RU2537908C2 - Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion - Google Patents

Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion Download PDF

Info

Publication number
RU2537908C2
RU2537908C2 RU2013111641/13A RU2013111641A RU2537908C2 RU 2537908 C2 RU2537908 C2 RU 2537908C2 RU 2013111641/13 A RU2013111641/13 A RU 2013111641/13A RU 2013111641 A RU2013111641 A RU 2013111641A RU 2537908 C2 RU2537908 C2 RU 2537908C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
sensor
measuring unit
measuring
knife
Prior art date
Application number
RU2013111641/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013111641A (en
Inventor
Игорь Петрович Ананьев
Виктор Семенович Зубец
Андрей Валерьевич Белов
Эдуард Васильевич Кувалдин
Анатолий Романович Кулибаба
Юрий Викторович Завитков
Юрий Игоревич Блохин
Original Assignee
Государственное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ Россельхозакадемии)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ Россельхозакадемии) filed Critical Государственное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ Россельхозакадемии)
Priority to RU2013111641/13A priority Critical patent/RU2537908C2/en
Publication of RU2013111641A publication Critical patent/RU2013111641A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537908C2 publication Critical patent/RU2537908C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: device relates to the field of agriculture, in particular to the technologies of precision agriculture. The device comprises a bearing frame connected to the means of moving on the field, a support element mounted on the frame and determining its position above the ground, the knife-milling chisel plough placed on a frame, creating longitudinal slit channel in the soil during motion, a measuring unit with the measuring sensors, made elongated along the direction of motion, of the same thickness with the knife-milling chisel plough and mounted behind it in the direction of motion, the assembly of stepped depth adjustment of the position of the measuring unit in the longitudinal slit channel when moving on the field, the assembly of protection of the measuring unit from damage by collision of the knife-milling chisel plough to the obstacles, the control unit of measurements, collection and conversion of the measurement information, the on-board computer and the receiver of the geopositioning system for registering measurement information and mapping. And the housing of the measuring unit is made in the form of a monolithic metal plate with a pointed and bevelled downwards and backwards frontal anterior edge and is fixedly connected to the bearing frame by the front and rear racks. The sensors are embedded in the measuring unit and located on its side walls along the common straight line with the same depth of location of the sensing elements from the soil surface. The support element is made in the form of a support skid located under the measurement unit, pivotally connected with the rack mounted on the bearing frame. And this rack is mounted on the bearing frame with the ability of a stepped change in the given distance between the sole of the support skid and the straight horizontal line with the same depth of location of the sensing elements in the measuring unit from the soil surface. The said knife-milling chisel plough mounted on the frame in front of the measuring unit, has an axial connection with the frame, ensuring the formation of a common vertical longitudinal plane of symmetry with the measuring unit and made with the ability to control the angular position of the knife-milling chisel plough in this plane. The knife with the cutting edge has a length that ensures creation of the slit channel in the soil with the depth enough for embedding the measuring unit until it stops of the support skid on the surface of the soil at any given distance between the sole of the skid and the horizontal line of position of the sensors and any specified angle of the knife-milling chisel plough mounting. The upper end part of the knife-milling chisel plough, located on the other side of the axial connection, is fixed by the safety shear bolt in the assembly of stepped fixing of the angular position of the knife-milling chisel plough located on the frame, and this assembly is equipped with a stop for fixing the position of the blade of the knife-milling chisel plough along the frontal measuring unit when collision to the stone and cutting the safety shear bolt, moreover, to retain the measuring unit in the vertical plane of symmetry coinciding with the direction of movement of the device. The bearing frame is provided with a rigid drawbar to connect with the vehicle for motion on the field.
EFFECT: unit provides measurement efficiency of agrotechnological characteristics.
17 cl, 24 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а точнее - к технологиям точного земледелия и поддержания продуктивности агроэкосистем, и представляет собой устройство, предназначенное для непрерывного внутрипочвенного измерения агротехнологических характеристик почвы в пахотном слое, таких как влажность, электропроводность, температура, сопротивление горизонтальной пенетрации, оптических отражательных характеристик в видимом и ближнем инфракрасном спектре и других, в процессе движения по полю (on-the-go), при сочленении устройства с трактором или другим средством передвижения. Получаемая с помощью устройства измерительная информация необходима для определения пространственной и временной вариабельности агротехнологических характеристик полей и построения электронных карт полей по измеряемым характеристикам почвы, что служит основой для принятия управленческих решений в технологиях точного земледелия и поддержания продуктивности агроэкосистем. Использование в устройстве приемника системы геопозиционирования (GPS или ГЛОНАСС) дает возможность построения электронных карт полей в реальном времени в процессе движения по полю (то есть в режиме on-line). Периодическое проведение измерений с заданными временными интервалами на обследуемых полях с помощью заявляемого устройства позволяет получать данные о динамике изменения агротехнологических характеристик почвы.The invention relates to agriculture, and more specifically to the technology of precision farming and maintaining the productivity of agroecosystems, and is a device designed for continuous intra-soil measurement of agro-technological characteristics of the soil in the arable layer, such as moisture, electrical conductivity, temperature, horizontal penetration resistance, optical reflective characteristics in the visible and near infrared spectrum and others, in the process of moving across the field (on-the-go), when connecting the device to the track torus or other means of transportation. The measurement information obtained with the device is necessary to determine the spatial and temporal variability of the agrotechnological characteristics of the fields and build electronic field maps from the measured characteristics of the soil, which serves as the basis for making management decisions in precision farming technologies and maintaining the productivity of agroecosystems. Using a geographic system (GPS or GLONASS) in the receiver’s device makes it possible to build electronic field maps in real time while moving around the field (that is, on-line). Periodic measurements at predetermined time intervals on the surveyed fields using the inventive device allows to obtain data on the dynamics of changes in the agrotechnological characteristics of the soil.

Устройства для внутрипочвенного измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении обеспечивают получение измерительной информации от участков почвы, непосредственно прилегающих к чувствительным элементам датчиков устройства, перемещаемым в пахотном слое, что дает преимущества по сравнению с бесконтактными и дистанционными устройствами в точности измерения характеристик по глубине почвы, где расположена корневая система растений, и соответственно, в точности электронного картирования полей по измеряемым характеристикам, увеличивая эффективность технологий точного земледелия и поддержания продуктивности агроэкосистем, использующих эту измерительную информацию.Devices for intra-soil measurement of the agrotechnological characteristics of the arable layer of soil in motion provide measurement information from sections of soil directly adjacent to the sensitive elements of the device’s sensors moving in the arable layer, which gives advantages, compared with non-contact and remote devices, in the accuracy of measuring characteristics along the soil depth, where is the root system of plants, and accordingly, in the accuracy of electronic mapping of fields characteristics, increasing the effectiveness of precision agriculture technologies and maintain the productivity of agro-ecosystems, using the measurement information.

Известны устройства для гальванического контактного измерения электропроводности (либо удельного электрического сопротивления) пахотного слоя почвы в движении, содержащие буксируемую за трактором, автомобилем или мотоблоком раму с дисковыми электродами, находящимися в контакте с почвой и пассивно вращающимися при движении вокруг осей, перпендикулярных к направлению движения. В устройстве [1. Veris® Quard EC1000 - Veris Techologies, Inc. (Канзас, США), http://www.veristech.com] используется колесная рама, на которой вдоль общей оси, перпендикулярной направлению движения, на подпружиненных рычагах установлены четыре электрически изолированных пассивно вращающихся дисковых электрода, находящихся в контакте с почвой. Дисковые электроды подключены к четырехэлектродной схеме измерения проводимости, работающей на частоте 150 Гц, при этом наружные диски служат токовыми электродами, а внутренние - выходными потенциальными, напряжение на которых является мерой проводимости, связанной расчетным соотношением с электропроводностью почвы. Глубина измерения определяется расстояниями между дисковыми электродами. В другой реализации устройства (Veris 3100, [1]) для определения электропроводности на двух уровнях глубины в почве (30 см и 91 см) оно снабжено дополнительной парой потенциальных дисков, разнесенных на большее расстояние (за пределы опорных колес). В аналогичном устройстве [2. Кошелев А.А., Щербаков С.И. Методы и средства измерения удельной электрической проводимости почв и их практическое применение в точном земледелии. - Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве. Сборник докладов X международной научно-практической конференции (16-17 сентября 2008 г., г.Углич). Часть 2, с.588, рис.4] используется шесть подпружиненных дисковых электродов, пассивно вращающихся вокруг осей, ортогональных направлению движения и равно удаленных друг от друга на расстояние 31 см для измерения электропроводности на двух уровнях глубины.Known devices for galvanic contact measurement of electrical conductivity (or electrical resistivity) of the arable soil layer in motion, containing a frame towed behind a tractor, car or walk-behind tractor with disk electrodes in contact with the soil and passively rotating when moving around axes perpendicular to the direction of movement. In the device [1. Veris® Quard EC1000 - Veris Techologies, Inc. (Kansas, USA), http://www.veristech.com] a wheel frame is used on which four electrically isolated passively rotating disk electrodes in contact with the soil are mounted on the spring levers along a common axis perpendicular to the direction of movement. The disk electrodes are connected to a four-electrode conductivity measuring circuit operating at a frequency of 150 Hz, while the outer disks serve as current electrodes, and the internal disks serve as potential electrodes, the voltage on which is a measure of conductivity associated with the calculated ratio to the soil conductivity. The depth of measurement is determined by the distances between the disk electrodes. In another implementation of the device (Veris 3100, [1]) for determining the electrical conductivity at two depth levels in the soil (30 cm and 91 cm), it is equipped with an additional pair of potential disks spaced a greater distance (outside the support wheels). In a similar device [2. Koshelev A.A., Scherbakov S.I. Methods and means of measuring the electrical conductivity of soils and their practical application in precision farming. - Automation and information support of production processes in agriculture. Collection of reports of the X international scientific-practical conference (September 16-17, 2008, Uglich). Part 2, p.588, Fig. 4] uses six spring-loaded disk electrodes passively rotating around axes orthogonal to the direction of movement and equally spaced 31 cm apart from each other to measure electrical conductivity at two depth levels.

В также известном устройстве для гальванического контактного измерения электропроводности почвы в движении [3. Geocarta ARP - компания Geocarta (Париж, Франция), http://www.geocarta.net] за мотоблоком буксируется колесная рама, на которой на четырех отдельных разнесенных осях, перпендикулярных направлению движения, установлены четыре пары дисковых (с зубцами) пассивно вращающихся при движении электродов. При этом первой по направлению движения расположена ось с возбуждающими токовыми электродами, за ней установлена ось с потенциальными выходными электродами для измерения электропроводности на глубине 0,5 м. Далее следует ось с электродами для измерения электропроводности на глубине 1 м, и последняя ось с электродами служит для измерения электропроводности на глубине 2 м. Расстояние второй, третьей и четвертой осей от оси с возбуждающими электродами, а также расстояние между электродами на этих осях заданы из расчета получения максимального сигнала от электропроводности почвы на глубинах 0,5 м, 1 м и 2 м. Частота измерительного тока равна 220 Гц.In also a known device for galvanic contact measurement of the electrical conductivity of the soil in motion [3. Geocarta ARP - Geocarta company (Paris, France), http://www.geocarta.net] behind the walk-behind tractor the wheel frame is towed, on which four pairs of disc (with teeth) passively rotating are mounted on four separate spaced axes perpendicular to the direction of movement the movement of the electrodes. The axis with exciting current electrodes is the first in the direction of movement, followed by the axis with potential output electrodes for measuring electrical conductivity at a depth of 0.5 m. The axis with electrodes for measuring electrical conductivity at a depth of 1 m follows, and the last axis with electrodes serves for measuring electrical conductivity at a depth of 2 m. The distance of the second, third and fourth axes from the axis with the exciting electrodes, as well as the distance between the electrodes on these axes, are set on the basis of obtaining the maximum signal from the electrical conductivity of the soil at depths of 0.5 m, 1 m and 2 m. The frequency of the measuring current is 220 Hz.

В Потсдамском университете (Германия) разработано устройство для контактного измерения в движении удельного электрического сопротивления почв Geophilus electricus, содержащее пару катящихся возбуждающих дисковых электродов, установленных с возможностью вращения на поперечной к направлению движения буксирующего средства оси на расстоянии 1 м друг от друга, и пять пар идентичных измерительных электродов, оси которых разнесены на фиксированное расстояние 0,5 м от оси возбуждающих электродов и друг от друга в направлении движения. Geophilus electricus использует четыре измерительных частоты в диапазоне 1 миллигерц - 1 килогерц и способен измерять амплитуду и фазу напряжений на пяти парах измерительных электродов одновременно. Использование пяти пар электродов и четырех измерительных частот дает более детальную информацию о вертикальной структуре почвы и о слоях внутри исследуемого диапазона глубин 0-2 м [4. Е. Lueck, J. Ruehlmann. Resistivity mapping with GEOPHILUS ELECTRICUS - information about lateral and vertical soil heterogeneity. The Second Global Workshop on Proximal Soil Sensing - Montreal 2011. http://bse.unl.edu/adamchuk/gwpss/Papers/GWPSS_2011_Lueck.pdf].A device for contact measurement in motion of the electrical resistivity of soils Geophilus electricus has been developed at the University of Potsdam (Germany), containing a pair of rolling exciting disk electrodes mounted rotatably on the axis transverse to the direction of movement of the towing means and 1 meter apart, and five pairs identical measuring electrodes, the axes of which are spaced a fixed distance of 0.5 m from the axis of the exciting electrodes and from each other in the direction of movement. Geophilus electricus uses four measuring frequencies in the range of 1 millihertz - 1 kilohertz and is capable of measuring the amplitude and phase of voltages on five pairs of measuring electrodes simultaneously. The use of five pairs of electrodes and four measuring frequencies gives more detailed information about the vertical structure of the soil and about the layers within the investigated range of depths 0-2 m [4. E. Lueck, J. Ruehlmann. Resistivity mapping with GEOPHILUS ELECTRICUS - information about lateral and vertical soil heterogeneity. The Second Global Workshop on Proximal Soil Sensing - Montreal 2011. http://bse.unl.edu/adamchuk/gwpss/Papers/GWPSS_2011_Lueck.pdf].

Описанные устройства контактного гальванического измерения электропроводности почв [1-4] используются для картирования пространственной неоднородности структуры почв, определяемой соотношением содержания песка, мелкозема и глины (песок имеет сравнительно низкую электропроводность, мелкозем - среднюю, глина - высокую вследствие возрастания контактной проводимости с уменьшением размера частиц), при этом глубина и ширина канала зондирования определяется разнесением токовых и измерительных электродов и составляет от 0,3 до единиц метров. Достоинством этих устройств является высокая производительность при картировании электропроводности за счет достаточно большого пространственного разнесения измерительных электродов, а также хорошая естественная защита от поломок при наезде на препятствия (камни в почве) благодаря круглой форме пассивно вращающихся дисковых электродов и небольшой глубине погружения в почву нижней кромки дисков при движении устройства по полю. Однако измеряемая этими устройствами электропроводность является интегральным показателем, зависящим как от структуры почв, так и от объемного влагосодержания, количества растворенных элементов минерального питания, кислотности почв. Измерение только одного параметра - электропроводности почвы, без отдельного измерения объемного влагосодержания не позволяет оценить количество растворенных элементов минерального питания, которое является важной агротехнологической характеристикой почв. Кроме того, устройства [1-4] не предназначены для измерения электропроводности почвы на заданной глубине внутри пахотного слоя почвы, что важно для технологий точного земледелия.The described devices for contact galvanic measurement of soil electrical conductivity [1-4] are used to map the spatial heterogeneity of the soil structure, determined by the ratio of the content of sand, fine earth and clay (sand has a relatively low electrical conductivity, fine earth is medium, clay is high due to an increase in contact conductivity with decreasing particle size ), while the depth and width of the sensing channel is determined by the spacing of the current and measuring electrodes and ranges from 0.3 to units of meters. The advantage of these devices is their high performance in mapping conductivity due to a sufficiently large spatial separation of the measuring electrodes, as well as good natural protection against breakdowns when hitting obstacles (stones in the soil) due to the round shape of passively rotating disk electrodes and a shallow depth of immersion in the soil of the lower edge of the disks when the device moves across the field. However, the electrical conductivity measured by these devices is an integral indicator, depending both on the soil structure and on the volumetric moisture content, the amount of dissolved mineral nutrition elements, and soil acidity. The measurement of only one parameter - the electrical conductivity of the soil, without a separate measurement of the volumetric moisture content does not allow us to estimate the amount of dissolved elements of mineral nutrition, which is an important agrotechnological characteristic of soils. In addition, the devices [1-4] are not designed to measure the electrical conductivity of the soil at a given depth inside the arable layer of the soil, which is important for precision farming technologies.

