CN208109043U - 一种电子式土壤表层厚度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及土壤资源分析检测领域，公开一种电子式土壤表层厚度测量装置，包括：集成感应装置、手柄、贯入式探杆以及探头，手柄固定于集成感应装置的两侧；集成感应装置内设有单片机、压力传感器、距离传感器和倾角传感器，压力传感器与贯入式探杆的第一端连接，探头固定于贯入式探杆的第二端，单片机用于收集压力传感器、距离传感器和倾角传感器的信息，并计算得出结果。本实用新型结构简单、易于携带、操作便捷，可避免传统方法耗时长、人力物力耗费多的问题，能够根据调查需要选择多个样点进行反复测量；采用电子化工作方式，可根据土壤贯穿阻力变化自动判断土壤分层并实时记录测量结果，减少了人为误差，大大增强了测量精度和准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及土壤资源分析检测领域，特别是涉及一种电子式土壤表层厚度测量装置。
背景技术
有效土层厚度测量是调查分析土壤资源生产功能必不可少的环节，常见于全国土地调查、耕地质量评价、农田整治工程建设等各类自然资源调查监测以及各类农业工程建设中。传统土层厚度测量多采取土壤剖面观察的方式进行，即人工挖掘1-2m深的土壤垂直断面，通过观察土壤外部特征如颜色、质地、土体构型、植物根系及其残体等综合判断土壤分层，并利用辅助工具手动测量。这种测量方法需要耗费大量的人力物力，而且每个样点测量时间通常需要2-4小时，更为重要的是由于样点会破坏土地导致样点不易选择、测量样点也不宜多，影响测量结果的普遍性，很难满足土壤资源调查评价需要尤其是较小范围的农业工程建设区域。
为便于野外简易测量，公告号为CN202676099U的中国实用新型专利，公开了“一种土层厚度检测钎插”，是将钢制检测钎插插入土层，待检测厚度定位后，通过读取钎插上的刻度数据条来获取土层厚度测量结果。但由于使用人员无法直接观测到地面下的土壤特征，该方法也不具备判别土壤分层的技术环节，仅能通过钎插插不动的方式或是根据人为经验来判断测量位置，导致很难准确测量土壤表层厚度，比如测量耕地土层厚度时很难区分耕作层、犁底层、心土层、母质层，不同人员测量的耕作层厚度结果可能会大不相同。同时，由于土壤表面是一个凸凹不平的不规则面，视角不同、对样点土壤表面的处理方式不同也都会产生不同的读数。还有，测量过程中理论上需要保持杆体与地面的完全垂直才能确保读数准确，由于土层测量的深度通常为1m左右，难以避免发生杆体倾斜，从而产生较为明显的人为误差。上述缺陷均会严重歪曲测量结果，最终影响土壤资源调查分析的结论判断。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型的目的是提供一种电子式土壤表层厚度测量装置，解决现有技术中人工挖掘检测所产生的耗费大量人力物力和时间成本，且测量结果普遍性不高，不适合小范围的农业工程建设区域的问题；本实用新型还解决现有技术中利用检测钎插获取土层厚度测量结果，由于只能通过人为经验来判断测量位置，导致土壤表层厚度测量结果准确性差，以及由于检测钎插与地面产生斜角所导致的测量结果准确性差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电子式土壤表层厚度测量装置，包括：集成感应装置、手柄、贯入式探杆以及探头，所述手柄固定于所述集成感应装置的两侧；其中，所述集成感应装置内设有单片机、压力传感器、距离传感器和倾角传感器，所述压力传感器与所述贯入式探杆的第一端连接，所述探头固定于所述贯入式探杆的第二端，所述距离传感器用于测定所述贯入式探杆的插入深度，所述倾角传感器用于检测倾斜角度，所述压力传感器用于检测贯入阻力，所述压力传感器、距离传感器和倾角传感器均与所述单片机连接，所述单片机用于收集所述压力传感器、距离传感器和倾角传感器的信息，并计算得出结果。
其中，所述集成感应装置还包括壳体，所述壳体内还设有电源，用于驱动所述单片机、压力传感器、距离传感器和倾角传感器，所述电源、单片机、压力传感器、距离传感器和倾角传感器均设于所述壳体内。
其中，所述壳体上设有两个手柄通孔，所述手柄由所述手柄通孔穿设而出。
其中，所述壳体上设有一个距离传感器通孔，所述距离传感器位于所述距离传感器通孔的正上方。
其中，还包括连接件，所述壳体上设有一个压力传感器通孔，所述压力传感器通过所述连接件与所述贯入式探杆的第一端连接，且所述连接件穿设于所述压力传感器通孔。
其中，所述贯入式探杆长度为0.5m-1.2m，且设有刻度数据条。
其中，所述压力传感器为微型膜式结构或“S”型结构，并设有变速器。
其中，所述距离传感器为带有温度补偿的超声波测距仪。
其中，所述探头为倒圆锥体。
其中，还包括平板，所述平板设于所述探头下方，并设有探头通孔，所述探头与所述探头通孔的位置相对，所述探头通孔的尺寸略大于所述探头的尺寸。
