CN210533909U - 一种土壤阻力测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种土壤阻力测量装置属智能农业装备检测技术领域，本实用新型结合电控技术与机械优化设计的优点，利用PVDF压电薄膜的本身特性，设计一种具有螺旋蛟龙状的坚实度测量装置，其螺旋状结构位于壳体的凹槽Ⅳ内部，通过齿轮传动使PVDF压电薄膜受到来自于土壤的力从而使PVDF压电薄膜受到挤压作用并由于螺旋蛟龙特性使产生的电信号进行叠加产生电信号，通过相应转换电路，将电信号传递给显示装置LCD彩屏，这样设计不仅保证了测量装置良好的密封性，对测试装置寿命也有显著提高。解决了现有测试装置易进灰尘以及对部件的损耗大等缺点；本实用新型操作简单，能有效测量土壤的量坚实度，适应不同类型的土壤，应用范围广。
Description
技术领域
本实用新型属智能农业装备检测技术领域，具体涉及一种土壤阻力测量装置。
背景技术
近年来机械化在世界各地日趋流行，但是随着各种大型现代化农业田间机械设备的大规模、频繁使用。无论发达国家还是发展中国家都面临着土壤压实问题日趋严重的现状。土壤压实不仅与农作物产量、种子的发芽破土率以及植物的根系发育状况密切相关,同时也直接影响着土壤水分的运移过程。
土壤压实的后果是显著地改变了表层土壤孔隙度从而导致土壤透气性降低、表层水入渗的减少与径流的相对增加。对土壤坚实度的定量描述，国际上一般采用圆锥指数，定义为圆锥在贯入土壤的过程中圆锥头上单位底面积所受到的土壤阻力。对其结构设计与操作欧洲与美国有各自的规范，目前应用较为广泛的是美国农业工程师学会推荐的土壤坚实度测量标准。该标准主要描述了定点垂直剖面土壤坚实度测量的锥头结构，而在农田尺度下，手持式土壤坚实度仪具有携带方便，可以随时随地测量相应小规模土地的坚实度，搬运成本低，测试快速等优点。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能对一定区域内的坚实度进行准确及时测量的土壤阻力测量装置。
本实用新型由测量机构A、附属机构B、传动机构C和信号处理与显示机构D组成，其中测量机构A的压电小球28、PVDF压电薄膜29和支撑架31位于附属机构B的凹槽Ⅳ33内，测量机构A中的压电小球28、PVDF压电薄膜29和支撑架31组成的压电传感器16通过导线与信号处理与显示机构D中的号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19、显示模块20、电源模块21、定位模块34、存储模块35连接，从而实现电信号到数字信号的转换，利用螺旋设计叠加电信号并将电信号传输给各模块，提高装置的测量精度；信号处理与显示机构D中的信号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19和电源模块21安装在附属机构B的凹槽Ⅰ10内，便于使用者维修；显示模块20安装在附属机构B的罩壳Ⅱ7上表面，便于使用者观察所测土壤的阻力；显示模块20安装在附属机构B的罩壳Ⅱ7上表面，便于使用者观察所测土壤的阻力。
传动机构C的探头13置于附属机构B的保护壳Ⅰ1、罩壳Ⅰ4和弹簧3中，且探头13外圈与保护壳Ⅰ1、罩壳Ⅰ4和弹簧3内圈接触，起到保护探头13及准确复位的作用；传动机构C的内筒12位于附属机构B中壳体5的凹槽Ⅰ10内，与壳体5内表面贴合，内筒12与凹槽Ⅰ10的接触保证了内筒12能够按照预定轨迹运动，不发生侧移；传动机构C中的回转轴25与附属机构B中的导轨槽24固接，起到固定齿轮以及便于更换齿轮从而增加装置的适应能力的作用。