Измерение электропроводности почв в описанных устройствах [1-4] производят на низких частотах измерительного тока, указанных выше, для которых составляющая токов смещения, обусловленная диэлектрической проницаемостью почвы, ничтожно мала по сравнению с токами проводимости, используемыми для измерения электропроводности почв. В то же время известны устройства, работающие на высоких частотах измерительного тока 10-100 МГц, для измерения действительного ε' и мнимого ε'' компонентов комплексной диэлектрической проницаемости ε ˙

Figure 00000001
(КДП) почв:The conductivity of soils in the described devices [1-4] is measured at the low frequencies of the measuring current indicated above, for which the component of the bias currents due to the dielectric constant of the soil is negligible compared to the conductivity currents used to measure the conductivity of soils. At the same time, devices are known operating at high frequencies of a measuring current of 10-100 MHz for measuring the real ε 'and imaginary ε''components of the complex dielectric constant ε ˙
Figure 00000001
(KDP) soils:

ε ˙ = ε ' -j ε ' ' ,                                                       (1)

Figure 00000002
ε ˙ = ε '' -j ε '' '' , (one)
Figure 00000002

где действительный компонент ε' комплексной диэлектрической проницаемости ε ˙

Figure 00000001
характеризует способность вещества обратимо поляризоваться в электрическом поле, а мнимый компонент КДП ε'' (фактор потерь) характеризует необратимые тепловые потери при поляризации и связан с электропроводностью почв σ соотношением:where the real component ε 'of the complex permittivity ε ˙
Figure 00000001
characterizes the ability of a substance to reversibly polarize in an electric field, and the imaginary component of the KDP ε '' (loss factor) characterizes irreversible heat loss during polarization and is associated with the soil electrical conductivity σ by the ratio:

ε ' ' = σ /( ω ε 0 ),                                                   (2)

Figure 00000003
ε '' '' = σ / ( ω ε 0 ), (2)
Figure 00000003

где ω - круговая частота электромагнитного поля, ε0=8,854·10-12 Ф/м - электрическая постоянная. Два компонента ε' и ε'' КДП, а также σ почв определяют по электрической емкости СПИП, проводимости GПИП и частоте тока питания ω емкостного датчика (первичного измерительного преобразователя), введенного в почву, по соотношениям:where ω is the circular frequency of the electromagnetic field, ε 0 = 8.854 · 10 -12 F / m is the electric constant. The two components ε 'and ε''of the KDP, as well as σ of the soils, are determined by the electric capacitance C PIP , conductivity G PIP and the frequency of the supply current ω of the capacitive sensor (primary measuring transducer) introduced into the soil, according to the ratios:

ε ' = C П И П ε 0 К П , ε ' ' = G П И П ω ε 0 K П , σ = G П И П К П , ( 3 )

Figure 00000004
ε '' = C P AND P ε 0 TO P , ε '' '' = G P AND P ω ε 0 K P , σ = G P AND P TO P , ( 3 )
Figure 00000004

где KП - геометрическая постоянная емкостного датчика.where K P is the geometric constant of the capacitive sensor.

Проведенные к настоящему времени исследования диэлектрических свойств почв в диапазоне частот от низких до 100 МГц показывают, что на частотах выше 10 МГц можно пренебречь влиянием двойного электрического слоя на контактах измерительных электродов с почвой на результаты измерений, при этом действительный компонент ε' КДП является возрастающей функцией объемного влагосодержания почвы θ (зависящей также от вида почвы), а электропроводность почвы σ близка к значениям, измеряемым четырехэлектродным методом измерения электропроводности на низких частотах, используемым в описанных выше устройствах [1-4]. Таким образом, одновременное измерение компонента ε' КДП и электропроводности σ на одной частоте измерений ω (двухкомпонентная диэлькометрия) позволяет определить как объемное влагосодержание, так и электропроводность почвы с помощью одного емкостного датчика. Важным преимуществом одновременного измерения ε' и σ является возможность вычисления по ним электропроводности почвенной воды, являющейся мерой растворенных в почве элементов минерального питания, доступных корневой системе растений (например, по модели Хилхорста: [5. Hilhorst M.A. A pore water conductivity sensor. Soil Sci. Soc. Am. J., 2000, Vol.64, No.6, p.1922-1925]. Это важно для управления режимом питания растений и внесения удобрений.To date, studies of the dielectric properties of soils in the frequency range from low to 100 MHz show that at frequencies above 10 MHz, the influence of the double electric layer at the contacts of the measuring electrodes with the soil on the measurement results can be neglected, while the actual component ε 'of the CDP is an increasing function volumetric moisture content of the soil θ (which also depends on the type of soil), and the electrical conductivity of the soil σ is close to the values measured by the four-electrode method of measuring electrical conductivity on izkih frequencies used in devices [1-4] described above. Thus, the simultaneous measurement of the ε 'component of the KDP and electrical conductivity σ at the same measurement frequency ω (two-component dielcometry) makes it possible to determine both the volumetric moisture content and the electrical conductivity of the soil using a single capacitive sensor. An important advantage of the simultaneous measurement of ε 'and σ is the ability to calculate the electrical conductivity of soil water, which is a measure of the mineral nutrients dissolved in the soil that are accessible to the plant root system (for example, according to the Hilhorst model: [5. Hilhorst MA A pore water conductivity sensor. Soil Sci Soc. Am. J., 2000, Vol.64, No.6, p.1922-1925]. This is important for managing plant nutrition and fertilizing.

Известно устройство для одновременного измерения объемного влагосодержания, электропроводности и температуры почв на основе двухкомпонентной диэлькометрии, предназначенное для точечных полевых измерений и имеющее емкостной датчик в виде трехштыревого зонда с центральным потенциальным и двумя боковыми корпусными электродами [6. User Manual for the WET Sensor type WET-2. WET-UM-1.4. Delta-T Devices Ltd. http://www.delta-t.co.uk]. Термочувствительный элемент вмонтирован в потенциальный электрод. Устройство содержит автогенератор с фиксированной рабочей частотой 20 МГц, к выходу которого подключен емкостный датчик. Для раздельного измерения действительного компонента КДП ε' (по которому определяют объемное влагосодержание почвы) по емкости датчика CПИП и электропроводности почвы σ по проводимости датчика GПИП устройство построено по принципу векторного вольтметра с фазовым разделением активной и реактивной составляющих импеданса емкостного датчика. Устройство предназначено для точечных полевых измерений влагосодержания почв при маршрутном обследовании полей, при этом глубина измерения варьируется от измерения поверхностного слоя почвы до глубины порядка одного метра при использовании бура для предварительного бурения скважины, в дно которой вводят электроды датчика. Оно может также использоваться для стационарных измерений динамики измеряемых параметров в составе агрометеорологической станции при постоянной установке на заданной глубине в почве. Однако это устройство не предназначено для непрерывного измерения диэлектрических свойств почв в движении.A device for simultaneous measurement of volumetric moisture content, electrical conductivity and soil temperature based on two-component dielcometry, designed for point field measurements and having a capacitive sensor in the form of a three-pin probe with a central potential and two side housing electrodes [6. User Manual for the WET Sensor type WET-2. WET-UM-1.4. Delta-T Devices Ltd. http://www.delta-t.co.uk]. The thermosensitive element is mounted in a potential electrode. The device contains an oscillator with a fixed operating frequency of 20 MHz, the output of which is connected to a capacitive sensor. To separately measure the actual component of the KDP ε '(by which the volumetric moisture content of the soil is determined) by the capacitance of the PIP sensor C and the soil electrical conductivity σ by the conductivity of the G PIP sensor, the device is constructed according to the principle of a vector voltmeter with phase separation of the active and reactive components of the capacitance sensor impedance. The device is intended for point-by-field field measurements of soil moisture content during route inspection of fields, and the measurement depth varies from measuring the surface soil layer to a depth of the order of one meter when using a drill for preliminary drilling of a well into the bottom of which sensor electrodes are introduced. It can also be used for stationary measurements of the dynamics of the measured parameters as part of an agrometeorological station with constant installation at a given depth in the soil. However, this device is not intended for continuous measurement of the dielectric properties of soils in motion.

Известно устройство для измерения объемного влагосодержания почвы в движении с помощью емкостного диэлькометрического датчика, установленного с тыльной стороны вертикального ножа-щелереза на диэлектрической пластине. Нож-щелерез смонтирован на задней навеске трактора и снабжен опорным колесом, задающим глубину погружения датчика в почву при его движении в щели, создаваемой ножом-щелерезом при перемещении трактора по полю. Датчик имеет электроды в виде трех параллельных планарных полос, установленных в вертикальной плоскости и вытянутых вдоль направления движения (центральный электрод - потенциальный, верхний и нижний - корпусные), и включен в автогенераторную схему измерения, частота автоколебаний которой составляет 12,7 МГц для влажной почвы и 18,9 МГц для сухой [6. V.I. Adamchuk, C.R. Hempleman, D.G. Jahraus. On-the-go capacitance sensing of soil water content. An ASABE meeting presentation. Paper number: MC09-201, p.3, fig.1 (2009 ASABE Mid-Central Conference, Ames, Iowa, April 4-5, 2009). 7. В.И. Адамчук. Точное земледелие: какой в этом смысл? Журнал: Питание растений, 2011, №1, с.3, рис.2]. Достоинством устройства является возможность непрерывного контактного измерения влажности почвы на заданной глубине в пахотном слое почвы при движении трактора по полю, недостатком - отсутствие защиты датчика от поломки при наезде ножа-щелереза на камни. Кроме того, в датчике и измерительном устройстве не реализована возможность одновременного измерения влажности и электропроводности почвы емкостным датчиком с использованием принципов двухкомпонентной диэлькометрии, что позволило бы проводить оценку и картировать содержание растворенных элементов минерального питания в пахотном слое почвы.A device for measuring the volumetric moisture content of the soil in motion using a capacitive dielcometric sensor mounted on the back of a vertical slit-knife on a dielectric plate. The slit knife is mounted on the rear linkage of the tractor and is equipped with a support wheel that sets the immersion depth of the sensor in the soil when it moves in the slit created by the slit knife when the tractor moves across the field. The sensor has electrodes in the form of three parallel planar strips installed in a vertical plane and elongated along the direction of movement (the central electrode is potential, upper and lower are body), and is included in the self-generating measurement circuit, the self-oscillation frequency of which is 12.7 MHz for moist soil and 18.9 MHz for dry [6. V.I. Adamchuk, C.R. Hempleman, D.G. Jahraus. On-the-go capacitance sensing of soil water content. An ASABE meeting presentation. Paper number: MC09-201, p.3, fig. 1 (2009 ASABE Mid-Central Conference, Ames, Iowa, April 4-5, 2009). 7. V.I. Adamchuk. Precision farming: what's the point? Journal: Plant Nutrition, 2011, No. 1, p. 3, Fig. 2]. The advantage of the device is the possibility of continuous contact measurement of soil moisture at a given depth in the arable soil layer when the tractor moves across the field, the disadvantage is the lack of protection of the sensor from breakage when the knife creep on stones. In addition, the sensor and the measuring device did not realize the possibility of simultaneously measuring soil moisture and electrical conductivity with a capacitive sensor using the principles of two-component dielcometry, which would make it possible to evaluate and map the content of dissolved mineral nutrition elements in the arable soil layer.

Для определения температурно-влажностного состояния пахотного слоя почвы на полях, особенно при определении сроков сева, необходимо производить внутрипочвенное измерение температуры в движении. Известен датчик для измерения в движении в реальном времени и картирования параметров почвы (RTSS - real time soil sensor), включающий инфракрасный датчик температуры [8. М. Kodaira, S. Shibusawa, К. Ninomiya. Dozen parameters soil mapping using the real-time soil sensor. - 10-th International Conference on Precision Agriculture. July 18-21, 2010. Denver. Colorado. USA. http://s3.amazonaws.com/zanran_storage/www.icpaonline.org/ContentPages/116510321.pdf]. Датчик RTSS имеет установленный на тракторе пенетратор и снабжен механизмом для установки нижней грани пенетратора и измерения отражательной способности почвы на глубинах от 0,05 до 0,35 м с шагом 0,05 м. При движении трактора наконечник и нижняя горизонтальная грань пенетратора обеспечивают резание почвы и создают за ним канал с плоской выровненной горизонтальной поверхностью, совпадающей с нижней гранью пенетратора. Над этой поверхностью установлены излучатель и приемник для измерения отражательной способности почвы, а также радиационный термометр, использующий ближнюю инфракрасную область спектра. Достоинством инфракрасного термометра является малая инерционность, что важно при измерении в движении, однако его показания существенно зависят от отражательной способности почвы, что приводит к большой погрешности измерения температуры.To determine the temperature and humidity state of the arable layer of soil in the fields, especially when determining the timing of sowing, it is necessary to perform intra-soil temperature measurement in motion. A known sensor for measuring in motion in real time and mapping parameters of the soil (RTSS - real time soil sensor), including an infrared temperature sensor [8. M. Kodaira, S. Shibusawa, K. Ninomiya. Dozen parameters soil mapping using the real-time soil sensor. - 10th International Conference on Precision Agriculture. July 18-21, 2010. Denver. Colorado USA http://s3.amazonaws.com/zanran_storage/www.icpaonline.org/ContentPages/116510321.pdf]. The RTSS sensor has a penetrator mounted on the tractor and is equipped with a mechanism for setting the bottom edge of the penetrator and measuring the reflectivity of the soil at depths from 0.05 to 0.35 m in increments of 0.05 m. When the tractor moves, the tip and lower horizontal edge of the penetrator provide soil cutting and create a channel behind it with a flat, aligned horizontal surface that coincides with the bottom face of the penetrator. Above this surface, a transmitter and receiver are installed to measure the reflectivity of the soil, as well as a radiation thermometer using the near infrared region of the spectrum. The advantage of an infrared thermometer is its low inertia, which is important when measuring in motion, but its readings significantly depend on the reflectivity of the soil, which leads to a large error in temperature measurement.

Важной агротехнологической характеристикой почв является твердость почвы, которую определяют путем вдавливания в почву деформирующего элемента (пенетратора) с малой постоянной скоростью, измерением силы вдавливания и вычислением отношения силы вдавливания к площади поперечного сечения деформирующего элемента в направлении вдавливания. Это отношение, выражаемое в единицах давления, называется твердостью почвы, или сопротивлением пенетрации, или механическим сопротивлением почвы. Твердость почвы определяет режимы ее обработки сельскохозяйственными орудиями. Высокая твердость почвы угнетает развитие корневой системы растений, снижает фильтрацию и движение питательных веществ в почве, ухудшает воздушный режим почвы. Общепринятым методом измерения твердости почвы является вертикальное вдавливание в почву конусного наконечника с заданным углом при вершине и заданной площадью поперечного сечения, измерение силы вдавливания и вычисление давления при вдавливании. Потребность в непрерывном измерении в движении твердости почвы и построении карт твердости почвы привела к созданию горизонтальных измерителей твердости почвы - горизонтальных пенетрометров.An important agrotechnological characteristic of soils is the hardness of the soil, which is determined by pressing a deforming element (penetrator) into the soil with a low constant speed, measuring the indentation force and calculating the ratio of the indentation force to the cross-sectional area of the deforming element in the indentation direction. This ratio, expressed in units of pressure, is called soil hardness, or penetration resistance, or soil mechanical resistance. The hardness of the soil determines the modes of its processing by agricultural implements. High soil hardness inhibits the development of the root system of plants, reduces the filtration and movement of nutrients in the soil, and worsens the air regime of the soil. A common method for measuring soil hardness is vertical indentation of a cone tip with a given angle at the apex and a given cross-sectional area, measurement of the force of indentation and calculation of pressure during indentation. The need for continuous measurement of the movement of soil hardness and the construction of soil hardness maps has led to the creation of horizontal soil hardness testers - horizontal penetrometers.