(三)有益效果
本实用新型提供的一种电子式土壤表层厚度测量装置，其结构简单、易于携带、操作便捷，单人即可操作，可有效避免传统方法耗时长、人力物力耗费多的问题，同时对土地没有明显破坏，能够根据调查需要选择多个样点进行反复测量；测量过程采用电子化工作方式，可根据土壤贯穿阻力变化自动判断土壤分层并实时记录测量结果，整个过程不需要人为判断测量位置、不需要通过目视读数，减少了人为误差，大大增强了测量精度和准确性。
附图说明
图1为本实用新型一种电子式土壤表层厚度测量装置的结构示意图；
图2为本实用新型的集成感应装置的结构示意图。
图中，1、手柄；2、集成感应装置；3、距离传感器通孔；4、连接件；5、贯入式探杆；6、刻度数据条；7、探头；8、探头通孔；9、平板；10、手柄通孔；11、单片机；12、电源；13、倾角传感器；14、距离传感器；15、压力传感器；16、压力传感器通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1和图2所示，本实用新型公开一种电子式土壤表层厚度测量装置，包括：集成感应装置2、手柄1、贯入式探杆5以及探头7，手柄1固定于集成感应装置2的两侧；其中，集成感应装置2内设有单片机11、压力传感器15、距离传感器14和倾角传感器13，压力传感器15与贯入式探杆5的第一端连接，探头7固定于贯入式探杆5的第二端，距离传感器14用于测定贯入式探杆5的插入深度，倾角传感器13用于检测倾斜角度，压力传感器15用于检测贯入阻力，压力传感器15、距离传感器14和倾角传感器13均与单片机11连接，单片机11用于收集压力传感器15、距离传感器14和倾角传感器13的信息，并计算得出结果。
本实用新型的其中一个实施例还可以安装显示面板，将单片机的得出的结果显示出来，方便使用者观测。
本实用新型提供的一种电子式土壤表层厚度测量装置，其结构简单、易于携带、操作便捷，单人即可操作，可有效避免传统方法耗时长、人力物力耗费多的问题，同时对土地没有明显破坏，能够根据调查需要选择多个样点进行反复测量；测量过程采用电子化工作方式，可根据土壤贯穿阻力变化自动判断土壤分层并实时记录测量结果，整个过程不需要人为判断测量位置、不需要通过目视读数，减少了人为误差，大大增强了测量精度和准确性。
其中，集成感应装置2还包括壳体，壳体内还设有电源12，用于驱动单片机11、压力传感器15、距离传感器14和倾角传感器13，电源12、单片机11、压力传感器15、距离传感器14和倾角传感器13均设于壳体内。具体的，壳体的形状可以为箱体或柱体。倾角传感器13可安装在距离传感器14的垂直方向上。
优选地，壳体上设有两个手柄通孔10，手柄1由手柄通孔10穿设而出。手柄1的形状可以为长方体或柱体等，其穿过位于壳体上部的手柄通孔10，使用者可以通过控制手柄1来移动本装置，便于使用者操作和使用。
优选地，壳体上设有一个距离传感器通孔3，距离传感器14位于距离传感器通孔3的正上方。优选地，距离传感器14为带有温度补偿的超声波测距仪。当进行测量时，超声波测距仪发出超声波，发生反射后，再返回到接收装置。
优选地，还包括连接件4，壳体上设有一个压力传感器通孔16，压力传感器15通过连接件4与贯入式探杆5的第一端连接，且连接件4穿设于压力传感器通孔16。测量时，贯入式探杆5受到的贯入阻力会通过连接件4传递给压力传感器15，压力传感器15能够测量出其阻力的大小。优选地，本实施例中的探杆和探头7可以为一体式结构或可拆卸的分体结构。
优选地，贯入式探杆5长度为0.5m-1.2m，且设有刻度数据条6，可供使用者直接观测贯入式探杆5的贯入深度。根据实际需要，本领域技术人员可选用任意长度的贯入式探杆5。
具体的，压力传感器15为微型膜式结构或“S”型结构，并设有变速器，以提高测量精度。
具体的，探头7为倒圆锥体。可依据土壤硬度选择安装底面圆直径不同的探头7，一般硬度较大、板结程度较高的土壤选择底面圆直径较小的探头7以降低贯入阻力；反之，较为松散的土壤选择底面圆直径较大的探头7以提高装置的灵敏度。本实施例采用的探头7由刚性耐腐蚀金属材料制成。
具体的，还包括平板9，平板9设于探头7下方，并设有探头通孔8，探头7与探头通孔8的位置相对，探头通孔8的尺寸略大于探头7的尺寸，使探头7可以从探头通孔8中穿过。本实施例中，平板9为不透明的刚性耐腐蚀材料制成，形状为圆形或方形，厚度固定为1cm。测量时应尽可能选择能够完整、平稳放置平板9的样点，并保持平板9与土壤表面平行。
本实用新型的电子式土壤表层厚度测量装置的测量方法为：
使用者先将平板9水平放置在待测土壤表面上，待平板9保持平稳后，使用者双手紧握手柄1，将探头7穿过探头通孔8插入土壤，并保持匀速下压手柄1将探杆以垂直方式贯入待测土壤。当本装置倾斜角度过大，与垂直方向夹角超过15°时，会通过单片机11提示警告，使用者应当立刻调整角度或重新测量以保证数据准确。
