转规脚带动滑动片转动，滑动片在电阻片上移动改变接触位置，是的电阻片接入电路的电阻发生变化，从而使得游标显示器处的电压发生变化，根据预先测量好的电压变化与旋转角度之间的对应关系，即可在游标显示器上实时地显示出第一旋转规脚转动的角度，从而实现了角度的测量，使得本发明还可以作为电子量角器使用，进一步增强了本发明的功能和应用范围。角度传感器的工作原理还可以参考台灯亮度调节旋钮的工作原理电路。

本发明在遵循数学原理的基础上，能用最简单的方法，快速找到树轮圆心，较为准确地测量圆的半径，输出BAI结果。另外，本发明将圆规植入其中，使其尺规一体化。

本发明省略了尺规测量的计算过程，减少了误差。普通方法在做垂直平分线过程中，需要花费一定的时间去计算弦长的中点位置，消耗了一定的时间。本发明省去了计算中点的过程，节约了时间，提高了工作效率。最重要的是，测量结果精准，得到的数据精确。数据可导入电脑中使用，更加便捷。

本发明在游标显示器的程序编写过程中，还可输入弧长、弦长、扇形面积等计算公式。由于树木样本不同，对于产品的功能需求也不同，有鉴于此，本发明可以设计不同的尺寸规格，本发明的功能多样，除了用于树木年轮中，还可用于数学、工程等领域，提高对社会工作的贡献率。

上述说明仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于，包括：固定规脚套、第一旋转规脚套、第二旋转规脚套，固定规脚套的后端、第一旋转规脚套的后端、第二旋转规脚套的后端相交于同一点，第一旋转规脚套的后部设有第一齿轮，第二旋转规脚套的后部设有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮外啮合，使固定规脚套始终平分第一旋转规脚套和第二旋转规脚套形成的夹角；固定规脚套内部设有可滑动的固定规脚，固定规脚的前端设有向下的第三探针，固定规脚沿轴向设有中空的画笔槽；第一旋转规脚套内部设有可滑动的第一旋转规脚，第一旋转规脚的前端设有向下的第一探针；第二旋转规脚套内部设有可滑动的第二旋转规脚，第二旋转规脚的前端设有向下的第二探针；固定规脚、第一旋转规脚、第二旋转规脚的至少一个上设有刻度线；固定规脚套的后部下端设有第四探针。

2.如权利要求1所述的树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于：还包括游标显示器，游标显示器与固定规脚套固定连接，固定规脚滑动安装在游标显示器内，固定规脚与游标显示器形成数显游标卡尺，游标显示器上设有确定键、删除键、清零键、开关键。

3.如权利要求2所述的树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于：游标显示器上设有蓝牙通讯模块。

4.如权利要求1所述的树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于：还包括设置在固定规脚前端的用于安装画线笔的安装孔，安装孔与画笔槽连通。

5.如权利要求4所述的树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于：还包括设置在安装孔内的画线笔。

6.如权利要求1所述的树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于：固定规脚套的后部上端设有转动手柄，转动手柄的轴心与第四探针的轴心重合，第一探针可折叠地安装在第一旋转规脚的前端，第二探针可折叠地安装在第二旋转规脚的前端，第三探针可折叠地安装在固定规脚的前端。

7.如权利要求2所述的树木年轮径向生长增量测量器，其特征在于：还包括角度传感器，角度传感器为旋钮式滑动变阻器，旋钮式滑动变阻器包括滑动片、电阻片，滑动片固定在第一旋转规脚的转轴上，滑动片与电阻片接触，滑动片的一个接线端通过电缆连接至游标显示器，电阻片的接线端通过电缆连接至游标显示器。

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