Известно устройство для непрерывного определения в движении твердости почвы [9. Авт. свид. СССР №397847. Прибор для непрерывного определения твердости почвы, заявл. 30.07.1971, опубл. 17.09.1973, МПК G01N 33/24], содержащее буксируемую за трактором тележку с полозьями и деформирующий элемент (пенетратор), который выполнен в виде конусного наконечника и установлен горизонтально в нижней части тензометрической стойки, закрепленной на раме тележки через жесткий шарнирный четырехзвенный механизм, связанный с винтовой регулировочной тягой, задающей глубину положения конусного деформирующего элемента в почве. В верхней части тензометрической стойки наклеены тензометрические датчики, регистрирующие изгибающий момент, пропорциональный лобовому сопротивлению конусного деформирующего элемента. Перед тензометрической стойкой над деформирующим элементом установлен защитный нож, который режет почвенный пласт и разгружает тензометрическую стойку, в результате чего тензометрические датчики измеряют воздействие почвы только на деформирующий элемент. Недостатком устройства является незащищенность конусного деформирующего элемента при его перегрузке или наезде на камни, что вызывает поломки устройства. Кроме того, измеряемое значение твердости почвы зависит от влагосодержания почвы, которая не измеряется этим устройством.A device for continuously determining in motion the hardness of the soil [9. Auth. testimonial. USSR No. 397847. Instrument for continuous determination of soil hardness 07/30/1971, publ. 09/17/1973, IPC G01N 33/24], containing a trolley towed behind the tractor with runners and a deforming element (penetrator), which is made in the form of a conical tip and is installed horizontally in the lower part of the strain gauge rack, mounted on the frame of the trolley through a rigid hinged four-link mechanism, associated with a screw adjusting rod that sets the depth of the conical deforming element in the soil. In the upper part of the strain gauge rack, strain gauge sensors are glued, registering a bending moment proportional to the drag of the conical deforming element. In front of the strain gauge stand, a protective knife is installed above the deformation element, which cuts the soil layer and unloads the strain gauge stand, as a result of which strain gauges measure the effect of soil on the deformation element only. The disadvantage of this device is the insecurity of the cone deforming element when it is overloaded or hit a stone, which causes damage to the device. In addition, the measured value of soil hardness depends on the moisture content of the soil, which is not measured by this device.

Недостаток устройства [9], связанный с незащищенностью от поломок деформирующего элемента при перегрузке или наезде на камни, устранен в известном устройстве для непрерывного определения в движении твердости почвы [10. Авт. свид. СССР №1201773. Прибор для непрерывного определения твердости почвы, заявл. 13.07.1984, опубл. 30.12.1985, МПК G01N 33/24]. Как и в предыдущем устройстве, здесь используется тензометрическая стойка с закрепленным в нижней части деформирующим элементом и тензометрическими датчиками в верхней части и защитный нож, установленный перед тензометрической стойкой. Деформирующий элемент выполнен в виде вертикального дополнительного ножа с трапецеидальным сечением в плоскости, поперечной к вертикальной плоскости деформирования, с большим основанием вверху. Защитный нож установлен перед деформирующим элементом с возможностью вертикального перемещения относительно стойки, что позволяет регулировать глубину измеряемого слоя почвы. Деформирующий элемент закреплен на тензометрической стойке при помощи оси и предохранительного штифта, который обеспечивает неподвижность соединения деформирующего элемента со стойкой, а в случае перегрузки или наезда на камень деформирующий элемент отклоняется назад, поворачиваясь относительно оси и срезая штифт, что исключает его поломку. Однако устройство не обеспечивает одновременное измерение влагосодержания почвы, что затрудняет интерпретацию результатов измерения твердости.The disadvantage of the device [9], associated with insecurity from damage to the deforming element when overloading or running over stones, is eliminated in the known device for continuous determination in motion of soil hardness [10. Auth. testimonial. USSR No. 1201773. Instrument for continuous determination of soil hardness 07/13/1984, publ. 12/30/1985, IPC G01N 33/24]. As in the previous device, a strain gauge rack with a deforming element fixed in the lower part and strain gauge sensors in the upper part and a protective knife mounted in front of the strain gauge rack are used here. The deforming element is made in the form of a vertical additional knife with a trapezoidal section in a plane transverse to the vertical plane of deformation, with a large base at the top. A protective knife is installed in front of the deforming element with the possibility of vertical movement relative to the rack, which allows you to adjust the depth of the measured soil layer. The deforming element is fixed on the strain gauge rack using an axis and a safety pin, which provides a fixed connection between the deforming element and the stand, and in case of overload or collision with a stone, the deforming element deviates backward, turning about the axis and cutting the pin, which eliminates its breakage. However, the device does not provide simultaneous measurement of soil moisture content, which makes it difficult to interpret the results of hardness measurements.

Другим устройством для измерения сопротивления горизонтальной пенетрации почвы в движении является динамометрический плоскорез, содержащий раму с опорным колесом и навесную систему для монтажа на мобильном средстве. На раме через шарнир закреплена вертикальная стойка, в нижней части которой установлен рабочий орган - лапа плоскореза, а между верхним концом стойки и рамой закреплен измеритель усилия, действующего со стороны почвы на рабочий орган - лапу плоскореза. Устройство предназначено для определения толщины гумусного слоя почвенного покрова по значению сопротивления пенетрации [11. Патент РФ №2143112. Способ определения толщины гумусного слоя почвенного покрова. МПК: G01N 33/24, A01B 79/00, заявл. 29.04.1998, опубл. 20.12.1999]. При движении плоскореза по полю с постоянной скоростью на постоянной глубине усилие на рабочий орган имеет большее значение для участков с меньшей толщиной гумусного слоя вследствие более плотного сложения почвы на этих участках (большей объемной массы). Достоинством устройства является самозаглубление плоскореза при движении по полю, что упрощает конструкцию устройства, недостатками - отсутствие защиты от поломок при наезде на препятствия и отсутствие одновременного измерения влагосодержания почвы.Another device for measuring the resistance of horizontal penetration of soil in motion is a dynamometric plane cutter containing a frame with a support wheel and a hinged system for mounting on a mobile vehicle. A vertical strut is fixed on the frame through a hinge, in the lower part of which a working body is installed - a plane cutter paw, and between the upper end of the rack and the frame is fixed a force meter acting from the soil side on the working body - a plane cutter paw. The device is designed to determine the thickness of the humus layer of the soil cover by the value of penetration resistance [11. RF patent №2143112. A method for determining the thickness of the humus layer of the soil cover. IPC: G01N 33/24, A01B 79/00, claimed 04/29/1998, publ. 12/20/1999]. When the plane cutter moves along the field at a constant speed at a constant depth, the force on the working body is more important for areas with a smaller thickness of the humus layer due to more dense soil compaction in these areas (greater bulk mass). The advantage of the device is the self-deepening of the plane cutter when moving across the field, which simplifies the design of the device, the disadvantages are the lack of protection against breakdowns when hitting obstacles and the lack of simultaneous measurement of soil moisture content.

Известен зонд для измерения вертикального профиля сопротивления горизонтальной пенетрации в движении с несколькими призматическими чувствительными элементами (пенетраторами), расположенными по вертикали на несущей консоли [12. Chung, S.O., Sudduth, K.A., Hummel, J.W. Design and validation of an on-the-go soil strength profile sensor. Transactions of the ASABE (American Society of Agricultural and Biological Engineering), 2006, Vol.49 (1), p.5-14]. Каждый из чувствительных элементов снабжен тензометрическим датчиком силы, что позволяет измерять вертикальный профиль сопротивления горизонтальной пенетрации в движении.A known probe for measuring the vertical profile of the resistance of horizontal penetration in motion with several prismatic sensitive elements (penetrators) located vertically on the supporting console [12. Chung, S.O., Sudduth, K.A., Hummel, J.W. Design and validation of an on-the-go soil strength profile sensor. Transactions of the ASABE (American Society of Agricultural and Biological Engineering), 2006, Vol. 49 (1), p.5-14]. Each of the sensitive elements is equipped with a strain gauge force sensor, which allows you to measure the vertical resistance profile of horizontal penetration in motion.

Для измерения профиля сопротивления горизонтальной пенетрации в движении используется также устройство с тремя режущими лезвиями разной длины, установленными друг за другом в направлении движения, при этом каждое лезвие снабжено тензометрическим датчиком силы. Верхнее лезвие измеряет механическое сопротивление почвы в пределах горизонтального слоя, разрезаемого этим лезвием; установленное за ним среднее лезвие измеряет сопротивление слоя почвы, разрезаемого концом среднего лезвия, выступающим ниже первого лезвия; последнее по направлению движения лезвие измеряет сопротивление почвы, разрезаемой концом третьего лезвия, выступающим ниже среднего лезвия [13. V.I. Adamchuk. On-the-go proximal soil sensing for agriculture, p.4. AGRI-SENING 2011 (Haifa, Israel, February 21, 2011), http://bse.unl.edu/adamchuk/presentations/Agri-Sensing_2011.pdf].To measure the resistance profile of horizontal penetration in motion, a device with three cutting blades of different lengths mounted one after the other in the direction of movement is also used, with each blade equipped with a strain gauge force sensor. The upper blade measures the mechanical resistance of the soil within the horizontal layer cut by this blade; the middle blade installed behind it measures the resistance of the soil layer cut by the end of the middle blade protruding below the first blade; the last blade in the direction of movement measures the resistance of the soil, cut by the end of the third blade, protruding below the middle blade [13. V.I. Adamchuk. On-the-go proximal soil sensing for agriculture, p. 4. AGRI-SENING 2011 (Haifa, Israel, February 21, 2011), http://bse.unl.edu/adamchuk/presentations/Agri-Sensing_2011.pdf].

В статье [14. A. Sharifi, A. Mohsenimanesh. Soil mechanical resistance measurement by an unique multi-cone tips horizontal sensor. International Agrophysics, 2012, 26, 61-64] рассмотрен датчик для измерения сопротивления горизонтальной пенетрации в движении с пятью конусными пенетраторами, установленными на разных уровнях глубины, с тыльной стороны которого размещены преобразователи действующей на пенетраторы силы в электрический сигнал. Особенностью датчика является установка конусных пенетраторов на вертикальном ноже с использованием стержней, длина которых максимальна для верхнего пенетратора и последовательно убывает к нижнему пенетратору. Такое решение позволяет вынести пенетраторы вперед за область перед ножом-щелерезом, в которой этот нож разрушает структуру почвы (производит рыхление и осыпание почвы из верхних слоев в нижние), что повышает точность измерения сопротивления горизонтальной пенетрации. Лабораторные испытания на почвенном канале с почвой, имеющей заданную плотность и влажность, показали, что такая конструкция датчика позволяет повысить коэффициент корреляции R между результатами измерения сопротивления вертикальной пенетрации обычным конусным вертикальным пенетрометром и сопротивления горизонтальной пенетрации до R2=0,86 на глубинах в почве 0-400 мм. Обычные конструкции горизонтальных пенетрометров для измерений в движении дают коэффициент корреляции R2=0,51 [15. Sun, Y., Ma, D., Lammers, P., Schmittmann, O., Rose, M. On-the-go measurement of soil water content and mechanical resistance by a combined horizontal penetrometer. Soil and Tillage Research, 2006, 86, p.209-217], или R2=0,76 [16. Chukwu E., at all. Instantaneous multi-depth soil mechanical impedance sensing from a moving vehicle. Trans. ASAE, 2005, 48(3), 885-894]. Однако рассмотренная конструкция не имеет защиты от поломок при наезде на камни и не измеряет влагосодержание почвы, от которой зависит сопротивление горизонтальной пенетрации.In the article [14. A. Sharifi, A. Mohsenimanesh. Soil mechanical resistance measurement by an unique multi-cone tips horizontal sensor. International Agrophysics, 2012, 26, 61-64] considered a sensor for measuring horizontal penetration resistance in motion with five cone penetrators installed at different depth levels, on the back of which there are transducers of the force acting on the penetrators into an electrical signal. A feature of the sensor is the installation of conical penetrators on a vertical knife using rods whose length is maximum for the upper penetrator and gradually decreases to the lower penetrator. This solution allows the penetrators to move forward beyond the area in front of the slit-cutting knife, in which this knife destroys the soil structure (loosens and sows the soil from the upper layers to the lower ones), which increases the accuracy of measuring the horizontal penetration resistance. Laboratory tests on a soil channel with soil having a given density and moisture showed that such a sensor design allows increasing the correlation coefficient R between the results of measuring vertical penetration resistance by a conventional conical vertical penetrometer and horizontal penetration resistance to R 2 = 0.86 at depths in the soil 0-400 mm. The usual designs of horizontal penetrometers for measurements in motion give a correlation coefficient R 2 = 0.51 [15. Sun, Y., Ma, D., Lammers, P., Schmittmann, O., Rose, M. On-the-go measurement of soil water content and mechanical resistance by a combined horizontal penetrometer. Soil and Tillage Research, 2006, 86, p.209-217], or R 2 = 0.76 [16. Chukwu E., at all. Instantaneous multi-depth soil mechanical impedance sensing from a moving vehicle. Trans. ASAE, 2005, 48 (3), 885-894]. However, the design considered does not have protection against breakdowns when hitting stones and does not measure the moisture content of the soil, on which the horizontal penetration resistance depends.

Известно также устройство для измерения сопротивления горизонтальной пенетрации почвы в движении, содержащее размещенный на раме движущегося носителя вертикальный нож с ориентированным в направлении движения лезвием, в нижней части которого установлен чувствительный элемент (пенетратор) датчика механического импеданса, обращенный в направлении движения, с тыльной стороны которого вмонтирован преобразователь давления почвы в электрический сигнал [17. Патент США US 6647799, Nov. 18, 2003]. Устройство снабжено механизмом вертикального возвратно-поступательного колебательного движения датчика с несущим ножом, которое производится одновременно с горизонтальным перемещением устройства по полю, что упрощает выявление уплотненных слоев почвы при обследовании сельскохозяйственных полей.A device is also known for measuring the resistance of horizontal penetration of soil in motion, comprising a vertical knife placed on a frame of a moving carrier with a blade oriented in the direction of movement, in the lower part of which there is a sensing element (penetrator) of a mechanical impedance sensor facing in the direction of movement, from the back of which a soil pressure transducer is mounted in an electric signal [17. US Patent US 6647799, Nov. 18, 2003]. The device is equipped with a mechanism of vertical reciprocating oscillatory motion of the sensor with a bearing knife, which is carried out simultaneously with the horizontal movement of the device across the field, which simplifies the identification of compacted soil layers when examining agricultural fields.

Устройства [12-17] не имеют защиты от поломок при наезде на препятствия и не обеспечивают измерение влагосодержания почвы одновременно с сопротивлением горизонтальной пенетрации.Devices [12-17] do not have protection against breakdowns when hitting obstacles and do not provide measurement of soil moisture content simultaneously with horizontal penetration resistance.

Известно устройство для непрерывного измерения в движении сопротивления горизонтальной пенетрации и определения объемной плотности и уплотнения пахотного слоя почвы, монтируемое на раме сзади трактора и содержащее рабочий орган - плоскорез, а также установленный над почвой радар - измеритель влажности, опорные колеса с датчиком глубины движения в почве плоскореза и измеритель усилия резания почвы на заданной глубине [18. Abdul Mounem Mouazen, Herman Ramon and Josse de Baerdemaeber. Modelling compaction from on-line measurement of soil properties and sensor draught. Pecision Agriculture, 2003, 4(2): 203-212]. Разработана численно-статистическая гибридная модель для расчета сухой объемной плотности по измеренным в реальном времени влагосодержании, глубине обработки и показаниям измерителя усилия резания почвы плоскорезом. Для непрерывного картирования в движении (режим on-line) значений определяемой сухой объемной плотности почвы и выявления ее уплотнения при превышении допустимого значения плотности используется система глобального позиционирования (GPS). Контроль значений сухой объемной плотности почвы и выявление зон с уплотненной почвой позволяет проводить агротехнологические мероприятия по разуплотнению почвы, так как уплотнение почвы снижает урожайность сельскохозяйственных культур вследствие ухудшения водного и воздушного режимов растений. К недостаткам устройства следует отнести: отсутствие защиты рабочего органа от повреждения при наезде на препятствия; бесконтактное измерение влажности с помощью радара, дающее осредненное значение влажности по глубине зондирования радара вместо значения влажности, на глубине движения рабочего органа, что снижает точность вычисления сухой объемной плотности; использование плоскореза в качестве рабочего органа горизонтального пенетрометра, что затрудняет проведение измерений в междурядьях выращиваемых растений.A device is known for continuous measurement of horizontal penetration resistance in motion and determination of bulk density and compaction of the arable soil layer mounted on a frame behind the tractor and containing a working member — a plane cutter, as well as a radar mounted above the soil — moisture meter, support wheels with a motion depth sensor in the soil plane cutter and measuring force of soil cutting at a given depth [18. Abdul Mounem Mouazen, Herman Ramon and Josse de Baerdemaeber. Modeling compaction from on-line measurement of soil properties and sensor draught. Pecision Agriculture, 2003, 4 (2): 203-212]. A numerical-statistical hybrid model has been developed for calculating dry bulk density from the moisture content measured in real time, the depth of processing, and the readings of the measuring instrument for soil cutting by a plane cutter. For continuous mapping in motion (on-line mode) of the values of the determined dry bulk density of the soil and revealing its compaction when exceeding the permissible density value, a global positioning system (GPS) is used. Monitoring the values of dry bulk density of the soil and identifying areas with compacted soil allows agrotechnological measures to soften the soil, since soil compaction reduces crop yields due to the deterioration of water and air conditions of plants. The disadvantages of the device include: the lack of protection of the working body from damage when hitting obstacles; non-contact humidity measurement using the radar, giving an average value of humidity over the depth of sounding of the radar instead of the humidity value, at the depth of movement of the working body, which reduces the accuracy of calculating dry bulk density; the use of a plane cutter as a working body of a horizontal penetrometer, which makes it difficult to take measurements between rows of plants grown.