测量过程中，土壤贯穿阻力通过探头7传递到探杆，再通过连接件4传递到压力传感器15，当阻力值大于既定数值后，单片机11开始自动记录测量结果，并计算阻力增加速率。当土壤贯穿阻力发生明显突变时，单片机11同时记录距离传感器14测量值。当土壤贯穿阻力过大或无法继续下压时，表明探头7已经接触到母质层，即可结束测量，并将贯入式探杆5上拉出土壤。
根据下述公式进行，计算土壤表层厚度T：
Ti＝(H1+H2)×cosθ-Di-t
其中，上式中Ti表示第i个土壤表层厚度测量结果，H1表示探杆长度，H2表示探头7高度，θ表示倾斜角传感器感知的与垂直方向的倾斜角，Di表示第i个距离传感器14感知的与平板9之间的距离，t表示平板9厚度。
根据土壤分层情况不同，一次完整的测量过程中本装置可能会多次记录测量结果并自动保存在单片机11上，测量结束后可通过数据线导出测量结果，也可通过蓝牙、无线、网络、SD数据卡等方式导出保存。
本实用新型提供的一种电子式土壤表层厚度测量装置，其结构简单、易于携带、操作便捷，单人即可操作，可有效避免传统方法耗时长、人力物力耗费多的问题，同时对土地没有明显破坏，能够根据调查需要选择多个样点进行反复测量；测量过程采用电子化工作方式，可根据土壤贯穿阻力变化自动判断土壤分层并实时记录测量结果，整个过程不需要人为判断测量位置、不需要通过目视读数，减少了人为误差，大大增强了测量精度和准确性。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，包括：集成感应装置(2)、手柄(1)、贯入式探杆(5)以及探头(7)，所述手柄(1)固定于所述集成感应装置(2)的两侧；其中，所述集成感应装置(2)内设有单片机(11)、压力传感器(15)、距离传感器(14)和倾角传感器(13)，所述压力传感器(15)与所述贯入式探杆(5)的第一端连接，所述探头(7)固定于所述贯入式探杆(5)的第二端，所述距离传感器(14)用于测定所述贯入式探杆(5)的插入深度，所述倾角传感器(13)用于检测倾斜角度，所述压力传感器(15)用于检测贯入阻力，所述压力传感器(15)、距离传感器(14)和倾角传感器(13)均与所述单片机(11)连接，所述单片机(11)用于收集所述压力传感器(15)、距离传感器(14)和倾角传感器(13)的信息，并计算得出结果。
2.如权利要求1所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述集成感应装置(2)还包括壳体，所述壳体内还设有电源(12)，用于驱动所述单片机(11)、压力传感器(15)、距离传感器(14)和倾角传感器(13)，所述电源(12)、单片机(11)、压力传感器(15)、距离传感器(14)和倾角传感器(13)均设于所述壳体内。
3.如权利要求2所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述壳体上设有两个手柄通孔(10)，所述手柄(1)由所述手柄通孔(10)穿设而出。
4.如权利要求2所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述壳体上设有一个距离传感器通孔(3)，所述距离传感器(14)位于所述距离传感器通孔(3)的正上方。
5.如权利要求2所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，还包括连接件(4)，所述壳体上设有一个压力传感器通孔(16)，所述压力传感器(15)通过所述连接件(4)与所述贯入式探杆(5)的第一端连接，且所述连接件(4)穿设于所述压力传感器通孔(16)。
6.如权利要求1所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述贯入式探杆(5)长度为0.5m-1.2m，且设有刻度数据条(6)。
7.如权利要求1所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述压力传感器(15)为微型膜式结构或“S”型结构，并设有变速器。
8.如权利要求4所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述距离传感器(14)为带有温度补偿的超声波测距仪。
9.如权利要求1所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，所述探头(7)为倒圆锥体。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的电子式土壤表层厚度测量装置，其特征在于，还包括平板(9)，所述平板(9)设于所述探头(7)下方，并设有探头通孔(8)，所述探头(7)与所述探头通孔(8)的位置相对，所述探头通孔(8)的尺寸略大于所述探头(7)的尺寸。
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