所述的测量机构A由压电小球28、PVDF压电薄膜29、凹槽Ⅲ30、支撑架31组成，其中支撑架31上表面附着PVDF压电薄膜29，支撑架31下表面设有固定压电小球28位置的凹槽Ⅲ30，起到对压电小球28固定的作用；PVDF压电薄膜29呈螺旋状附着在支撑架31上，便于对压电小球28产生的电信号进行叠加，提高测量装置的精准度。
所述的附属机构B由固定导轨槽组件ⅠE1、固定导轨槽组件ⅡE2、固定导轨槽组件ⅢE3、保护壳Ⅰ1、保护壳Ⅱ2、弹簧3、罩壳Ⅰ4、壳体5、把手对6、罩壳Ⅱ7、凹槽Ⅰ10、凹槽Ⅱ23、仿生凸起结构27、凹槽Ⅳ33组成，其中固定导轨槽组件ⅠE1、固定导轨槽组件ⅡE2、固定导轨槽组件ⅢE3结构完全相同，均由导轨槽24、回转轴25、孔32组成，导轨槽24位于罩壳Ⅱ7内部，回转轴25与导轨槽24铰接、孔32位于导轨槽24顶部；固定导轨槽组件ⅠE1、固定导轨槽组件ⅡE2、固定导轨槽组件ⅢE3绕罩壳Ⅱ7的中心轴呈120°分布；弹簧3上端与罩壳Ⅰ4下端固接，弹簧3下端与保护壳Ⅰ1上端固接，起到保护探头13及装置快速准确复位的作用。
保护壳Ⅱ2上端内圈与罩壳Ⅰ4下端外圈固接，保护壳Ⅱ2下部内圈与保护壳Ⅰ1上部外圈滑动连接，起到保护弹簧3的作用；罩壳Ⅰ4经螺栓组Ⅱ26固接于壳体5下端，罩壳Ⅱ7经螺栓组Ⅰ15固接于壳体5上端；把手对6的两个把手固接于壳体5的近上端左右两侧，把手上部覆盖有1.4mm厚薄橡胶膜，便于使用者施力，下部设计仿照人体手掌受力外形，更加符合人的手掌的用力习惯；凹槽Ⅳ33为壳体5内部的凹槽。
所述的保护壳Ⅰ1下部与地面接触，其表面为尖的仿生凸起结构27，单个形状的纵截面分段方程为：
y＝x2，-3mm≤x≤3mm。
所述的传动机构C由齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2、齿轮齿条组件ⅢC3、内筒12、探头13、垫片14、回转轴25组成，其中齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2和齿轮齿条组件ⅢC3结构完全相同，均由齿轮Ⅰ8、齿条Ⅰ9、齿条Ⅱ11、齿轮Ⅱ22，其中齿轮Ⅰ8与齿轮Ⅱ22焊接为一体，固定在导轨槽24内部并通过回转轴25旋转，齿轮Ⅰ8与齿条Ⅰ9相互啮合，齿条Ⅱ11与齿轮Ⅱ22相互啮合，齿条Ⅰ9底部与垫片14固接；齿条Ⅰ9有齿侧与齿轮Ⅰ8啮合，齿条Ⅱ11有齿侧与齿轮Ⅱ22啮合，齿条Ⅰ9和齿条Ⅱ11的无齿侧与导轨槽24接触；齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2和齿轮齿条组件ⅢC3呈120度间隔置于内筒12上端，其中齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2和齿轮齿条组件ⅢC3三者底部一侧通过齿条Ⅰ9与垫片14固接，三者底部另一侧则通过齿条Ⅱ11与内筒12固接；探头13上部与内筒12下端中心螺纹连接。
所述的信号处理与显示机构D由压电传感器16、信号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19、显示模块20、电源模块21、定位模块34、存储模块35组成，其中信号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19、显示模块20，定位模块34，存储模块35与电源模块21经导线连接，压电传感器16所产生的电荷转化为电压信号,再经过电压放大电路将电压信号放大，A/D转换电路18将此电压值转换为数字信号传递给MCU微控制器19后经显示模块20显示到LCD显示屏上，方便使用者实时读数。