К аналогам заявляемого устройства для контактного измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении относится также другое устройство для одновременного измерения сопротивления горизонтальной пенетрации и влажности в процессе движения по полю (см. [15] выше). Устройство содержит горизонтальный конусный пенетрационный стержень, жестко установленный на нижнем конце силового рычага, шарнирно закрепленного в верхней части на несущей раме. Ниже точки шарнирного крепления рычага на раме к рычагу шарнирно присоединен расположенный горизонтально датчик силы, второй конец которого закреплен на опоре, установленной на несущей раме. Перед силовым рычагом на раме установлено вертикальное лезвие, исключающее силовое действие почвы непосредственно на рычаг при движении в почве и обеспечивающее измерение только силы, действующей на конус пенетрометра на глубине измерения. Кроме того, лезвие защищает силовой рычаг пенетрометра от поломки при столкновения с камнями. За конусом на пенетрационном стержне через изоляторы установлены два кольцевых электрода, образующих емкостной датчик, подключенный к диэлькометрическому устройству для определения влажности по электрической емкости датчика. Это устройство, смонтированное на мобильном средстве, использовано для непрерывного измерения в движении на глубинах до 20 см. Недостатками устройства являются: непредназначенность для измерения более двух агротехнологических параметров почвы; отсутствие узлов, обеспечивающих заданную фиксированную глубину расположения чувствительных элементов датчиков от поверхности почвы; отсутствие защиты пенетрационного конусного стержня с емкостным датчиком от повреждения при наезде на камни.Another device for the simultaneous measurement of horizontal penetration resistance and humidity in the process of moving across the field (see [15] above) also refers to the analogues of the claimed device for contact measurement of the agrotechnological characteristics of the arable soil layer in motion. The device contains a horizontal conical penetration rod, rigidly mounted on the lower end of the power lever, pivotally mounted in the upper part on the supporting frame. Below the point of articulation of the lever on the frame, a horizontally mounted force sensor is pivotally attached to the lever, the second end of which is mounted on a support mounted on the supporting frame. A vertical blade is installed on the frame in front of the power lever, eliminating the force action of the soil directly on the lever when moving in the soil and providing measurement of only the force acting on the penetrometer cone at the depth of measurement. In addition, the blade protects the penetrometer’s power arm from breaking when it collides with stones. Behind the cone, on the penetration rod through the insulators, two ring electrodes are installed, forming a capacitive sensor connected to a dielcometric device for determining humidity from the sensor’s electric capacitance. This device mounted on a mobile device is used for continuous measurement in motion at depths of up to 20 cm. The disadvantages of the device are: inappropriateness for measuring more than two agrotechnological parameters of the soil; the absence of nodes providing a given fixed depth of the location of the sensitive elements of the sensors from the soil surface; lack of penetration cone rod protection with a capacitive sensor from damage when hitting stones.

Дальнейшим развитием устройства [15] является горизонтальный пенетрометр с комбинированным трехпараметрическим датчиком для измерения в движении содержания влаги, электропроводности и механического сопротивления почвы [19. Q. Zeng, Y. Sun, P.S. Lammers. A triple-sensor horizontal penetrometer for on-the-go measuring soil moisture content, electrical conductivity and mechanical resistance. Abstract CSBE 101339. XVII-th World Congress of the International Commission of Agricultural and Biosystems Engineering (CIGR) - Quebec City, Canada, June 13-17, 2010], [20. Q. Zeng, Y. Sun, P.S. Lammers at al. Improvement of a dual-sensor horizontal penetrometer by incorporating an EC sensor. Computers and Electronics in Agriculture, 2008, Volume 64, Issue 64 (2), p.333-337]. Датчик электропроводности в виде набора четырех кольцевых электродов с равными промежутками вмонтирован в конусный наконечник горизонтального пенетрометра помимо емкостного датчика влажности с двумя цилиндрическими электродами, установленными через изоляторы на несущем стержне вблизи конусного наконечника. Измерение электропроводности в зоне пенетрации дает дополнительную информацию о структуре почвы, однако недостатком устройства является отсутствие защиты от поломок при наезде на препятствия.A further development of the device [15] is a horizontal penetrometer with a combined three-parameter sensor for measuring the moisture content, electrical conductivity and mechanical resistance of the soil in motion [19. Q. Zeng, Y. Sun, P.S. Lammers. A triple-sensor horizontal penetrometer for on-the-go measuring soil moisture content, electrical conductivity and mechanical resistance. Abstract CSBE 101339. XVII-th World Congress of the International Commission of Agricultural and Biosystems Engineering (CIGR) - Quebec City, Canada, June 13-17, 2010], [20. Q. Zeng, Y. Sun, P.S. Lammers at al. Improvement of a dual-sensor horizontal penetrometer by incorporating an EC sensor. Computers and Electronics in Agriculture, 2008, Volume 64, Issue 64 (2), p. 333-337]. A conductivity sensor in the form of a set of four ring electrodes with equal intervals is mounted in the conical tip of a horizontal penetrometer in addition to a capacitive humidity sensor with two cylindrical electrodes installed through insulators on the supporting rod near the conical tip. The measurement of electrical conductivity in the penetration zone provides additional information about the structure of the soil, however, the disadvantage of the device is the lack of protection against breakdowns when hitting obstacles.

Помимо изложенных выше устройств известно применение видимой - ближней инфракрасной отражательной спектроскопии для исследования физических и химических характеристик почв как в лабораторных, так и в полевых условиях, в том числе подповерхностного обследования в движении для картирования свойств почв.In addition to the above devices, it is known to use visible - near infrared reflectance spectroscopy to study the physical and chemical characteristics of soils in both laboratory and field conditions, including subsurface inspection in motion to map soil properties.

Известен датчик для измерения в движении органического вещества почвы в реальном времени, установленный на устройстве, сопряженном со средством передвижения, и содержащий корпус, внутри которого находятся источник света и светочувствительный элемент [21. Патент США US 5044756, Sep.3, 1991. Real-time soil organic matter sensor. МПК: G01N 21/49; G01N 21/84; G01N 33/24]. Светочувствительный элемент воспринимает свет, отраженный от освещенной почвы, и создает выходной сигнал, который зависит от содержания органического вещества в освещенной почве. Корпус датчика установлен на устройстве так, что при движении датчика в почве освещенный участок почвы, отраженный свет от которого воспринимается светочувствительным элементом, расположен ниже поверхности окружающей почвы и корпус экранирует освещаемый участок почвы от внешнего света. Корпус датчика имеет башмакообразную форму с заостренной носовой частью для разрезания почвы при движении и плоское дно для создания в почве канала с гладкой горизонтальной поверхностью. Дно корпуса имеет вырез, против него в корпусе расположена ниша, в которой перпендикулярно поверхности почвы установлен светочувствительный элемент (фотодиод) и окружающие его источники света (светоизлучающие диоды). Светочувствительный элемент и светоизлучающие диоды установлены на общем основании на расстоянии 1 дюйм от поверхности почвы, закрыты светопрозрачной пластиной и создают на поверхности почвы освещенный участок площадью около 70 мм2. Для уменьшения влияния шероховатости почвы на коэффициент отражения почвы в передней части выреза в подошве корпуса вмонтирован дуговидный фланец, контактирующий с почвой выпуклой поверхностью. В качестве источников света применены красные светоизлучающие диоды, излучающие свет с длиной волны, на которой меньше проявляется влияние окиси железа на отражательные свойства почвы. Недостатками датчика являются отсутствие защиты от повреждения при наезде на препятствия, защиты от забивания почвой ниши с источниками и приемником света, отсутствие средств измерения влагосодержания почвы, от которых существенно зависят характеристики отражения почвы.A known sensor for measuring the movement of organic matter of the soil in real time, mounted on a device paired with a means of transportation, and containing a housing inside which there is a light source and a photosensitive element [21. US patent US 5044756, Sep.3, 1991. Real-time soil organic matter sensor. IPC: G01N 21/49; G01N 21/84; G01N 33/24]. A photosensitive element perceives light reflected from the illuminated soil, and creates an output signal that depends on the content of organic matter in the illuminated soil. The sensor housing is mounted on the device so that when the sensor moves in the soil, the illuminated soil area, from which light is perceived by the photosensitive element, is located below the surface of the surrounding soil and the housing shields the illuminated soil area from external light. The sensor case has a shoe-shaped shape with a pointed nose to cut the soil during movement and a flat bottom to create a channel in the soil with a smooth horizontal surface. The bottom of the housing has a cutout, a niche is located in the housing against it, in which a photosensitive element (photodiode) and surrounding light sources (light emitting diodes) are installed perpendicular to the soil surface. The photosensitive element and light-emitting diodes are mounted on a common base at a distance of 1 inch from the soil surface, covered with a translucent plate and create a lighted area of about 70 mm 2 on the soil surface. In order to reduce the effect of soil roughness on the reflection coefficient of the soil, an arcuate flange is mounted at the bottom of the cut-out at the base of the body, and the surface is in contact with the convex surface. As light sources, red light-emitting diodes are used, which emit light with a wavelength at which the effect of iron oxide on the reflective properties of the soil is less pronounced. The disadvantages of the sensor are the lack of protection against damage when hitting obstacles, protection against soil clogging of a niche with light sources and a receiver, and the lack of measuring instruments for soil moisture content, on which the characteristics of soil reflection substantially depend.

В материалах Международной конференции [22. V.I. Adamchuk. On-the-Go Proximal Soil Sensing for Agriculture, p.3 - (средние слайды в левой и правой колонках). AGRISENING 2011 (Haifa, Israel, February 21, 2011), http://bse.unl.edu/adamchuk/presentations/Agri-Sensing_2011.pdf] представлен датчик, выполненный в виде полого башмака с горизонтальной подошвой, установленного на вертикальной стойке и горизонтально перемещаемого в пахотном слое почвы. Подошва снабжена сапфировым окном, против которого в башмаке установлен приемник излучения - фотодиод - и шесть окружающих его излучателей - светодиодов - с длиной волны излучаемого света 660 нм. Измеряемый фотодиодом отраженный от почвы оптический сигнал с этой длиной волны зависит от содержания органического вещества в почве. Развитием этого устройства является гиперспектральный спектрофотометр отраженного видимого - ближнего инфракрасного света (там же, [22]). В нем использованы волоконно-оптические кабели для подведения к сапфировому окну в подошве башмака света от источника излучения и для подведения отраженного от почвы света к спектрофотометру, вынесенному на несущую раму трактора. Сапфировое окно обеспечивает прозрачность в диапазоне длин волн спектрофотометра от видимого до ближнего инфракрасного света 400-1700 нм и является устойчивым к шлифующему действию почвы. Глубина движения башмака в пахотном слое почвы задается опорным колесом, установленным на несущей раме. Недостатками обоих устройств [22] является расположение оптического окна в подошве измерительного башмака, что вызывает нестабильность результатов измерений вследствие возникновения зазора между подошвой и почвой при вертикальных флуктуациях положения башмака за счет неровностей поверхности почвы под опорным колесом, а также отсутствие измерения физических параметров почвы, которые необходимы для принятия агротехнологических решений.In the materials of the International Conference [22. V.I. Adamchuk. On-the-Go Proximal Soil Sensing for Agriculture, p.3 - (middle slides in the left and right columns). AGRISENING 2011 (Haifa, Israel, February 21, 2011), http://bse.unl.edu/adamchuk/presentations/Agri-Sensing_2011.pdf] presents a sensor made in the form of a hollow shoe with a horizontal sole mounted on a vertical rack and horizontally moved in arable soil layer. The sole is equipped with a sapphire window, against which a radiation detector - a photodiode - and six surrounding emitters - LEDs - with a wavelength of emitted light of 660 nm are installed in the shoe. The optical signal measured by the photodiode from the soil with this wavelength depends on the content of organic matter in the soil. The development of this device is a hyperspectral spectrophotometer of reflected visible - near infrared light (ibid., [22]). It used fiber-optic cables to bring to the sapphire window at the base of the light shoe from the radiation source and to bring light reflected from the soil to a spectrophotometer mounted on the tractor's carrying frame. The sapphire window provides transparency in the wavelength range of the spectrophotometer from visible to near infrared light of 400-1700 nm and is resistant to the grinding effect of the soil. The depth of movement of the shoe in the arable soil layer is set by the support wheel mounted on the supporting frame. The disadvantages of both devices [22] is the location of the optical window at the bottom of the measuring shoe, which causes instability of the measurement results due to the gap between the sole and the soil with vertical fluctuations in the position of the shoe due to irregularities of the soil surface under the support wheel, as well as the lack of measurement of physical parameters of the soil, which necessary for making agrotechnological decisions.

Известен также оптический датчик для измерения в движении в реальном времени отражательных характеристик почвы [23. Патентная заявка США US 2011/0102798 Optical real time soil sensor. Дата публикации 5 мая 2011 г., МПК G01N 21/55], выполненный в виде вертикальной плоской коробки, установленной вдоль направления движения и перемещаемой в пахотном слое с помощью стойки-ножа, закрепленной в задней части буксируемой за трактором колесной рамы. Боковая стенка корпуса-коробки снабжена сапфировым окном, против которого внутри коробки установлен источник освещения почвы и приемник отраженного света от почвы. Источниками освещения почвы служат один или несколько монохроматических или полихроматических светодиодов, или лазерных диодов, в качестве приемников отраженного от почвы света - фотодетекторы. Большое разнообразие светоизлучающих диодов позволяет проводить исследования отражательных характеристик почв от ультрафиолетового диапазона (включая участок от 350 до 370 нм, в котором возбуждается флюоресценция в почве) до видимого и ближнего инфракрасного диапазонов оптического спектра (400-1550 нм). Возможно также формирование спектрального диапазона с помощью светофильтров, устанавливаемых перед фотодетекторами. Датчик предназначен для диагностирования органического вещества почвы и построения карт для управления внесением гербицидов, удобрений и посевом семян. Достоинством датчика является расположение оптического окна на боковой стенке корпуса датчика, что исключает появление случайного зазора между окном и почвой при вертикальных флюктуациях положения датчика в почве вследствие неровности поверхности почвы под опорными колесами. К недостаткам относится отсутствие измерения физических параметров почвы, прежде всего влагосодержания и плотности, от значения которых зависят нормы внесения гербицидов, удобрений и высева семян.Also known is an optical sensor for measuring in motion in real time the reflective characteristics of the soil [23. U.S. Patent Application US 2011/0102798 Optical real time soil sensor. Publication date May 5, 2011, IPC G01N 21/55], made in the form of a vertical flat box mounted along the direction of movement and moved in the arable layer using a knife stand fixed at the rear of the wheel frame towed behind the tractor. The side wall of the box-case is equipped with a sapphire window, against which inside the box there is a source of soil illumination and a receiver of reflected light from the soil. Sources of illumination of the soil are one or more monochromatic or polychromatic LEDs, or laser diodes, as detectors of light reflected from the soil - photodetectors. A wide variety of light-emitting diodes allows studies of the reflective characteristics of soils from the ultraviolet range (including the area from 350 to 370 nm in which fluorescence is excited in the soil) to the visible and near infrared ranges of the optical spectrum (400-1550 nm). It is also possible the formation of the spectral range with the help of filters installed in front of photodetectors. The sensor is designed to diagnose the organic matter of the soil and build maps to control the application of herbicides, fertilizers and sowing seeds. The advantage of the sensor is the location of the optical window on the side wall of the sensor housing, which eliminates the occurrence of an accidental gap between the window and the soil with vertical fluctuations in the position of the sensor in the soil due to uneven soil surface under the support wheels. The disadvantages include the lack of measurement of the physical parameters of the soil, especially moisture content and density, the values of which determine the rate of application of herbicides, fertilizers and sowing seeds.

