JP2006145475A - 土壌特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 土壌特性測定装置のチゼル部９は、トラクタによって牽引される走行フレーム６に揺動自在に設けた回転フレーム１７に設けてあり、この回転フレームは、走行フレームが静止している状態で、上記チゼル部を地表よりも上方となる上昇位置Ａと土中となる下降位置Ｂとに移動させることができる。このとき、上記回転フレームの回転中心Ｏとチゼル部の先端９ａとの距離Ｌ１と、回転フレームの回転中心Ｏとチゼル部の後端９ｂとの距離Ｌ２とは略同一となるように設定することが望ましい。
【効果】 熟練を要することなく、走行フレームを静止させた状態のまま、その位置でチゼル部を地上から土中へ移動させることができる。そしてその位置から直ちに土壌の測定を開始することができるので、従来のように穴を掘る労力や時間を必要とせずに、測定不能な土地が発生するのを防止することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、土壌の特性を測定する土壌特性測定装置に関し、より詳しくは、チゼル部に設けられた計測部を土中で進行させることにより土壌の特性を測定するようにした土壌特性測定装置に関する。

従来、土壌特性測定装置として、走行フレームと、この走行フレームに設けたチゼル部と、このチゼル部に設けられて土壌の特性を測定する計測部とを備え、上記走行フレームを地上で走行させるとともに、上記チゼル部を土中で進行させることにより、該チゼル部の計測部で土壌の特性を測定するようにしたものが知られている（特許文献１）。
上記チゼル部は走行フレームに固定されて設けられており、該走行フレームに設けたゲージ輪の高さを調整して、走行フレームの地表に対する高さを高い位置から低い位置へ移動させることにより、上記チゼル部を地表から土中に移動させるようにしている。
また、上記走行フレームはトラクタに３点リンクを介して連結され、該トラクタによって牽引されて走行されるようになっている。また３点リンクは、走行フレームの地表に対する高さを調整する際に、走行フレームを地表に対して一定に維持する機能も有している。

このような土壌特性測定装置によって圃場の土壌を測定する場合、通常、チゼル部を地中で走行させながら圃場の一側から他側へ直線的に土壌を測定したら、その他側でトラクタをＵターンさせ、圃場の他側から上記一側へ再び直線的に土壌を測定し、これを繰り返して圃場の全域を測定するようにしている。
上記トラクタをＵターンさせる場合、チゼル部を土中に維持したままＵターンさせる場合には、該チゼル部の破損を防止するために大きな円弧が必要となる。このため、密な測定を必要とする場合には、トラクタをＵターンさせる際にチゼル部を土中から引き上げ、トラクタをＵターンさせた後に、トラクタを走行させながらチゼル部を再び地表から土中に移動させるようにしている。

さらに従来、上記チゼル部を走行フレームに対して僅かに揺動できるようにし、土壌に対するチゼル部の進入角度を制御して、チゼル部に設けられた計測部の深さが一定となるようにすることも行なわれている（特許文献１の図１６）。
特開２００３−１３９７６５号公報

上述した従来の土壌特性測定装置においては、走行フレームを走行させながらチゼル部を所要深さの土中に移動させるようにしているので、該チゼル部が所要深さとなるまでは正確な測定ができず、したがって測定不能な土地が広く発生することになる。
また、走行フレームを走行させながら該走行フレームを下降させる際には熟練が必要で、操作者の技量が未熟で走行フレームの、したがってチゼル部の下降速度と走行速度とのバランスが悪いと、土中に貫入させる計測部を破損させる恐れがあった。

このような欠点を改善するため、予め、圃場の両側の走行開始点にそれぞれ多数の穴を掘り、チゼル部をその穴内の目標深度に設定した後に、走行フレームを走行させて測定を開始することも行なわれているが、広大な圃場の所要位置に多数の穴を掘ることは労力と時間とを要し、効率が悪い。
本発明はこのような欠点に鑑み、穴を掘ることなく、その場でチゼル部を地表から土中へ移動させることができる土壌特性測定装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明は、走行フレームと、この走行フレームに設けたチゼル部と、このチゼル部に設けられて土壌の特性を測定する計測部とを備え、上記走行フレームを地上で走行させるとともに、上記チゼル部を土中で進行させることにより、該チゼル部の計測部で土壌の特性を測定するようにした土壌特性測定装置において、
上記チゼル部を回転フレームに設けるとともに、この回転フレームを上記走行フレームに、該走行フレームを静止させた状態で、上記チゼル部が地表よりも上方となる上昇位置と土中となる下降位置とに揺動自在に取付けたことを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、上記回転フレームの回転中心とチゼル部の先端との距離と、回転フレームの回転中心とチゼル部の後端と回転軸の中心までの距離とを略同一となるように設定したものである。