所述内筒12的横截面为由四段相同曲线组成的规则曲线，将该截面其中一段曲线ab放置在XOY坐标系内，以内筒12与纵截面相交的轴为X轴，以壳体5外圆圆心为O点，Y轴从O点发出且垂直于X轴，内筒12横截面其中一段曲线ab在XOY坐标系内的曲线方程为：
y＝0.28602+2.44956x-0.0673x2
其中：x属于[0,37],单位为mm。
内筒12的横截面曲线在该装置可以起到固定内筒12运动位置、润滑方便从而增加装置寿命的作用。
本实用新型结合电控技术与机械优化设计的优点，通过PVDF压电薄膜的本身特性，设计一种具有螺旋蛟龙状的坚实度测量装置，其螺旋状结构位于壳体5的凹槽Ⅳ33内部，通过齿轮传动使PVDF压电薄膜受到来自于土壤的力从而使PVDF压电薄膜受到挤压作用并由于螺旋蛟龙特性使产生的电信号进行叠加产生电信号，通过相应转换电路，将电信号传递给显示装置LCD彩屏，这样设计不仅能保证测量装置良好的密封性，对测试装置寿命也有显著提高。可解决现有测试装置易进灰尘以及对部件的损耗大等缺点。
本实用新型利用PVDF压电薄膜的导电特性，通过螺旋蛟龙的特性使PVDF压电薄膜的多层叠加，将PVDF压电薄膜产生电流并将电信号进行处理及传输，能够有效测量土壤的量坚实度，本实用新型的测量装置操作简单且应用范围广。
附图说明
图1为土壤阻力测量装置的结构示意图
图2为测量机构A的剖视图
图3为测量机构A的外观图
图4为测量机构A的轴测图
图5为齿轮齿条组件C1、C2、C3的位置分布示意图
图6为图5中C1部分的放大图
图7为测量机构A的仰视图
图8为罩壳Ⅱ7的内部示意图
图9为图8中固定导轨导轨槽件ⅢE3部分的放大图
图10为壳体5的轴测图
图11为壳体5的俯视图
图12为壳体5的仰视图
图13为图2中e所指的放大图
图14为测量机构A部分结构的局部放大图
图15为内筒曲线的分段示意图
图16为内筒横截面ab段的XOY坐标系的曲线图
其中：A.测量机构 B.附属机构 C.传动机构 D.信号处理与显示机构 C1.齿轮齿条组件Ⅰ C2.齿轮齿条组件Ⅱ C3.齿轮齿条组件Ⅲ E1.固定导轨槽组件Ⅰ E2.固定导轨导轨槽件Ⅱ E3.固定导轨导轨槽件Ⅲ 1.保护壳Ⅰ 2.保护壳Ⅱ 3.弹簧 4.罩壳Ⅰ 5.壳体 6.把手对 7.罩壳Ⅱ 8.齿轮Ⅰ 9.齿条Ⅰ 10.凹槽Ⅰ 11.齿条Ⅱ 12.内筒 13.探头 14.垫片15.螺栓组Ⅰ 16.压电传感器 17.信号处理电路 18.A/D转换电路 19.微控制器 20.显示模块 21.电源模块 22.齿轮Ⅱ 23.凹槽Ⅱ 24.导轨槽 25.回转轴 26.螺栓组Ⅱ 27.仿生凸起结构 28.压电小球 29.PVDF压电薄膜 30.凹槽Ⅲ 31.支撑架 32.孔 33.凹槽Ⅳ
具体实施方式
下面结合附图描述本实用新型。
如图1所示，本实用新型由测量机构A、附属机构B、传动机构C和信号处理与显示机构D组成，其中测量机构A的压电小球28、PVDF压电薄膜29和支撑架31位于附属机构B的凹槽Ⅳ33内，测量机构A中的压电小球28、PVDF压电薄膜29和支撑架31组成的压电传感器16通过导线与信号处理与显示机构D中的号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19、显示模块20、电源模块21、定位模块34、存储模块35连接，从而实现电信号到数字信号的