Другое известное устройство для обследования оптических характеристик подповерхностной почвы в движении для точного земледелия описано в [24. Патент США US 6608672, Aug.19, 2003, Soil survey device and system for precision agriculture. МПК G01N 21/00]. Устройство снабжено основным узлом в форме плуга, передняя часть которого поднимает вверх почву; рамой, которая поддерживает датчик и соединяет трактор и основной узел; спектрофотометром, который установлен на раме; следящим колесом, которое отслеживает глубину колеи и соединено с основным узлом рычагом; и блоком управления обследованием, включая приемник GPS, установленный на тракторе. Измерение оптических характеристик осуществляется с помощью обзорной камеры на выбранной глубине под землей путем обследования спектра отраженного света в камере непрерывно в реальном времени. Основной узел имеет две части: переднюю роющую часть и заднюю измерительную часть. Передняя роющая часть поднимает почву при движении трактора и создает плоскую поверхность, параллельную поверхности почвы, так что измерительная часть легко обследует открытую поверхность почвы. Измерительная часть состоит из измерительной камеры, в которой экспонируется поверхность почвы, являющаяся объектом обследования, и корпуса, в котором размещен комплект датчиков. В этом корпусе расположены: два разнесенных по краям волоконных световода для освещения почвы, цифровая камера для получения изображений поверхности почвы, оптические световоды отраженного видимого света и отраженного ближнего инфракрасного света, приемный световод инфракрасного термометра. Глубина положения обзорной поверхности почвы задается опусканием или поднятием колес на опорной раме и может находиться на глубине 15-35 см ниже поверхности почвы; контроль положения осуществляется следящим колесом с датчиком угла положения рычага.Another known device for examining the optical characteristics of subsurface soil in motion for precision farming is described in [24. U.S. Pat. No. 6,608,672, Aug.19, 2003, Soil survey device and system for precision agriculture. IPC G01N 21/00]. The device is equipped with a main unit in the form of a plow, the front of which raises the soil up; a frame that supports the sensor and connects the tractor and the main unit; spectrophotometer mounted on the frame; a tracking wheel that tracks the depth of the track and is connected to the main node by a lever; and a survey control unit, including a GPS receiver mounted on a tractor. Measurement of optical characteristics is carried out using a survey camera at a selected depth underground by examining the spectrum of reflected light in the camera continuously in real time. The main assembly has two parts: the front burrowing part and the rear measuring part. The front digging part raises the soil when the tractor moves and creates a flat surface parallel to the soil surface, so that the measuring part easily examines the open soil surface. The measuring part consists of a measuring chamber, in which the surface of the soil being the object of examination is exposed, and a housing in which a set of sensors is placed. This housing contains: two fiber optic fibers spaced at the edges to illuminate the soil, a digital camera for acquiring soil surface images, optical fibers of reflected visible light and reflected near infrared light, and a receiving fiber of an infrared thermometer. The depth of the viewing surface of the soil is set by lowering or raising the wheels on the support frame and can be at a depth of 15-35 cm below the soil surface; position control is carried out by a tracking wheel with a lever angle sensor.

Дальнейшим развитием этого устройства является устройство для обследования характеристик почв [25. Патент США US 6853937, Feb.8, 2005. Soil characteristics survey device and soil characteristics survey method. МПК G01V 5/00], которое дополнено датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, установленным между носовым чизельным элементом передней роющей части основного узла и корпусом измерительной части основного узла. Датчик снабжен нагрузочной ячейкой, преобразующий в электрический сигнал силу давления почвы на чизельный элемент. Ячейка прижата многоэлементной дисковой пружиной к задней торцевой части чизельного элемента, который подвижно закреплен в передней части измерительного блока с возможностью смещения под действием давления почвы при движении. Другим дополнением является измерительный электрод, установленный через изолятор заподлицо с верхней роющей поверхностью металлического чизельного элемента и образующий с ним электродную пару, которая используется для измерения электропроводности и диэлектрической проницаемости почвы, находящейся в контакте с чизельным элементом.A further development of this device is a device for examining soil characteristics [25. US patent US 6853937, Feb. 8, 2005. Soil characteristics survey device and soil characteristics survey method. IPC G01V 5/00], which is supplemented by a horizontal penetration resistance sensor installed between the nasal chisel element of the front digging part of the main assembly and the housing of the measuring part of the main assembly. The sensor is equipped with a load cell, which converts the force of soil pressure on the chisel element into an electrical signal. The cell is pressed by a multi-element disc spring to the rear end part of the chisel element, which is movably fixed in the front of the measuring unit with the possibility of displacement under the action of soil pressure during movement. Another addition is a measuring electrode installed flush through the insulator with the upper burrowing surface of the metal chisel element and forming an electrode pair with it, which is used to measure the electrical conductivity and permittivity of the soil in contact with the chisel element.

Еще одним аналогом по назначению и технической сущности к заявляемому устройству является работающий в реальном времени датчик (RTSS - real time soil sensor) для оценки в движении и картирования параметров почвы (см. [8] вверху). Датчик смонтирован на задней раме трактора, имеющей опорные колеса и снабженной механизмом заглубления и извлечения из почвы датчика. Датчик имеет выступающий вперед по направлению движения пенетратор почвы, выполненный в виде треугольной пирамиды, одна из боковых граней которой установлена горизонтально, а две другие одинаковы и образуют ребро, лежащее в вертикальной продольной плоскости симметрии устройства. Пенетратор задней частью соединен с вертикальной стойкой, служащей для его крепления на задней раме трактора. Стойка в лобовой части снабжена лезвием, а продолжением ее задней части являются две боковые вертикальные стенки, нижние кромки которых являются продолжением горизонтальной грани пенетратора. В нише между боковыми стенками на заданном расстоянии (72 мм) от плоскости, совпадающей с нижней гранью пенетратора, размещены концы волоконно-оптических кабелей источника облучения почвы и двух приемников спектрофотометра, а также оптического кабеля инфракрасного термометра. На том же расстоянии в нише установлена приемная матрица цифровой видеокамеры, служащей для периодического фотографирования в видимом участке спектра поверхности почвы на дне канала, формируемого нижней гранью пенетратора, а также лазерный маркер, измеряющий расстояние до поверхности почвы. Ниша не имеет защитного разделительного светопрозрачного экрана с поверхностью почвы, однако фотокамера позволяет контролировать состояние поверхности почвы на дне канала, создаваемого пенетратором, а лазерный маркер позволяет контролировать отсутствие комков почвы и случайных предметов на этой поверхности. Для освещения поверхности почвы используется 150-ваттная галогенная лампа. Спектрофотометр (Carl Zeiss Co., Ltd) имеет видимый канал со спектром от 310 до 1100 нм и ближний инфракрасный канал со спектром от 950 до 1700 нм. Разрешение спектрофотометра составляет 5 нм. Цифровая камера с приемной матрицей (прибор с зарядовой связью) настроена на мониторинг пятна на поверхности почвы, находящегося на фокусном расстоянии 75 мм. Радиационный термометр использует ближнюю инфракрасную область спектра. В пенетратор вмонтирован электрод для измерения электропроводности почвы. В стойке пенетратора размещен тензометрический преобразователь механического сопротивления почвы. Выходы оптических кабелей, галогенная лампа, измерительные блоки каналов спектрофотометра, инфракрасного термометра, видеокамеры, каналов измерения электропроводности и сопротивления горизонтальной пенетрации установлены в общем корпусе на задней подвеске трактора. Там же размещен управляющий и регистрирующий компьютер, приемник дифференциальной системы глобального позиционирования DGPS.Another analogue in purpose and technical nature of the claimed device is a real-time sensor (RTSS - real time soil sensor) for assessing the movement and mapping of soil parameters (see [8] above). The sensor is mounted on the rear frame of the tractor, which has support wheels and is equipped with a mechanism for deepening and removing the sensor from the soil. The sensor has a soil penetrator protruding forward in the direction of movement, made in the form of a triangular pyramid, one of the side faces of which is installed horizontally, and the other two are the same and form an edge lying in the vertical longitudinal plane of symmetry of the device. The penetrator at the rear is connected to a vertical stand, which serves for its mounting on the rear frame of the tractor. The rack in the frontal part is equipped with a blade, and its rear part is extended by two vertical side walls, the lower edges of which are a continuation of the horizontal side of the penetrator. In the niche between the side walls at a predetermined distance (72 mm) from the plane coinciding with the bottom face of the penetrator, the ends of the fiber optic cables of the soil irradiation source and two spectrophotometer receivers, as well as the optical cable of the infrared thermometer, are placed. At the same distance, a receiving matrix of a digital video camera is installed in the niche, which is used for periodically photographing in the visible part of the spectrum of the soil surface at the bottom of the channel formed by the bottom face of the penetrator, as well as a laser marker that measures the distance to the soil surface. The niche does not have a protective dividing translucent screen with the soil surface, however, the camera allows you to control the state of the soil surface at the bottom of the channel created by the penetrator, and the laser marker allows you to control the absence of lumps of soil and random objects on this surface. A 150-watt halogen lamp is used to illuminate the surface of the soil. The spectrophotometer (Carl Zeiss Co., Ltd) has a visible channel with a spectrum from 310 to 1100 nm and a near infrared channel with a spectrum from 950 to 1700 nm. The resolution of the spectrophotometer is 5 nm. A digital camera with a receiving matrix (charge-coupled device) is configured to monitor a spot on the surface of the soil at a focal length of 75 mm. A radiation thermometer uses the near infrared region of the spectrum. An electrode for measuring the electrical conductivity of the soil is mounted in the penetrator. In the penetrator rack, a strain gauge transducer of mechanical resistance of the soil is placed. The outputs of the optical cables, a halogen lamp, measuring blocks of the channels of the spectrophotometer, infrared thermometer, video camera, channels for measuring electrical conductivity and horizontal penetration resistance are installed in a common housing on the rear suspension of the tractor. It also houses the control and recording computer, the receiver of the differential global positioning system DGPS.

Датчик RTSS снабжен механизмом для установки нижней грани пенетратора и измерения отражательной способности почвы на глубинах от 0,05 до 0,35 м с шагом 0,05 м. При движении трактора наконечник и нижняя горизонтальная грань пенетратора обеспечивают резание почвы и создают за ним канал с плоской выровненной горизонтальной поверхностью, совпадающей с нижней гранью пенетратора. Измерения проводятся при скорости движения 0,2-0,6 м/с.The RTSS sensor is equipped with a mechanism for setting the bottom face of the penetrator and measuring the reflectivity of the soil at depths from 0.05 to 0.35 m in increments of 0.05 m. When the tractor moves, the tip and lower horizontal face of the penetrator provide soil cutting and create a channel behind it a flat aligned horizontal surface that coincides with the bottom face of the penetrator. Measurements are taken at a speed of 0.2-0.6 m / s.

На основе результатов полевых спектрофотометрических измерений в движении и лабораторного анализа образцов почвы, взятых на трассах и глубинах этих измерений, разработаны регрессионные калибровочные модели для 12 почвенных параметров: pH, содержание влаги (термостатно-весовое), содержание органического вещества, общий углерод, аммонийный азот, нитратный азот, общий азот, растворенный азот, доступный фосфор, коэффициент поглощенного фосфора, коэффициент абсорбции фосфора и емкость катионного обмена.Based on the results of field spectrophotometric measurements in motion and laboratory analysis of soil samples taken at the tracks and depths of these measurements, regression calibration models were developed for 12 soil parameters: pH, moisture content (thermostatic-weighted), organic matter content, total carbon, ammonium nitrogen , nitrate nitrogen, total nitrogen, dissolved nitrogen, available phosphorus, phosphorus absorption coefficient, phosphorus absorption coefficient and cation exchange capacity.

Несмотря на высокие аналитические возможности датчика RTSS к его недостаткам относятся: отсутствие защиты датчиков (электрода электропроводности) от повреждений при наезде на препятствия; отсутствие защиты ниши с оптоволоконными кабелями от забивания почвой при измерениях в движении.Despite the high analytical capabilities of the RTSS sensor, its disadvantages include: the lack of protection of sensors (conductivity electrode) from damage when hitting obstacles; lack of protection of a niche with fiber optic cables from clogging with soil during measurements in motion.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является мобильная система почвенного картирования по данным измерений отражательной способности почвы в пахотном слое [26. Патентная заявка США US 2009/0112475, Apr. 30, 2009. Mobile soil mapping system for collecting soil reflectance measurements. МПК G01V 3/38]. Система содержит буксируемую за средством передвижения раму с опорными колесами, на которой установлена несущая продольная стойка-щелерез с режущим зубом в нижней части. Сзади стойки на установленных с возможностью углового перемещения параллельных плоских звеньях смонтирован блок измерения отражательной способности почв. Звенья имеют одинаковую длину и размещены одно над другим с боковых сторон стойки и блока, образуя с ними параллелограммы, что обеспечивает продольное (т.е. в направлении движения) положение измерительного блока. Кроме того, эти звенья подпружинены так, что обеспечивают плотное прижатие плоского дна измерительного блока к дну желоба в почве, создаваемого стойкой-щелерезом с режущим зубом. Перед стойкой-щелерезом установлено колесо с режущим ободом для резки остатков растительности и создания узкой щели в почве. Рабочая глубина в почве стойки-щелереза с измерительным блоком регулируется с помощью набора отверстий в стойке, с помощью которых ступенчато устанавливается вертикальное расстояние стойки-щелереза с измерительным блоком относительно рамы. Кроме этого, для установки рабочей глубины стойки-щелереза, а также для его извлечения из почвы при движении в транспортном положении опорные колеса рамы выполнены с возможностью вертикального подъема или опускания рамы относительно почвы. В верхней части стойки-щелереза смонтирован защитный узел, который обеспечивает защиту стойки-щелереза и измерительного блока от поломок при наезде на камни и другие препятствия. С целью защиты стойка подвижно установлена на раме с помощью поперечного вала и связана тягой с концом плоской пружины, начало которой жестко закреплено на раме. Защитный механизм имеет геометрию, при которой пружина обеспечивает удержание стойки в рабочем положении с силой, превышение которой при наезде на препятствия переводит пружину во второе устойчивое состояние, при этом стойка поворачивается вокруг оси вала и отклоняется назад, выходя из почвы. Измерительный блок выполнен полым и вытянутым в направлении движения. В измерительном блоке размещены датчик внутрипочвенной отражательной спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра и инфракрасный датчик температуры. Для первого датчика в нижней горизонтальной части блока выполнено круглое сапфировое окно, служащее для измерения диффузного оптического отражения от почвы. Внутри измерительного блока против этого окна установлен источник освещения почвы - вольфрамовая галогенная лампа, а отраженный свет (в ближней инфракрасной области) воспринимается оптическим приемником, установленным под острым углом к оси источника освещения и выполненным в виде оптических линз, направляющих отраженный свет в волоконно-оптический кабель, связанный со спектрофотометром ближнего инфракрасного излучения. Плотное прижатие дна измерительного блока с сапфировым окном к почве с помощью подпружиненных звеньев обеспечивает самоочищение оптического окна от пыли и грязи при движении, а использование сапфира повышает устойчивость к истиранию и царапинам. Задняя часть измерительного блока выполнена открытой к почве и имеет нишу, в которой установлен второй датчик - инфракрасный термометр, обращенный чувствительным элементом к почве. Этот термометр используется для учета зависимости отражательных характеристик почвы от температуры. На раме установлен спектрофотометр, компьютер и приемник системы геопозиционирования GPS. Мобильная система предназначена для определения по спектральным характеристикам отражения в ближней инфракрасной области спектра содержания в почве соединений, включающих функциональные группы C-H, N-H и O-H, что позволяет количественно определять формы углерода, азота и воды. Кроме того, спектры диффузно отраженного света в ближней инфракрасной области корреляционно связаны с другими свойствами почв, такими как кислотность (pH), содержание кальция и магния.The closest in purpose and technical nature to the claimed device (prototype) is a mobile system of soil mapping according to measurements of reflectivity of the soil in the arable layer [26. US Patent Application US 2009/0112475, Apr. 30, 2009. Mobile soil mapping system for collecting soil reflectance measurements. IPC G01V 3/38]. The system comprises a frame towed behind the vehicle with support wheels, on which a supporting longitudinal strut-slider is mounted with a cutting tooth in the lower part. At the rear of the strut, on the parallel flat links mounted with the possibility of angular displacement, a soil reflectivity measuring unit is mounted. The links have the same length and are placed one above the other on the sides of the rack and block, forming parallelograms with them, which ensures a longitudinal (i.e., in the direction of movement) position of the measuring unit. In addition, these links are spring-loaded so that they tightly press the flat bottom of the measuring unit to the bottom of the gutter in the soil created by the slot-resistant stand with a cutting tooth. A wheel with a cutting rim is installed in front of the slider rack for cutting the remains of vegetation and creating a narrow gap in the soil. The working depth in the soil of the slot-rack with the measuring unit is regulated by a set of holes in the rack, with which the vertical distance of the slot-rack with the measuring unit relative to the frame is set in steps. In addition, to set the working depth of the rack-glue, as well as to remove it from the soil when moving in the transport position, the supporting wheels of the frame are made with the possibility of vertical lifting or lowering of the frame relative to the soil. A protective unit is mounted in the upper part of the gullet rack, which provides protection for the gleam rack and the measuring unit from breakdowns when hitting stones and other obstacles. For the purpose of protection, the rack is movably mounted on the frame using a transverse shaft and is connected by a rod to the end of a flat spring, the beginning of which is rigidly fixed to the frame. The protective mechanism has a geometry in which the spring ensures that the strut is held in working position with a force that, when hitting obstacles, transfers the spring to a second stable state, while the strut rotates around the shaft axis and deviates backward, leaving the soil. The measuring unit is hollow and elongated in the direction of movement. In the measuring unit there is a sensor for intra-ground reflection spectroscopy in the near infrared region of the spectrum and an infrared temperature sensor. A round sapphire window is made for the first sensor in the lower horizontal part of the block, which serves to measure diffuse optical reflection from the soil. A soil illumination source, a tungsten halogen lamp, is installed against the window inside the measuring unit, and the reflected light (in the near infrared region) is perceived by an optical receiver mounted at an acute angle to the axis of the light source and made in the form of optical lenses directing the reflected light into fiber optic cable connected to a near infrared spectrophotometer. The tight pressing of the bottom of the measuring unit with a sapphire window to the soil with the help of spring-loaded links provides self-cleaning of the optical window from dust and dirt during movement, and the use of sapphire increases resistance to abrasion and scratches. The back of the measuring unit is made open to the soil and has a niche in which a second sensor is installed - an infrared thermometer facing the soil with a sensing element. This thermometer is used to take into account the temperature dependence of the reflective characteristics of the soil. A spectrophotometer, a computer and a GPS satellite receiver are mounted on the frame. The mobile system is designed to determine the near-infrared spectral characteristics of the spectrum of the soil content of compounds containing functional groups C-H, N-H and O-H, which allows quantitative determination of the forms of carbon, nitrogen and water. In addition, the spectra of diffusely reflected light in the near infrared are correlated with other soil properties, such as acidity (pH), calcium and magnesium.