さらに請求項３の発明は、上記回転フレームを回転させる回転駆動機構を設け、この回転駆動機構により回転フレームを上記上昇位置と下降位置との間で揺動させるようにしたものである。

請求項４の発明は、上記請求項３の発明において、上記走行フレームを牽引するトラクタと、上記回転フレーム又はチゼル部の重力方向に対する傾斜角度を検出する第１傾斜角センサと、上記トラクタの重力方向に対する傾斜角度を検出する第２傾斜角センサと、該第１傾斜角センサと第２傾斜角センサの信号により回転駆動機構を制御する制御部とを備えており、上記制御部は、第２傾斜角センサによりトラクタの傾斜を検出するとともにその検出値に基づいて第１傾斜角センサの信号値を補正して、チゼル部の傾きとトラクタの傾きが等しくなるように制御するようにしたものである。

請求項１の発明によれば、走行フレームを静止させた状態のまま上記回転フレームを揺動回転させることにより、その位置でチゼル部を地上から土中へ移動させることができる。
したがって、従来のように走行フレームを走行させながらチゼル部を地上から土中に移動させる必要がないので、初心者であっても計測部を破損させる恐れなく容易にチゼル部を地上から土中に移動させることができる。
また、従来のように穴を掘ることなく走行フレームを静止させた位置から直ちに測定を開始することができるので、穴を掘る労力や時間を必要とせず、しかも走行フレームを走行させながらチゼル部を地上から土中に移動させる場合のように測定不能な土地が発生するのを可及的に防止することができる。

また請求項２の発明においては、回転フレームの回転中心とチゼル部の先端との距離と、回転フレームの回転中心とチゼル部の後端との距離とを略同一となるように設定してあるので、後端が地面を掘削することにより観測空間へ土壌が侵入して正確な計測データが取得できなくなったり、計測部を破損することを防止することができる。また、チゼルの先端が土壌を掘削する深さを最小なものとすることができるので、それによって装置への負荷を低減して耐久性の向上を図ることができる。

さらに請求項３の発明においては、上記回転フレームを回転させる回転駆動機構を設け、この回転駆動機構により回転フレームを上記上昇位置と下降位置との間で揺動させるようにしているので、操作者は上記回転駆動機構の運転を指令するだけでよく、チゼル部を地上と土中とで移動させるに労力を要することがない。

そして請求項４の発明によれば、上記第１傾斜角センサと第２傾斜角センサの信号からチゼル部の傾きとトラクタの傾きが等しくなるように制御することができるので、上り坂や下り坂で土壌の特性を測定する際にも常にチゼル部の土中深さを一定の状態に維持することができ、それにより精度の良い測定を行なうことができる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図４において、本発明に係る土壌特性測定装置１は３点リンク２を介してトラクタ３に連結され、このトラクタ３によって牽引されるようになっている。
上記測定装置１は走行フレーム６を備えており、この走行フレーム６に支持アーム７を介してゲージ輪８を設けてある。このゲージ輪８は走行フレーム６に対する高さ位置を調整することができるようになっており、それによって走行フレーム６の地表面Ｇに対する高さ位置を調整して、後に説明するようにチゼル部９の測定深度を設定することができるようになっている。
上記３点リンク２は走行フレーム６をトラクタ３に連結しており、この３点リンク２は走行フレーム６の高さ位置を調整しても走行フレーム６の地表面に対する水平状態を一定に維持することができるようになっている。
また上記支持アーム７にチゼル部９の測定深度情報を取得するための深さセンサ用転輪１２を設けるとともに、上記走行フレーム６に、麦わらなどが多い場合に予めそれをカットするコールタ１３と、土壌データを取得した位置の情報を取得するためのＧＰＳアンテナ１４とを設けてある。