转换；信号处理与显示机构D中的信号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19和电源模块21安装在附属机构B的凹槽Ⅰ10内，显示模块20安装在附属机构B的罩壳Ⅱ7上表面；传动机构C的探头13置于附属机构B的保护壳Ⅰ1、罩壳Ⅰ4和弹簧3中，且探头13外圈与保护壳Ⅰ1、罩壳Ⅰ4和弹簧3内圈接触；传动机构C的内筒12位于附属机构B中壳体5的凹槽Ⅰ10内，与壳体5内表面贴合；传动机构C中的回转轴25与附属机构B中的导轨槽24固接。
如图2至图4，图7至图16所示，所述的测量机构A由压电小球28、PVDF压电薄膜29、凹槽Ⅲ30、支撑架31组成，其中支撑架31上表面附着PVDF压电薄膜29，支撑架31下表面设有固定压电小球28位置的凹槽Ⅲ30；PVDF压电薄膜29呈螺旋状附着在支撑架31上。
所述的附属机构B由固定导轨槽组件ⅠE1、固定导轨槽组件ⅡE2、固定导轨槽组件ⅢE3、保护壳Ⅰ1、保护壳Ⅱ2、弹簧3、罩壳Ⅰ4、壳体5、把手对6、罩壳Ⅱ7、凹槽Ⅰ10、凹槽Ⅱ23、仿生凸起结构27、凹槽Ⅳ33组成，其中固定导轨槽组件ⅠE1、固定导轨槽组件ⅡE2、固定导轨槽组件ⅢE3结构完全相同，均由导轨槽24、回转轴25、孔32组成，导轨槽24位于罩壳Ⅱ7内部，回转轴25与导轨槽24铰接、孔32位于导轨槽24顶部；固定导轨槽组件ⅠE1、固定导轨槽组件ⅡE2、固定导轨槽组件ⅢE3绕罩壳Ⅱ7的中心轴呈120°分布；弹簧3上端与罩壳Ⅰ4下端固接，弹簧3下端与保护壳Ⅰ1上端固接；保护壳Ⅱ2上端内圈与罩壳Ⅰ4下端外圈固接，保护壳Ⅱ2下部内圈与保护壳Ⅰ1上部外圈滑动连接；罩壳Ⅰ4经螺栓组Ⅱ26固接于壳体5下端，罩壳Ⅱ7经螺栓组Ⅰ15固接于壳体5上端；把手对6的两个把手固接于壳体5的近上端左右两侧；凹槽Ⅳ33为壳体5内部的凹槽。
所述的保护壳Ⅰ1下部与地面接触，其表面为尖的仿生凸起结构27，单个形状的纵截面分段方程为：
y＝x2，-3mm≤x≤3mm。
如图5和图6所示，所述的传动机构C由齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2、齿轮齿条组件ⅢC3、内筒12、探头13、垫片14组成，其中齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2和齿轮齿条组件ⅢC3结构完全相同，均由齿轮Ⅰ8、齿条Ⅰ9、齿条Ⅱ11、齿轮Ⅱ22，其中齿轮Ⅰ8与齿轮Ⅱ22焊接为一体，固定在导轨槽24内部并通过回转轴25旋转，齿轮Ⅰ8与齿条Ⅰ9相互啮合，齿条Ⅱ11与齿轮Ⅱ22相互啮合，齿条Ⅰ9底部与垫片14固接；齿条Ⅰ9有齿侧与齿轮Ⅰ8啮合，齿条Ⅱ11有齿侧与齿轮Ⅱ22啮合，齿条Ⅰ9和齿条Ⅱ11的无齿侧与导轨槽24接触；齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2和齿轮齿条组件ⅢC3呈120度间隔置于内筒12上端，其中齿轮齿条组件ⅠC1、齿轮齿条组件ⅡC2和齿轮齿条组件ⅢC3三者底部一侧通过齿条Ⅰ9与垫片14固接，三者底部另一侧则通过齿条Ⅱ11与内筒12固接；探头13上部与内筒12下端中心螺纹连接。
如图1所示，所述的信号处理与显示机构D由压电传感器16、信号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19、显示模块20、电源模块21、定位模块34、存储模块35组成，其中信号处理电路17、A/D转换电路18、微控制器19、显示模块20，定位模块34，存储模块35与电源模块21经导线连接。