Достоинствами системы являются возможность измерения агрохимических характеристик почвы в движении на основе внутрипочвенной отражательной ближней инфракрасной спектроскопии с возможностью установки различных глубин измерения в пахотном слое, наличие узла защиты измерительного блока от поломки при наезде на камни и другие препятствия, обеспечение плотного контакта датчика оптического отражения с почвой. Недостатком системы является отсутствие датчиков измерения агрофизических характеристик почвы, что не позволяет оценить общее состояние почвы и определить взаимозависимость физических и химических характеристик почв, что необходимо для реализации многих технологий точного земледелия и решения исследовательских задач. Целесообразность измерения физических характеристик почв (электропроводности, диэлектрической проницаемости, температуры) отмечается в заявке на изобретение US 2009/0112475, однако технические решения, реализующие такие измерения, в заявке не описаны.The advantages of the system are the ability to measure the agrochemical characteristics of the soil in motion on the basis of subsoil reflective near infrared spectroscopy with the ability to set different measurement depths in the arable layer, the node to protect the measuring unit from breakage when hitting stones and other obstacles, ensuring tight contact of the optical reflection sensor with the soil . The disadvantage of the system is the lack of sensors for measuring the agrophysical characteristics of the soil, which does not allow assessing the general condition of the soil and determining the interdependence of the physical and chemical characteristics of soils, which is necessary for the implementation of many precision farming technologies and solving research problems. The feasibility of measuring the physical characteristics of soils (electrical conductivity, permittivity, temperature) is noted in the application for invention US 2009/0112475, however, technical solutions that implement such measurements are not described in the application.

Общими признаками заявляемого устройства с прототипом являются: несущая рама, соединенная со средством перемещения по полю; опорный элемент, установленный на раме и определяющий ее положение над почвой; размещенный на раме нож-щелерез, создающий при движении продольный щелевой канал в почве; измерительный блок с измерительными датчиками, выполненный вытянутым вдоль направления движения, одинаковой толщины с ножом-щелерезом и установленный за ним в направлении движения узел ступенчатой регулировки глубины положения измерительного блока в продольном щелевом канале при движении по полю; узел защиты измерительного блока от повреждения при наезде ножа-щелереза на препятствия; блок управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, бортовой компьютер и приемник системы геопозиционирования для регистрации измерительной информации и картирования.Common signs of the claimed device with the prototype are: a supporting frame connected to a means of moving around the field; supporting element mounted on the frame and determining its position above the soil; a slit-knife placed on the frame, creating a longitudinal slotted channel in the soil during movement; a measuring unit with measuring sensors, made elongated along the direction of travel, of the same thickness with a slit-knife and mounted behind it in the direction of movement, a stepwise adjustment unit for measuring the depth of the position of the measuring unit in the longitudinal slot channel when moving along the field; the unit of protection of the measuring unit from damage when the knife-slitherese hitting obstacles; unit for measuring control, collection and conversion of measurement information, an on-board computer and a receiver of the geolocation system for recording measurement information and mapping.

Изобретение решает задачу создания мобильного устройства для одновременного внутрипочвенного измерения в движении и картирования комплекса агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы, включающего агрофизические и агрохимические характеристики, что позволит расширить номенклатуру получаемой информации о пространственно-временной неоднородности характеристик почв и повысить на ее основе эффективность управления технологиями точного земледелия.The invention solves the problem of creating a mobile device for simultaneous intra-soil measurement in motion and mapping a complex of agrotechnological characteristics of the arable soil layer, including agrophysical and agrochemical characteristics, which will expand the range of information on the spatio-temporal heterogeneity of soil characteristics and increase the efficiency of managing precision farming technologies on its basis .

Сущность заявляемого изобретения во всех формах его выполнения выражается в следующей совокупности существенных признаков.The essence of the claimed invention in all forms of its implementation is expressed in the following set of essential features.

Устройство для внутрипочвенного измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении, содержащее несущую раму, соединенную со средством передвижения по полю, опорный элемент, установленный на раме и определяющий ее положение над почвой, размещенный на раме нож-щелерез, создающий при движении продольный щелевой канал в почве, измерительный блок с измерительными датчиками, выполненный вытянутым вдоль направления движения, одинаковой толщины с ножом-щелерезом и установленный за ним в направлении движения, узел ступенчатой регулировки глубины положения измерительного блока в продольном щелевом канале при движении по полю, узел защиты измерительного блока от повреждения при наезде ножа-щелереза на препятствия, блок управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, бортовой компьютер и приемник системы геопозиционирования для регистрации измерительной информации и картирования, отличающееся от прототипа тем, что корпус измерительного блока выполнен в виде монолитной металлической пластины с заостренной и скошенной сверху вниз-назад лобовой передней кромкой и жестко соединен с несущей рамой передней и задней стойками, при этом датчики врезаны в измерительный блок и размещены на его боковых стенках вдоль общей прямой линии с одинаковой глубиной расположения чувствительных (воспринимающих) элементов датчиков от поверхности почвы, опорный элемент выполнен в виде размещенной над измерительным блоком опорной лыжи, шарнирно соединенной с установленной на несущей раме стойкой, причем эта стойка закреплена на несущей раме с возможностью ступенчатого изменения задаваемого расстояния между подошвой опорной лыжи и прямой горизонтальной линией с одинаковой глубиной расположения чувствительных элементов датчиков в измерительном блоке от поверхности почвы, вышеуказанный нож-щелерез, установленный на раме перед измерительным блоком, имеет осевое соединение с рамой, обеспечивающее образование общей вертикальной продольной плоскости симметрии с измерительным блоком, и выполненное с возможностью регулирования углового положения ножа-щелереза в этой плоскости, при этом нож с режущей кромкой имеет длину, обеспечивающую создание щелевого канала в почве глубиной, достаточной для погружения измерительного блока до упора опорной лыжи о поверхность почвы при любом задаваемом расстоянии между подошвой лыжи и горизонтальной линией положения датчиков и любом задаваемом угле установки ножа-щелереза, а верхняя концевая часть ножа-щелереза, расположенная по другую сторону осевого соединения, зафиксирована предохранительным срезным болтом в имеющемся на раме узле ступенчатой фиксации углового положения ножа-щелереза, причем этот узел снабжен упором для фиксации положения лезвия ножа-щелереза вдоль лобовой кромки измерительного блока при наезде на камень и срезании предохранительного фиксирующего болта, кроме того, для удержания измерительного блока в вертикальной плоскости его симметрии, совпадающей с направлением движения устройства, несущая рама снабжена жесткой сцепкой для соединения со средством передвижения по полю.A device for intra-soil measurement of the agrotechnological characteristics of the arable layer of soil in motion, containing a supporting frame connected to a means of transportation on the field, a support element mounted on the frame and determining its position above the soil, placed on the frame is a slit knife, which creates a longitudinal slotted channel in motion soil, a measuring unit with measuring sensors, made elongated along the direction of movement, of the same thickness with a slit knife and installed behind it in the direction of movement, unit step-by-step adjustment of the depth of the position of the measuring unit in the longitudinal slot channel when moving across the field, the node protecting the measuring unit from damage when the knife-cherez is hit by obstacles, the control unit for measuring, collecting and converting measurement information, the on-board computer and the receiver of the geolocation system for recording measurement information mapping, different from the prototype in that the housing of the measuring unit is made in the form of a monolithic metal plate with a pointed and beveled light xy down and back with the frontal leading edge and rigidly connected to the supporting frame by the front and rear racks, while the sensors are embedded in the measuring unit and placed on its side walls along a common straight line with the same depth of the sensing (sensing) elements of the sensors from the soil surface, supporting the element is made in the form of a support ski placed above the measuring unit, pivotally connected to a rack mounted on a carrier frame, and this rack is mounted on the carrier frame with the possibility of step change If the specified distance between the bottom of the support ski and a straight horizontal line with the same depth of the sensing elements of the sensors in the measuring unit is from the soil surface, the aforementioned slit knife installed on the frame in front of the measuring unit has an axial connection with the frame, providing the formation of a common vertical longitudinal plane of symmetry with a measuring unit, and made with the possibility of adjusting the angular position of the slit knife in this plane, the knife with a cutting edge and it has a length that provides the creation of a slotted channel in the soil with a depth sufficient to immerse the measuring unit until the support ski abuts against the soil surface at any given distance between the ski sole and the horizontal position line of the sensors and any given angle of installation of the glue knife, and the upper end part of the knife the slit, located on the other side of the axial connection, is fixed with a safety shear bolt in the node for stepwise fixing the angular position of the slit knife, which is available on the frame, this knot l is equipped with a stop for fixing the position of the blade of the glue-knife along the frontal edge of the measuring unit when hitting a stone and cutting off the safety locking bolt, in addition, to hold the measuring unit in the vertical plane of its symmetry, which coincides with the direction of movement of the device, the supporting frame is equipped with a rigid coupling for connections to the vehicle on the field.

В важном частном случае общей формы осуществления изобретения отличие от прототипа состоит в том, тем, что в качестве средства передвижения использован трактор с гидравлической системой увеличения сцепного веса, обеспечивающей постоянное задаваемое усилие прижатия опорной лыжи к почве при измерении агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении.In an important particular case of the general embodiment of the invention, the difference from the prototype consists in the fact that a tractor with a hydraulic system for increasing the grip weight is used as a means of transportation, which provides a constant preset force of pressing the supporting ski to the soil when measuring the agrotechnological characteristics of the arable soil layer in motion.

В другом важном частном случае общей формы осуществления изобретения отличие от прототипа состоит в том, что в качестве средства передвижения использован трактор с гидравлической системой, обеспечивающей заглубление устройства при движении до контакта опорной лыжи с почвой и дальнейший плавающий режим гидравлической системы без создания заглубляющего усилия на устройство, при этом на раме устройства установлен заглубляющий груз или короб для его размещения.In another important particular case of the general embodiment of the invention, the difference from the prototype is that a tractor with a hydraulic system is used as a means of transportation, allowing the device to penetrate when it moves to the contact of the support ski with the soil and further floating mode of the hydraulic system without creating a deepening force on the device , while on the device’s frame is installed a burial load or box for its placement.

В частном случае общей формы выполнения устройства, дающем возможность контролировать на дисплее компьютера заглубление измерительного блока в почву до упора опорной лыжи о почву, отличие от прототипа состоит в том, что стойка опорной лыжи выполнена телескопической с неподвижной частью, установленной на несущей раме с возможностью ступенчатого изменения расстояния между подошвой лыжи и датчиками, и подвижной частью, шарнирно соединенной с опорной лыжей, при этом стойка снабжена преобразователем силы прижатия опорной лыжи к почве в электрический сигнал, состоящим из нагрузочной Z-образной балки и тензочувствительного элемента, причем нагрузочная Z-образная балка соединена с подвижной и неподвижной частями телескопической стойки тягами, обеспечивающими растяжение балки под действием силы прижатия опорной лыжи к почве, а входные и выходные электрические цепи тензочувствительного элемента соединены с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.In the particular case of the general embodiment of the device, which makes it possible to control on the computer display the depth of the measuring unit in the soil until the support ski stops against the soil, the difference from the prototype is that the support ski stand is telescopic with a fixed part mounted on a supporting frame with the possibility of a step changes in the distance between the ski sole and the sensors, and the movable part, pivotally connected to the support ski, while the rack is equipped with a force transducer of pressing the support ski to the soil in the ale a critical signal consisting of a load Z-shaped beam and a strain gauge element, wherein the load Z-beam is connected to the movable and fixed parts of the telescopic stand by rods that stretch the beam under the force of pressing the support ski to the soil, and the input and output electrical circuits of the strain gauge connected to the unit for measuring control, collection and conversion of measurement information.

В важном частном случае общей формы воплощения устройства, когда устройство, как и прототип, содержит установленный в измерительном блоке оптический датчик внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение, включающий источник света, оптическое сапфировое окно для освещения почвы и пропускания отраженного от нее света, волоконно-оптический кабель для приема отраженного от почвы света и направления его в спектрометр, размещенный на раме устройства, отличие от прототипа состоит в том, что датчик выполнен в виде полого фотометрического цилиндра с круглым входным отверстием на плоском дне цилиндра, против которого размещено установленное на кольцевом держателе круглое оптическое сапфировое окно, врезанное с держателем в измерительный блок заподлицо с его боковой стенкой, цилиндр закрыт крышкой, на внутренней стороне которой расположен упомянутый источник света, состоящий из равномерно распределенных по окружности миниатюрных ламп накаливания, крышка имеет центральное отверстие, в котором закреплен входной торец волоконно-оптического кабеля, и охватывающий входной торец обод-экран, препятствующий прямому прохождению излучения ламп накаливания на вход волоконно-оптического кабеля, причем оси оптического сапфирового окна, входного отверстия на плоском дне цилиндра, центрального отверстия крышки, обода-экрана и центр окружности расположения ламп накаливания размещены на оси фотометрического цилиндра.In an important particular case of the general embodiment of the device, when the device, like the prototype, contains an optical sensor for ground-based visible - near infrared reflection spectroscopy installed in the measuring unit, including a light source, an optical sapphire window for illuminating the soil and transmitting light reflected from it, fiber -optical cable for receiving light reflected from the soil and directing it to the spectrometer located on the device frame, the difference from the prototype is that the sensor is made in the form of logo of the photometric cylinder with a round inlet on the flat bottom of the cylinder, against which a circular optical sapphire window mounted on a ring holder is placed, flush with the holder into the measuring unit flush with its side wall, the cylinder is closed by a lid, on the inside of which there is a light source consisting of of miniature incandescent lamps uniformly distributed around the circumference, the lid has a central hole in which the input end of the fiber optic cable is fixed, a rim-screen enclosing the input end, preventing the direct passage of incandescent lamp radiation to the input of the fiber-optic cable, the axis of the optical sapphire window, the inlet opening on the flat bottom of the cylinder, the center hole of the lid, the screen rim and the center of the circle of incandescent lamps are placed on the axis of the photometric cylinder.

В предпочтительном частном случае общей формы воплощения устройства отличие от прототипа состоит в том, что в измерительном блоке размещены помимо датчика оптической внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение, по крайней мере, один, либо несколько, либо все из нижеследующих датчиков агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы: емкостный или индуктивный датчик действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы, контактный датчик температуры почвы, датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, при этом датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, расположен последним в ряду датчиков от носовой части измерительного блока.In the preferred particular case of the general embodiment of the device, the difference from the prototype is that in addition to the sensor for optical intrasoil visible - near infrared spectroscopy for reflection, at least one, or several, or all of the following sensors of the agrotechnological characteristics of the arable layer are placed in the measuring unit soil: capacitive or inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, conductivity and moisture content of the soil, contact a soil temperature sensor, a horizontal soil penetration resistance sensor, or a horizontal soil penetration resistance sensor combined with a capacitive sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil sealed when moving by a horizontal penetration resistance sensor, while a horizontal soil penetration resistance sensor or a horizontal soil penetration resistance sensor combined with a capacitive sensor for measuring the electrophysical characteristics of soil compacted when moving for tchikom horizontal penetration resistance is located in the last row of sensors from the bow of the measuring unit.