さらに図３、図５に示すように、上記走行フレーム６には、回転フレーム１７を軸１８を中心として揺動自在に取り付けている。この回転フレーム１７の底部側にはビーム１９を介して上述したチゼル部９を一体に取り付けてあり、回転フレーム１７を回転させることにより、チゼル部９が地表よりも上方となる上昇位置Ａと土中となる下降位置Ｂとに移動させることができるようにしている。
このとき、図５に示すように、上記回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の先端９ａとの距離Ｌ１と、回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の後端９ｂとの距離Ｌ２とが略同一となるように設定してある。
また、上記走行フレーム６と回転フレーム１７との間には、回転フレーム１７を回転させる回転駆動機構としての油圧シリンダ２２（図４参照）を設け、この油圧シリンダ２２によって回転フレーム１７及びチゼル部９を上記上昇位置Ａと下降位置Ｂとの間で揺動させることができるようにしてある。
上記油圧シリンダ２２には、走行フレーム６に設けた油圧ユニット２３から油圧を供給することができるようになっており、この油圧ユニット２３を構成する図示しない油圧ポンプは、ＰＴＯジョイント２４を介してトラクタ３のエンジンに連動し、そのエンジンによって回転駆動されるようになっている。

図６に示すように、上記チゼル部９は、その先端９ａ部分が土中貫入部２８となっており、またチゼル部９の先端９ａと後端９ｂとの中間部分の底部に均平板２９を備えている。そしてトラクタ１の前進に伴って上記土中貫入部２８で土中に穴を開けるとともに、均平板２９でその穴の下面を均して土壌観測面３０を作成することができるようになっている。
上記均平板２９よりも後方で上方位置には、土壌の特性を測定する計測部３３を設けてあり、この計測部３３と土壌観測面３０との間に観測空間３４を形成することができるようにしてある。
そして図３、図４に示すように、上記回転フレーム１７の上部側に計測部３３からの各種信号を入力して記録する制御部３５を設けてあり、この制御部３５は回転フレーム１７が回転しても土中に入り込むことがない位置に設けてある。上記制御部３５には、図示しないが制御回路、増幅器、土壌の分光情報を取得する分光機、電源等を設けてあり、上記油圧シリンダ２２の作動も制御することができるようになっている。

上記計測部３３には照明用光ファイバ４０，４１と可視近赤外集光ファイバ４４とを設けてあり、照明用光ファイバ４０，４１から土壌観測面３０に可視近赤外光を照射することができるようになっている。そして可視近赤外集光ファイバ４４は土壌からの拡散反射光を集光し、上記制御部３５に設けた図示しない分光機で土壌の拡散反射スペクトルを測定分析し、それによって土壌成分を求めることができるようになっている。
上記土壌の拡散反射光を安定に検出するには、土壌観測面３０と照明用光ファイバ４０，４１や可視近赤外集光ファイバ４４間の間隔Ｄが適切に保たれている必要がある。このためにレーザ土壌変位センサ４２を設けてあり、レーザ土壌変位センサ４２により上記間隔Ｄをモニタして、適切でない場合は報知したりその計測データを記録することができるようになっている。
さらに上記計測部３３にはＣＣＤカラーカメラ４３を設けてある。

上記照明用光ファイバ４０，４１、可視近赤外集光ファイバ４４、レーザ土壌変位センサ４２、ＣＣＤカラーカメラ４３はそれぞれガラス窓４７を介して観測空間３４に臨むように配置してあり、各ガラス窓４７には送風管４８を介して乾燥した空気が吹付けられて、その曇りが防止されるようになっている。
さらに上記土中貫入部２８の側面には土壌電気伝導度センサ電極４９を設置してあり、これに接する土壌の電気伝導度情報を取得することができるようにしてある。
また図３に示すように、走行フレーム６にロードセル５０を設けるとともにビーム１９にリンク５１を設けてあり、チゼル部９を下降位置Ｂの土中への移動時と、チゼル部９とビーム１９とで土壌を掘削しつつ走行する時に、それらチゼル部９とビーム１９の受ける土壌抵抗をリンク５１を介してロードセル５０で測定することができるようにしてある。
さらに図４に示すように、制御部３５の下部には、土壌を照明するための光源５２を設けてあり、またトラクタ３には、図１に示すように、測定データを表示したり、動作を指示する操作表示部５３や発電機５４が設けられている。

図３に示すように、上記ビーム１９には、このビーム１９の重力方向に対する傾斜角度を、したがって上記回転フレーム１７又はチゼル部９の重力方向に対する傾斜角度を検出する第１傾斜角センサ５６を設けてあり、上記制御部３５は第１傾斜角センサ５６からの信号を入力して、チゼル部９の土中深さが一定となるように油圧シリンダ２２の作動を制御することができるようになっている。
このとき、制御部３５はチゼル部９の重力方向に対する傾斜角度を一定に維持しようとするので、地表面が水平であればチゼル部９の土中深さが一定となるように制御することができるが、地表面が傾斜した上り坂や下り坂の場合でも、常にチゼル部９の重力方向に対する傾斜角度を一定に維持しようとするので、誤差が生じることになる。