所述内筒12的横截面为由四段相同曲线组成的规则曲线，将该截面其中一段曲线ab放置在XOY坐标系内，以内筒12与纵截面相交的轴为X轴，以壳体5外圆圆心为O点，Y轴从O点发出且垂直于X轴，内筒12横截面其中一段曲线ab在XOY坐标系内的曲线方程为：
y＝0.28602+2.45256x-0.0673x2
其中：x属于[0,37],单位为mm。
Claims (7)
1.一种土壤阻力测量装置，其特征在于，由测量机构(A)、附属机构(B)、传动机构(C)和信号处理与显示机构(D)组成，其中测量机构(A)的压电小球(28)、PVDF压电薄膜(29)和支撑架(31)位于附属机构(B)的凹槽Ⅳ(33)内，测量机构(A)中的压电小球(28)、PVDF压电薄膜(29)和支撑架(31)组成的压电传感器(16)通过导线与信号处理与显示机构(D)中的信号处理电路(17)、A/D转换电路(18)、微控制器(19)、显示模块(20)、电源模块(21)、定位模块(34)、存储模块(35)连接，从而实现电信号到数字信号的转换；信号处理与显示机构(D)中的信号处理电路(17)、A/D转换电路(18)、微控制器(19)和电源模块(21)安装在附属机构(B)的凹槽Ⅰ(10)内，显示模块(20)安装在附属机构(B)的罩壳Ⅱ(7)上表面；传动机构(C)的探头(13)置于附属机构(B)的保护壳Ⅰ(1)、罩壳Ⅰ(4)和弹簧(3)中，且探头(13)外圈与保护壳Ⅰ(1)、罩壳Ⅰ(4)和弹簧(3)内圈接触；传动机构(C)的内筒(12)位于附属机构(B)中壳体(5)的凹槽Ⅰ(10)内，与壳体(5)内表面贴合；传动机构(C)中的回转轴(25)与附属机构(B)中的导轨槽(24)固接。
2.按权利要求1所述的土壤阻力测量装置，其特征在于，所述的测量机构(A)由压电小球(28)、PVDF压电薄膜(29)、凹槽Ⅲ(30)、支撑架(31)组成，其中支撑架(31)上表面附着PVDF压电薄膜(29)，支撑架(31)下表面设有固定压电小球(28)位置的凹槽Ⅲ(30)；PVDF压电薄膜(29)呈螺旋状附着在支撑架(31)上。
3.按权利要求1所述的土壤阻力测量装置，其特征在于，所述的附属机构(B)由固定导轨槽组件Ⅰ(E1)、固定导轨槽组件Ⅱ(E2)、固定导轨槽组件Ⅲ(E3)、保护壳Ⅰ(1)、保护壳Ⅱ(2)、弹簧(3)、罩壳Ⅰ(4)、壳体(5)、把手对(6)、罩壳Ⅱ(7)、凹槽Ⅰ(10)、凹槽Ⅱ(23)、仿生凸起结构(27)、凹槽Ⅳ(33)组成，其中固定导轨槽组件Ⅰ(E1)、固定导轨槽组件Ⅱ(E2)、固定导轨槽组件Ⅲ(E3)结构完全相同，均由导轨槽(24)、回转轴(25)、孔(32)组成，导轨槽(24)位于罩壳Ⅱ(7)内部，回转轴(25)与导轨槽(24)铰接、孔(32)位于导轨槽(24)顶部；固定导轨槽组件Ⅰ(E1)、固定导轨槽组件Ⅱ(E2)、固定导轨槽组件Ⅲ(E3)绕罩壳Ⅱ(7)的中心轴呈120°分布；弹簧(3)上端与罩壳Ⅰ(4)下端固接，弹簧(3)下端与保护壳Ⅰ(1)上端固接；保护壳Ⅱ(2)上端内圈与罩壳Ⅰ(4)下端外圈固接，保护壳Ⅱ(2)下部内圈与保护壳Ⅰ(1)上部外圈滑动连接；罩壳Ⅰ(4)经螺栓组Ⅱ(26)固接于壳体(5)下端，罩壳Ⅱ(7)经螺栓组Ⅰ(15)固接于壳体(5)上端；把手对(6)的两个把手固接于壳体(5)的近上端左右两侧；凹槽Ⅳ(33)为壳体(5)内部的凹槽。
4.按权利要求3所述的土壤阻力测量装置，其特征在于，所述的保护壳Ⅰ(1)下部与地面接触，其表面为尖的仿生凸起结构(27)，单个形状的纵截面分段方程为：