В частной форме воплощения устройства - при использовании в измерительном блоке емкостного датчика действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы - отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что этот датчик выполнен в виде двух одинаковых расположенных соосно заподлицо с боковыми стенками измерительного блока круглых потенциальных электродов, изолированных кольцевыми диэлектрическими элементами от металлического монолитного корпуса измерительного блока, используемого в качестве корпусного электрода, при этом емкостный датчик подключен к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, выходы которого связаны с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.In a particular embodiment of the device — when using the capacitive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil in the measuring unit — the difference between the proposed device and the prototype is that this sensor is made in the form of two identical coaxially flush with the side walls of the measuring a block of round potential electrodes isolated by ring dielectric elements from a metal monolithic body and Tonnage block used as the body of the electrode, wherein the capacitive sensor is connected to the input of the bicomponent dielcometric transducer, outputs of which are connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data.

В одной из частных конкретных форм реализации заявляемого устройства, использующей в измерительном блоке емкостный датчик, подключенный к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, отличие устройства от прототипа состоит в том, что двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь выполнен по схеме амплитудно-фазового разделения сигналов, используемых для вычисления действительного компонента комплексной диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы, и содержит генератор синусоидального напряжения высокой частоты, к выходу которого подключен емкостный делитель, состоящий из постоянного конденсатора в верхнем плече и емкостного датчика в нижнем плече, к средней точке делителя подключен повторитель напряжения, выход которого связан с сигнальными входами двух фазовых детекторов, управляемых опорными напряжениями с выходов формирователей опорных напряжений, соединенных входами с выходом генератора синусоидального напряжения, при этом первый формирователь опорного напряжения, управляющий первым фазовым детектором, имеет на выходе опорное напряжение, синфазное с выходным напряжением высокочастотного генератора, а второй формирователь опорного напряжения, управляющий вторым фазовым детектором, имеет на выходе опорное напряжение, квадратурное по отношению к выходному напряжению высокочастотного генератора, вследствие чего постоянные напряжения на выходах детекторов пропорциональны синфазной и квадратурной с синусоидальным напряжением генератора составляющим напряжения на выходе делителя.In one particular particular embodiment of the inventive device using a capacitive sensor in the measuring unit connected to the input of a two-component dielcometer converter, the difference between the device and the prototype is that the two-component dielcometer converter is made according to the amplitude-phase separation of the signals used to calculate the actual component integrated permittivity and electrical conductivity of the soil, and contains a sinusoidal voltage generator high frequency, to the output of which a capacitive divider is connected, consisting of a constant capacitor in the upper arm and a capacitive sensor in the lower arm, a voltage follower is connected to the midpoint of the divider, the output of which is connected to the signal inputs of two phase detectors controlled by the reference voltages from the outputs of the reference drivers voltages connected by the inputs to the output of the sinusoidal voltage generator, while the first reference voltage driver controlling the first phase detector has the reference voltage in-phase with the output voltage of the high-frequency generator, and the second voltage driver, which controls the second phase detector, has an output reference voltage quadrature to the output voltage of the high-frequency generator, as a result of which the constant voltage at the outputs of the detectors is proportional to in-phase and quadrature with sinusoidal generator voltage component of the voltage at the output of the divider.

В другой частной конкретной форме реализации заявляемого устройства, использующей в измерительном блоке емкостный датчик, подключенный к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, отличие от прототипа состоит в том, что двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь выполнен в виде автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с управляемым напряжением усилением усилителя колебаний и каналом инерционной стабилизации амплитуды колебаний на линейном участке амплитудной характеристики управляемого усилителя, при этом к выходу управляемого усилителя подключен делитель резистор - параллельный колебательный контур с емкостным датчиком, средняя точка делителя подключена к входу управляемого усилителя с образованием цепи положительной обратной связи по напряжению, канал инерционной стабилизации амплитуды колебаний содержит амплитудный детектор выходного напряжения управляемого усилителя, источник опорного напряжения, схему сравнения выходного напряжения детектора с опорным напряжением и усилитель сигнала рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом управляемого усилителя с образованием петли отрицательной обратной связи по огибающей амплитуд колебаний, а двумя информационными выходными параметрами автогенератора служат частота автоколебаний и модуль коэффициента передачи выходного делителя либо частота автоколебаний и напряжение управления усилением управляемого усилителя.In another particular particular embodiment of the inventive device that uses a capacitive sensor in the measuring unit connected to the input of a two-component dielcometric converter, the difference from the prototype is that the two-component dielcometric converter is made in the form of a self-generated two-component dielcometric converter with voltage-controlled amplification of the oscillation amplifier channel and stabilization of the amplitude of oscillations in a linear section of the amplitude character the source of the controlled amplifier, while a resistor divider is connected to the output of the controlled amplifier - a parallel oscillatory circuit with a capacitive sensor, the midpoint of the divider is connected to the input of the controlled amplifier with the formation of a positive voltage feedback circuit, the inertial stabilization channel of the oscillation amplitude contains an amplitude detector of the output voltage of the controlled amplifier , a reference voltage source, a circuit for comparing the output voltage of the detector with a reference voltage and a signal amplifier p matching, the output of which is connected to the control input of the controlled amplifier with the formation of a negative feedback loop along the envelope of the oscillation amplitudes, and the oscillator frequency and the gain modulus of the output divider or the oscillation frequency and gain control voltage of the controlled amplifier are two information output parameters of the oscillator.

В одной из частных форм воплощения устройства - при использовании в измерительном блоке индуктивного датчика действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы, отличие от прототипа состоит в том, что этот индуктивный датчик выполнен в виде двух одинаковых установленных соосно в круглых окнах измерительного блока кольцевых катушек индуктивности, изолированных диэлектрическими элементами от металлического корпуса измерительного блока, при этом индуктивный датчик подключен к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, выходы которого связаны с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.In one particular embodiment of the device — when using the inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil in the measuring unit, the difference from the prototype is that this inductive sensor is made in the form of two identical coaxially mounted in the round measuring windows a block of ring inductors isolated by dielectric elements from the metal housing of the measuring unit, while the inductive yes the sensor is connected to the input of a two-component dielcometer converter, the outputs of which are connected to the unit for measuring control, collection and conversion of measurement information.

В важной частной форме воплощения устройства - при использовании в измерительном блоке контактного датчика температуры почвы, отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что этот датчик выполнен в виде двух одинаковых установленных соосно заподлицо с боковыми стенками измерительного блока круглых теплоприемников, теплоизолированных от металлического корпуса измерительного блока, а в теплоприемники вмонтированы термочувствительные измерительные преобразователи, подключенные к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.In an important particular embodiment of the device — when a soil temperature sensor is used in the measuring unit, the difference between the proposed device and the prototype is that this sensor is made in the form of two identical round heat sinks installed coaxially flush with the side walls of the measuring unit, insulated from the measuring metal case unit, and thermo-sensitive measuring transducers connected to the unit of measurement control, collection and conversion of measurement information.

В частной форме реализации устройства - при использовании в измерительном блоке датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, отличие устройства от прототипа состоит в том, что датчик сопротивления горизонтальной пенетрации имеет металлический чувствительный элемент с симметрично выступающими за стенки измерительного блока приемниками давления, который установлен в корпусе измерительного блока с возможностью продольного смещения под действием давления почвы на приемники давления при движении устройства в пахотном слое почвы, и преобразователь силы в электрический сигнал, состоящий из нагрузочной Z-образной балки и тензочувствительного элемента, при этом чувствительный элемент датчика пенетрации соединен с нагрузочной Z-образной балкой тягой, обеспечивающей растяжение балки под действием давления почвы на приемники давления, зазор чувствительного элемента с боковыми стенками измерительного блока заполнен эластичным герметиком, а входные и выходные цепи тензочувствительного элемента соединены с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.In a particular embodiment of the device — when a horizontal penetration resistance sensor is used in the measuring unit, the device differs from the prototype in that the horizontal penetration resistance sensor has a metal sensitive element with pressure receivers symmetrically protruding beyond the walls of the measuring unit, which is installed in the housing of the measuring unit with the possibility of longitudinal displacement under the influence of soil pressure on the pressure receivers when the device moves in the arable layer of soil, a force transducer into an electric signal, consisting of a load Z-shaped beam and a strain-sensing element, while the sensitive element of the penetration sensor is connected to the load Z-shaped beam by a rod, which provides tension of the beam under the action of soil pressure on pressure receivers, the gap of the sensitive element with the side walls of the measuring the unit is filled with an elastic sealant, and the input and output circuits of the strain-sensing element are connected to the unit for measuring control, collection and conversion of tion information.

В частной предпочтительной форме реализации устройства с датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации отличие от прототипа состоит в том, что приемники давления почвы чувствительного элемента датчика сопротивления горизонтальной пенетрации выполнены в форме трехгранных прямых призм с поперечными к направлению движения ребрами и с воспринимающими давление почвы гранями, расположенными под тупым углом к направлению движения устройства.In a particular preferred embodiment of the device with a horizontal penetration resistance sensor, the difference from the prototype is that the soil pressure receivers of the sensitive element of the horizontal penetration resistance sensor are made in the form of trihedral direct prisms with ribs transverse to the direction of movement and with edges perceiving the pressure of the soil located under blunt angle to the direction of movement of the device.

Развитием частной формы реализации устройства с датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации является устройство, в котором датчик сопротивления горизонтальной пенетрации совмещен с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации. Это устройство отличается от прототипа тем, что датчик сопротивления горизонтальной пенетрации совмещен с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, и имеет приемники давления чувствительного элемента датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, выполненные в форме четырехгранных прямых призм с поперечными к направлению движения ребрами и с трапецеидальным сечением в горизонтальной плоскости, при этом грани призм, воспринимающие давление почвы, расположены под тупым углом к направлению движения устройства, а в грани, параллельные боковым стенкам измерительного блока, через изоляторы заподлицо врезаны потенциальные электроды датчика измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, при этом потенциальные электроды этого датчика и корпус измерительного блока подключены к измерительному преобразователю электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, а выход этого преобразователя соединен с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.The development of a particular form of implementation of a device with a horizontal penetration resistance sensor is a device in which the horizontal penetration resistance sensor is combined with a sensor for measuring the electrophysical characteristics of soil compacted when moving with a horizontal penetration resistance sensor. This device differs from the prototype in that the horizontal penetration resistance sensor is combined with the soil electrophysical measurements sensor, compacted when moving with the horizontal penetration resistance sensor, and has pressure receivers of the sensitive element of the horizontal penetration resistance sensor made in the form of tetrahedral direct prisms transverse to the direction of movement ribs and with a trapezoidal cross section in the horizontal plane, while the faces of prisms, perceiving pressure Soils are located at an obtuse angle to the direction of movement of the device, and potential electrodes of the sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil, sealed when moving with a horizontal penetration resistance sensor, are flush through the insulators parallel to the side walls of the measuring unit, while the potential electrodes of this sensor and the housing the measuring unit is connected to a measuring transducer of the electrophysical characteristics of the soil, compacted when moving with a resistance sensor horizontal penetration, and the output of this converter is connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data.

Отличие общей формы реализации предлагаемого устройства от прототипа состоит также в том, что оно снабжено датчиком скорости движения и пройденного пути, в частном случае выполненным в виде цилиндрического мерного колеса, установленного на подпружиненной вилке на задней части опорной лыжи с обеспечением контакта с поверхностью почвы, позади колеса на вилке расположен нож-скребок для очистки колеса от налипающей почвы, с внутренней стороны обода колеса вдоль образующей цилиндра вставлен стержневой постоянный магнит, намагниченный вдоль оси стержня, а в поле действия магнита на лыже установлен геркон, подключенный к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.The difference between the general form of implementation of the proposed device from the prototype also lies in the fact that it is equipped with a sensor for speed and distance traveled, in a particular case made in the form of a cylindrical measuring wheel mounted on a spring-loaded fork on the back of the support ski with contact with the soil surface behind wheel on a fork there is a knife-scraper for cleaning the wheel of sticking soil, a rod permanent magnet magnetized to the inside is inserted along the cylinder rim along the wheel rim s axis of the rod, and a field magnet mounted on the ski action reed switch connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data.

В альтернативной форме реализации предлагаемого устройства с датчиком скорости движения и пройденного пути отличие от прототипа состоит в том, что оно снабжено датчиком скорости движения и пройденного пути, выполненным в виде мерного колеса диаметром 40-70 см, установленного на шарнирной вилке в задней части несущей рамы в продольной плоскости устройства, на колесе между осью и ободом размещен по крайней мере один постоянный магнит, а на вилке закреплен геркон, взаимодействующий с магнитом при вращении колеса и подключенный к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.In an alternative form of implementation of the proposed device with a speed sensor and the distance traveled, the difference from the prototype is that it is equipped with a speed and distance sensor made in the form of a measuring wheel with a diameter of 40-70 cm mounted on a hinge fork in the rear of the carrier frame at least one permanent magnet is placed on the wheel between the axis and the rim in the longitudinal plane of the device, and a reed switch is mounted on the fork, which interacts with the magnet when the wheel rotates and is connected to the control unit measurement, collection and conversion of measurement information.

Еще одно отличие общей формы воплощения устройства от прототипа состоит в том, что оно снабжено соединенными с несущей рамой опорными стойками, выполненными с возможностью установки их в вертикальное положение при отсоединении устройства от средства передвижения и хранении и имеющими длину, обеспечивающую вертикальное положение устройства без касания ножом-щелерезом и измерительным блоком опорной поверхности для их защиты от поломок и упрощения сочленения устройства со средством передвижения с помощью жесткой сцепки, при этом стойки выполнены с возможностью переустановки их и фиксации в горизонтальном положении после сцепки устройства со средством передвижения для проведения измерений в движении.Another difference between the general form of the embodiment of the device and the prototype is that it is equipped with support racks connected to the supporting frame, arranged to install them in a vertical position when the device is disconnected from the vehicle and stored and having a length that ensures the vertical position of the device without touching the knife - through the slot and the measuring block of the supporting surface to protect them from breakdowns and to simplify the articulation of the device with the vehicle using a rigid coupling, while adapted to reinstall them and fixing in a horizontal position after the coupler unit with the vehicle for measurement in motion.