このため図１に示すように、トラクタ３にその重力方向に対する傾斜角度を検出する第２傾斜角センサ５７を設けてあり、この第２傾斜角センサ５７からの信号も上記制御部３５に入力している。
制御部３５は、第２傾斜角センサ５７からの信号によりトラクタ３が水平であること、したがって地表面が水平であることを検出したら、単純に第１傾斜角センサ５６からの信号に基づいてチゼル部９の土中深さが一定となるように油圧シリンダ２２の作動を制御するようになる。
他方、第２傾斜角センサ５７からの信号によりトラクタ３が傾斜していること、例えば地表面が上り坂であることを検出したら、制御部３５はその地表面の勾配分だけ第１傾斜角センサ５６からの信号を補正し、チゼル部９の重力方向に対する傾斜角度を上記勾配分だけ加算して、すなわち図３において回転フレーム１７を上記勾配分だけ時計方向に大きく回転させて、上り坂であってもチゼル部９の土中深さが一定となるように制御する。

以上の構成において、土壌の測定を開始する際には、チゼル部９を上昇位置Ａに位置させた状態でトラクタ３により土壌特性測定装置１を牽引し、該土壌特性測定装置１を所要の測定開始位置に位置させる。このときには、予めゲージ輪８により走行フレーム６の地表に対する高さ位置が最適となるように調整してある。
この状態で、トラクタ３に設けた操作表示部５３を介して制御部３５にチゼル部９の下降指令を与えると、制御部３５は油圧シリンダ２２を作動させて回転フレーム１７を軸１８を中心として図５の時計方向に回転させる。これによりチゼル部９は走行フレーム６が静止している状態で、その先端９ａから土中に進行し、土中貫入部２８で土中に穴を開けるとともに、均平板２９でその穴の下面を均して土壌観測面３０を作成するようになる。
そしてチゼル部９の土中深さが所定深さとなると、制御部３５はそのことを第１傾斜角センサ５６と第２傾斜角センサ５７とからの信号により検出して、油圧シリンダ２２による回転フレーム１７の回転を停止させる。この状態では、上述したようにゲージ輪８により走行フレーム６の地表に対する高さ位置が最適となるように調整してあるので、チゼル部９の土中深さも最適な測定深度に設定されることとなる。

このように、本実施例では操作者は操作表示部５３にチゼル部９の下降指令を与えるだけで、トラクタ３の運転操作や３点リンク２の下降操作に習熟していなくても、走行フレーム６を静止させた状態のまま容易にチゼル部９を地上の上昇位置Ａから土中の下降位置Ｂへ移動させることができる。
そしてこの際、上記回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の先端９ａとの距離Ｌ１と、回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の後端９ｂとの距離Ｌ２とが略同一となるように設定してあるので、それらチゼル部９の先端９ａと後端９ｂとは共に同一円弧Ｐ上を移動するようになる。そのため、土壌が観測空間３４に侵入することがなく、その侵入による計測部３３の破損を防止できる。
他方、チゼル部９の後端９ｂが上記円弧Ｐよりも半径方向外方に突出している場合には、チゼル９の先端９ａで掘削した円弧Ｐの外側にチゼル９の後端９ｂが通過するようになるため、該チゼル９の後端９ｂが地面を掘削することになり、その結果、観測空間３４に土壌が侵入するようになる。そして観測空間３４に土壌が侵入すると、土壌観測面３０と照明用光ファイバ４０，４１や可視近赤外集光ファイバ４４等の間隔Ｄが変化して正確な計測データの取得ができず、またガラス窓４７や計測部３３を破損する恐れが生ずる。

上述した場合とは逆に、チゼル部９の後端９ｂが上記円弧Ｐよりも半径方向内方に位置している場合には、土中貫入動作に際して、チゼル９の後端９ｂが地面を掘削することはなく、観測空間３４への土壌侵入はない。
しかしながら、チゼル部９の先端９ａと後端９ｂとの長さは、土中貫入部２８や計測部３３を設ける関係で所要の長さが必要となるので、その長さを一定とした場合には、回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の先端９ａとの距離を上述した距離Ｌ１よりも大きくせざるを得ない。
その結果、チゼル９の先端９ａはより深く土壌を掘削する必要が生じるようになり、一般に土壌は深い方が硬度が大きく、また石などの存在する確率が大きいため、余計な仕事量を要し、装置への負荷が大きくなる恐れがある。
これに対し、上述したように上記回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の先端９ａとの距離Ｌ１と、回転フレーム１７の回転中心Ｏとチゼル部９の後端９ｂとの距離Ｌ２とが略同一となるように設定してあれば、チゼル９の先端９ａが土壌を掘削する深さを最小なものとすることができ、それによって装置への負荷を低減して耐久性の向上を図ることができる。