y＝x2，-3mm≤x≤3mm。
5.按权利要求1所述的土壤阻力测量装置，其特征在于，所述的传动机构(C)由齿轮齿条组件Ⅰ(C1)、齿轮齿条组件Ⅱ(C2)、齿轮齿条组件Ⅲ(C3)、内筒(12)、探头(13)、垫片(14)组成，其中齿轮齿条组件Ⅰ(C1)、齿轮齿条组件Ⅱ(C2)和齿轮齿条组件Ⅲ(C3)结构完全相同，均由齿轮Ⅰ(8)、齿条Ⅰ(9)、齿条Ⅱ(11)、齿轮Ⅱ(22)，其中齿轮Ⅰ(8)与齿轮Ⅱ(22)焊接为一体，固定在导轨槽(24)内部并通过回转轴(25)旋转，齿轮Ⅰ(8)与齿条Ⅰ(9)相互啮合，齿条Ⅱ(11)与齿轮Ⅱ(22)相互啮合，齿条Ⅰ(9)底部与垫片(14)固接；齿条Ⅰ(9)有齿侧与齿轮Ⅰ(8)啮合，齿条Ⅱ(11)有齿侧与齿轮Ⅱ(22)啮合，齿条Ⅰ(9)和齿条Ⅱ(11)的无齿侧与导轨槽(24)接触；齿轮齿条组件Ⅰ(C1)、齿轮齿条组件Ⅱ(C2)和齿轮齿条组件Ⅲ(C3)呈120度间隔置于内筒(12)上端，其中齿轮齿条组件Ⅰ(C1)、齿轮齿条组件Ⅱ(C2)和齿轮齿条组件Ⅲ(C3)三者底部一侧通过齿条Ⅰ(9)与垫片(14)固接，三者底部另一侧则通过齿条Ⅱ(11)与内筒(12)固接；探头(13)上部与内筒(12)下端中心螺纹连接。
6.按权利要求1所述的土壤阻力测量装置，其特征在于，所述的信号处理与显示机构(D)由压电传感器(16)、信号处理电路(17)、A/D转换电路(18)、微控制器(19)、显示模块(20)、电源模块(21)、定位模块(34)、存储模块(35)组成，其中信号处理电路(17)、A/D转换电路(18)、微控制器(19)、显示模块(20)，定位模块(34)，存储模块(35)与电源模块(21)经导线连接。
7.按权利要求5所述的土壤阻力测量装置，其特征在于，所述内筒(12)的横截面为由四段相同曲线组成的规则曲线，将该截面其中一段曲线ab放置在XOY坐标系内，以内筒(12)与纵截面相交的轴为X轴，以壳体(5)外圆圆心为O点，Y轴从O点发出且垂直于X轴，内筒(12)横截面其中一段曲线ab在XOY坐标系内的曲线方程为：
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其中：x属于[0,37],单位为mm。
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| CN201921231212.5U CN210533909U (zh) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | 一种土壤阻力测量装置 |
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|---|---|---|---|
| CN201921231212.5U CN210533909U (zh) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | 一种土壤阻力测量装置 |
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2019
- 2019-08-01 CN CN201921231212.5U patent/CN210533909U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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