上述したようにしてチゼル部９を地上の上昇位置Ａから土中の下降位置Ｂへ移動させたら、操作者はトラクタ３を運転して土壌特性測定装置１を牽引走行させれば、制御部３５は計測部３３から種々の土壌データを取得するとともに、その土壌データを取得した位置の情報をＧＰＳアンテナ１４から取得してそれらを順次記録していく。
この際、従来のように穴を掘ることなく、測定開始位置から走行フレーム６の走行を開始させることにより、直ちに土壌の測定を開始することができるので、穴を掘る労力や時間を必要とせずに、測定不能な土地が発生するのを可及的に防止することができる。

そして、上記トラクタ３を運転して土壌特性測定装置１を圃場の一側から他側に牽引して該土壌特性測定装置１の走行を停止させたら、上記操作表示部５３にチゼル部９の上昇指令を与えてチゼル部９を下降位置Ｂから上昇位置Ａに移動させる。
次にこの状態で、トラクタ３及び土壌特性測定装置１をＵターンさせて再び土壌特性測定装置１を新たな測定開始位置に位置させれば、以後は上述したのと同様な操作を繰り返して、圃場の全域の土壌を測定することができる。

なお上記実施例では、上記回転フレーム１７又はチゼル部９の重力方向に対する傾斜角度を検出する第１傾斜角センサ５６とトラクタ３の重力方向に対する傾斜角度を検出する第２傾斜角センサ５７とによって、上記回転フレーム１７又はチゼル部９の傾斜角度を検出する検出手段を構成しているが、これに限定されるものではなく、種々の構成の検出手段を用いることができる。
また回転駆動機構として油圧シリンダ２２を用いているが、やはりこれに限定されるものではない。
さらに、上記実施例では、ビーム１９は回転フレーム１７を介して回転するようになっているが、ビーム１７を回転フレームとして直接軸１８に接続しても良い。

本発明の実施例を示す側面図。 図１の平面図。 図１の部分拡大側面図。 図３の右側面図。 図３におけるチゼル部９の作動状態を示す側面図。 チゼル部９の拡大断面図。

符号の説明

１ 土壌特性測定装置 ３ トラクタ
６ 走行フレーム ９ チゼル部
９ａ 先端 ９ｂ 後端
１７ 回転フレーム １８ 軸
２２ 油圧シリンダ（回転駆動手段） ２８ 土中貫入部
３０ 土壌観測面 ３５ 制御部
５６ 第１傾斜角センサ ５７ 第２傾斜角センサ

Claims (4)

1. 走行フレームと、この走行フレームに設けたチゼル部と、このチゼル部に設けられて土壌の特性を測定する計測部とを備え、上記走行フレームを地上で走行させるとともに、上記チゼル部を土中で進行させることにより、該チゼル部の計測部で土壌の特性を測定するようにした土壌特性測定装置において、
   上記チゼル部を回転フレームに設けるとともに、この回転フレームを上記走行フレームに、該走行フレームを静止させた状態で、上記チゼル部が地表よりも上方となる上昇位置と土中となる下降位置とに揺動自在に取付けたことを特徴とする土壌特性測定装置。
2. 上記回転フレームの回転中心とチゼル部の先端との距離と、回転フレームの回転中心とチゼル部の後端との距離とを略同一となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の土壌特性測定装置。
3. 上記回転フレームを回転させる回転駆動機構を設け、この回転駆動機構により回転フレームを上記上昇位置と下降位置との間で揺動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の土壌特性測定装置。
4. 上記走行フレームを牽引するトラクタと、上記回転フレーム又はチゼル部の重力方向に対する傾斜角度を検出する第１傾斜角センサと、上記トラクタの重力方向に対する傾斜角度を検出する第２傾斜角センサと、該第１傾斜角センサと第２傾斜角センサの信号により回転駆動機構を制御する制御部とを備えており、上記制御部は、第２傾斜角センサによりトラクタの傾斜を検出するとともにその検出値に基づいて第１傾斜角センサの信号値を補正して、チゼル部の傾きとトラクタの傾きが等しくなるように制御することを特徴とする請求項３に記載の土壌特性測定装置。

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