Достигаемый технический результат состоит, прежде всего, в расширении арсенала технических средств, предназначенных для измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении, что необходимо для управления технологиями точного земледелия. Предложенное устройство обеспечивает одновременное измерение комплекса взаимосвязанных агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы на ступенчато устанавливаемых глубинах 10…35 см при скорости движения до 5 км/ч. Благодаря комплексированию измерений информация о всех измеряемых агротехнологических характеристиках пахотного слоя почвы снимается и регистрируется одновременно в одной и той же точке поля, что позволяет использовать ее для построения моделей и исследования многопараметрических закономерностей в характеристиках почв. Благодаря комплексированию открывается возможность косвенного определения по моделям важных агротехнологических характеристик, не измеряемых непосредственно датчиками: плотность сложения сухой почвы, электропроводность почвенной воды, возможность интерпретации результатов измерения сопротивления горизонтальной пенетрации с учетом влагосодержания почвы, а также возможность коррекции влияния скорости движения устройства на показания датчиков температуры и сопротивления горизонтальной пенетрации. Устройство обеспечивает возможность электронного картирования полей по комплексу одновременно измеряемых и определяемых по моделям агрофизических и агрофизических параметров почвы, что расширяет возможности исследования пространственно-временной неоднородности полей и повышает эффективность управления технологиями точного земледелия. Кроме того, накопление массивов измерительной информации по комплексу одновременно измеряемых и определяемых параметров для различных видов почв станет основой выявления новых закономерностей и связей агротехнологических характеристик почв, что послужит основой совершенствования управления технологическими процессами обработки почв и выращивания сельскохозяйственных культур. Комплексирование измерений уменьшает антропогенную нагрузку на почву при проведении измерений по сравнению с ситуацией проведения группы отдельных несвязанных измерений и повышает производительность и снижает стоимость измерения отдельных агротехнологических характеристик.Achievable technical result consists, first of all, in expanding the arsenal of technical tools designed to measure the agrotechnological characteristics of the arable layer of soil in motion, which is necessary for managing precision farming technologies. The proposed device provides simultaneous measurement of a set of interrelated agrotechnological characteristics of the arable soil layer at stepwise set depths of 10 ... 35 cm at a speed of up to 5 km / h. Due to the integration of measurements, information on all measured agrotechnological characteristics of the arable soil layer is recorded and recorded simultaneously at the same point in the field, which allows it to be used to build models and study multi-parameter patterns in soil characteristics. Thanks to integration, it is possible to indirectly determine by model important agrotechnological characteristics that are not directly measured by sensors: the density of the dry soil, the conductivity of soil water, the ability to interpret the results of horizontal penetration resistance taking into account the moisture content of the soil, and the ability to correct the influence of the speed of the device on the temperature sensors and horizontal penetration resistance. The device provides the ability to electronically map fields using a complex of simultaneously measured and determined by models of agrophysical and agrophysical soil parameters, which expands the possibilities of studying spatio-temporal heterogeneity of fields and increases the efficiency of precision farming technology management. In addition, the accumulation of arrays of measurement information on a complex of simultaneously measured and determined parameters for different types of soils will become the basis for identifying new patterns and relationships of soil agrotechnological characteristics, which will serve as the basis for improving the management of technological processes of soil processing and growing crops. Combining measurements reduces the anthropogenic load on the soil during the measurements as compared with the situation when a group of separate unrelated measurements is carried out and increases productivity and reduces the cost of measuring individual agrotechnological characteristics.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:

- на фиг.1 представлен внешний вид общей формы реализации устройства, соединенного со средством передвижения по полю, в соответствии с заявляемым изобретением;- figure 1 presents the appearance of the General form of implementation of the device connected to the vehicle on the field, in accordance with the claimed invention;

- фиг.2 изображает аксонометрическую диметрическую проекцию общей формы реализации устройства;- figure 2 depicts an axonometric dimetric projection of the General form of implementation of the device;

- фиг.3 отражает конструктивное выполнение ножа-щелереза, а также узла установки угла резания и защиты измерительного блока при наезде на камни;- figure 3 reflects the design of the knife-slitherez, as well as the site of the installation of the cutting angle and the protection of the measuring unit when running over stones;

- на фиг.4 представлена конструкция телескопической стойки опорной лыжи, снабженной тензометрическим преобразователем силы прижатия опорной лыжи к почве в электрический сигнал в соответствии с п.4 формулы изобретения;- figure 4 presents the design of the telescopic strut of the supporting ski, equipped with a strain gauge transducer of the pressing force of the supporting ski to the soil into an electrical signal in accordance with paragraph 4 of the claims;

- на фиг.5 дан профильный разрез оптического датчика внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение с оптическим окном, расположенным на боковой стенке измерительного блока, в соответствии с п.5 формулы изобретения;- figure 5 is a sectional view of an optical sensor of the subsoil visible - near infrared reflection spectroscopy with an optical window located on the side wall of the measuring unit, in accordance with paragraph 5 of the claims;

- на фиг.6 представлен измерительный блок с базовой комплектацией измерительных датчиков для предпочтительной формы воплощения заявляемого устройства;- Fig.6 shows a measuring unit with a basic set of measuring sensors for a preferred embodiment of the inventive device;

- на фиг.7 изображено конструктивное выполнение емкостного датчика действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы в соответствии с п.7 формулы изобретения;- Fig.7 shows a structural embodiment of a capacitive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil in accordance with paragraph 7 of the claims;

- на фиг.8 представлена блок-схема двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с емкостным датчиком, выполненного по принципу амплитудно-фазового разделения сигналов, используемых для вычисления действительного компонента комплексной диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы, в соответствии с п.8 формулы изобретения;- on Fig presents a block diagram of a two-component dielcometric Converter with a capacitive sensor, made on the principle of amplitude-phase separation of the signals used to calculate the real component of the complex dielectric constant and electrical conductivity of the soil, in accordance with paragraph 8 of the claims;

- на фиг.9 представлен пример построения двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с емкостным датчиком в виде автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с инерционной стабилизацией амплитуды колебаний по патенту РФ №2361226, МПК G01R 27/26, G01N 27/02, приоритет 28.09.2007, зарегистрирован 10.07.2009, - в соответствии с п.9 формулы изобретения;- figure 9 shows an example of the construction of a two-component dielcometric converter with a capacitive sensor in the form of a self-generating two-component dielcometric converter with inertial stabilization of the amplitude of oscillations according to the RF patent No. 2361226, IPC G01R 27/26, G01N 27/02, priority date 28.09.2007, registered on 10.07. 2009, - in accordance with paragraph 9 of the claims;

- фиг.10 дает градуировочную характеристику автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с емкостным датчиком как измерителя диэлектрических характеристик (действительного компонента ε' КДП и электропроводности σ) и объемного влагосодержания θ почвы в координатах выходных параметров автогенераторного ДДП (частоты автоколебаний fOSC и напряжения управления усилением UУП управляемого усилителя);- figure 10 gives the calibration characteristic of a self-generating two-component dielcometric transducer with a capacitive sensor as a meter of dielectric characteristics (real component ε 'of the DCC and conductivity σ) and volumetric moisture content θ of the soil in the coordinates of the output parameters of the self-generating DCF (self-oscillation frequency f OSC and voltage control gain U U UP controlled amplifier);

- фиг.11 изображает конструктивное выполнение индуктивного датчика действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы в соответствии с п.10 формулы изобретения;- 11 depicts a structural embodiment of an inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil in accordance with paragraph 10 of the claims;

- на фиг.12 представлен двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь с индуктивным датчиком, выполненный в виде автогенераторного преобразователя с управляемым напряжением усилением усилителя колебаний и каналом инерционной стабилизации амплитуды колебаний (построенный в соответствии с патентом РФ №2361226);- Fig.12 shows a two-component dielcometric converter with an inductive sensor, made in the form of a self-oscillating converter with a voltage-controlled amplification of the oscillation amplifier and an inertial stabilization channel of the oscillation amplitude (constructed in accordance with RF patent No. 2361226);

- на фиг.13 приведены расчетные градуировочные характеристики автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с индуктивным датчиком, выполненного по функциональной схеме фиг.12, как измерителя действительного компонента ε' КДП и электропроводности σ тестируемого материала, в координатах выходных параметров автогенераторного преобразователя: частоты автоколебаний fOSC и модуля коэффициента передачи kД выходного делителя;- Fig. 13 shows the calculated calibration characteristics of a self-generating two-component dielcometric transducer with an inductive sensor, made according to the functional diagram of Fig. 12, as a meter of the actual component ε 'of the KDP and electrical conductivity σ of the test material, in the coordinates of the output parameters of the self-generating transducer: oscillation frequency f OSC and transmission coefficient module k D of the output divider;

- фиг.14 изображает конструктивное выполнение датчика температуры по пункту 11 формулы изобретения;- Fig.14 depicts a structural embodiment of the temperature sensor according to paragraph 11 of the claims;

- на фиг.15 представлены градуировочные характеристики термочувствительных измерительных преобразователей - кремниевых полупроводниковых преобразователей температуры с положительным температурным коэффициентом TD-5 компании Honey-well, установленных в датчике температуры, в виде зависимости температуры преобразователя от их сопротивления для двух преобразователей, установленных в датчике температуры;- Fig. 15 shows the calibration characteristics of thermosensitive measuring transducers - silicon semiconductor temperature transducers with a positive temperature coefficient TD-5 of Honey-well company installed in the temperature sensor, in the form of the dependence of the temperature of the converter on their resistance for two transducers installed in the temperature sensor;

- на фиг.16 приведен график, поясняющий методику определения динамической погрешности измерения температуры, вызванной нагревом датчика температуры вследствие трения о почву при движении, и методику определения инерционности (постоянной времени τ) датчика температуры, находящегося в контакте с почвой (а), и экспериментально полученные графики экспоненциального убывания температуры датчика при остановке мобильного устройства после продолжительного движения с постоянной скоростью (б);- Fig. 16 is a graph explaining a method for determining the dynamic error of temperature measurement caused by heating of the temperature sensor due to friction against the soil during movement, and a method for determining the inertia (time constant τ) of a temperature sensor in contact with the soil (a), and experimentally the obtained graphs of the exponential decrease in the temperature of the sensor when the mobile device stops after continuous movement at a constant speed (b);

- фиг.17 изображает построение датчика сопротивления горизонтальной пенетрации по п.12 формулы изобретения;- Fig. 17 depicts the construction of a horizontal penetration resistance sensor according to claim 12;

- на фиг.18 изображена конструкция чувствительного элемента датчика сопротивления горизонтальной пенетрации с приемниками давления почвы, выполненными в форме трехгранных прямых призм с воспринимающими давление почвы гранями, расположенными под тупым углом к направлению движения устройства, в соответствии с п.13 формулы изобретения;- Fig.18 shows the design of the sensor element of the horizontal penetration resistance sensor with soil pressure receivers made in the form of trihedral direct prisms with edges sensing soil pressure located at an obtuse angle to the direction of movement of the device, in accordance with paragraph 13 of the claims;

- на фиг.19 представлены градуировочные характеристики датчика сопротивления горизонтальной пенетрации;- Fig.19 shows the calibration characteristics of the resistance sensor horizontal penetration;

- на фиг.20 приведено схематическое устройство датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, который совмещен с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, и имеет приемники давления чувствительного элемента датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, выполненные в форме четырехгранных прямых призм, в соответствии с п.14 формулы изобретения;- Fig. 20 shows a schematic diagram of a horizontal penetration resistance sensor, which is combined with a sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil, compacted when moving with a horizontal penetration resistance sensor, and has pressure receivers of the sensitive element of the horizontal penetration resistance sensor made in the form of tetrahedral direct prisms, in accordance with claim 14 of the claims;

- фиг.21 отражает конструкцию датчика скорости и пройденного пути, установленного на опорной лыже, по п.15 формулы изобретения;- Fig.21 reflects the design of the speed sensor and the distance traveled, mounted on a supporting ski, according to paragraph 15 of the claims;

- на фиг.22 представлена альтернативная конструкция датчика скорости и пройденного пути в виде мерного колеса, установленного на шарнирной вилке в задней части несущей рамы устройства, согласно п.16 формулы изобретения.- on Fig presents an alternative design of the speed sensor and the distance traveled in the form of a measuring wheel mounted on a hinge fork in the rear of the carrier frame of the device, according to paragraph 16 of the claims.

- фиг.23 представляет размещение на несущей раме опорных стоек, выполненных с возможностью их установки и фиксации в вертикальном положении при размещении устройства на площадке хранения и в горизонтальном положении при использовании устройства для измерений, в соответствии с п.17 формулы изобретения;- Fig.23 represents the placement on the supporting frame of the support racks made with the possibility of their installation and fixing in a vertical position when placing the device on the storage site and in a horizontal position when using the measuring device, in accordance with paragraph 17 of the claims;

- на фиг.24 изображена схема микроконтроллерного блока управления измерениями, сбора и регистрации измерительной информации заявляемого мобильного устройства, а также общая структурная схема измерений агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении с использованием заявляемого устройства с привязкой результатов измерений к календарному времени и географическим координатам места и выводом измеренных данных на бортовой компьютер.- Fig.24 shows a diagram of a microcontroller unit for measuring control, collection and registration of measurement information of the inventive mobile device, as well as the general structural diagram of the measurements of the agrotechnological characteristics of the arable soil layer in motion using the inventive device with reference to the calendar time and geographical coordinates of the place and output of measured data to the on-board computer.

Устройство для измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении во всех формах его воплощения (фиг.1, 2) содержит несущую раму 1, соединенную со средством передвижения по полю 2, опорный элемент 3, установленный на раме 1 и определяющий ее положение над почвой (уровень почвы L1 на фиг.1). На раме 1 размещен нож-щелерез 4, создающий при движении продольный щелевой канал в почве, и измерительный блок 5 с измерительными датчиками 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, выполненный вытянутым вдоль направления движения. Измерительный блок 5 имеет толщину, одинаковую с толщиной ножа-щелереза 4, и установлен за ним в направлении движения. Устройство снабжено узлом 7 ступенчатой регулировки глубины положения измерительного блока в продольном щелевом канале при движении по полю, а также узлом защиты (8 на фиг.1 и 3) измерительного блока 5 от повреждения при наезде ножа-щелереза 4 на препятствия. Кроме того, устройство оснащено блоком 9 управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, бортовым компьютером 10 и приемником с антенной 11 системы геопозиционирования для регистрации измерительной информации и картирования. В отличие от прототипа корпус измерительного блока 5 выполнен в виде монолитной металлической пластины из нержавеющей стали с заостренной и скошенной сверху вниз назад лобовой передней кромкой и жестко соединен с несущей рамой 1 передней 12 и задней 13 стойками. Датчики 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 врезаны в измерительный блок 5 и размещены на его боковых стенках вдоль общей прямой линии (L2 на фиг.1) с одинаковой глубиной D2 расположения чувствительных (воспринимающих) элементов датчиков от поверхности почвы (L1 на фиг.1). Опорный элемент 3 выполнен в виде размещенной над измерительным блоком 5 опорной лыжи, шарнирно соединенной с установленной на несущей раме 1 стойкой 14, причем эта стойка закреплена на несущей раме с возможностью ступенчатого изменения задаваемого расстояния D2 между подошвой опорной лыжи и прямой горизонтальной линией L2 с одинаковой глубиной расположения чувствительных элементов датчиков 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 в измерительном блоке 5 от поверхности почвы L1. Ступенчатое изменение расстояния D2 достигнуто выполнением узла ступенчатой регулировки 7 в виде стойки 14 с отверстиями 15 (фиг.2) и фиксирующего болта (поперечного фиксатора) 16, при этом стойка 14 установлена на раме 1 с возможностью вертикального перемещения между направляющими 17-1, 17-2, 17-3, 17-4 (фиг.2). Преимущественным расстоянием между отверстиями является 5 см, что позволяет менять расстояние датчиков от поверхности почвы (расстояние D2 на фиг.1) через 5 см и задавать D2 преимущественно равным 15, 20, 25, 30, 35 см, т.е. в пределах пахотного слоя почвы. Нож-щелерез 4, установленный на раме 1 перед измерительным блоком 5, имеет осевое соединение 18 с рамой 1, обеспечивающее образование общей вертикальной продольной плоскости симметрии с измерительным блоком 5 и выполненной с возможностью регулирования углового положения ножа-щелереза в этой плоскости (фиг.1, 3). Нож-щелерез 4 с режущей кромкой 19 имеет длину, обеспечивающую создание щелевого канала в почве глубиной, достаточной для погружения измерительного блока 5 до упора опорной лыжи 3 о поверхность почвы L1 при любом задаваемом расстоянии D2 между подошвой лыжи и горизонтальной линией L2 положения датчиков (фиг.1). Для регулирования углового положения ножа-щелереза 4 его верхняя концевая часть, расположенная по другую сторону осевого соединения 18, размещена между двумя жестко установленными на несущей раме 1 продольными пластинами 20, в которых выполнены отверстия 21 (фиг.1, фиг.3), совпадающие с поперечным отверстием в концевой части ножа-щелереза 4 при изменении углового положения ножа-щелереза на каждые 10 градусов в диапазоне от +30 до -30 градусов (положительные углы соответствуют смещению нижнего конца ножа-щелереза в направлении движения). Выбор углового положения ножа-щелереза обеспечивается фиксацией болтом, проходящим через соответствующие выбранному угловому положению отверстия 21 в пластинах 20 и отверстие в верхней концевой части ножа-щелереза 4 (болт показан на фиг.3). Этот болт выполнен предохранительным срезным. Срезание болта происходит при наезде устройства на препятствия. В этом случае верхняя концевая часть ножа-щелереза 4 ложится на упор 22 (фиг.3) и лезвие ножа 19 занимает положение, параллельное лобовой кромке измерительного блока 5. В этом положении средство передвижения 2 перетаскивает устройство через препятствие, после чего необходима установка нового срезного болта для установки ножа-щелереза 4 в желаемое угловое положение для продолжения полевых измерений в движении. В качестве срезных болтов могут использоваться болты из твердого дюралюминия или пустотелые стальные болты. Для удержания измерительного блока 5 в вертикальной плоскости его симметрии, совпадающей с направлением движения устройства, несущая рама 1 снабжена жесткой сцепкой 23 для соединения устройства со средством передвижения 2 по полю.A device for measuring the agrotechnological characteristics of the arable layer of soil in motion in all forms of its embodiment (Figs. 1, 2) contains a supporting frame 1 connected to a vehicle on field 2, a supporting element 3 mounted on frame 1 and determining its position above the soil ( soil level L1 in figure 1). On the frame 1 there is a slit-knife 4, which creates a longitudinal slotted channel in the soil during movement, and a measuring unit 5 with measuring sensors 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, made elongated along the direction of movement. The measuring unit 5 has a thickness equal to the thickness of the slit knife 4, and is installed behind it in the direction of movement. The device is equipped with a node 7 for stepwise adjustment of the depth of the position of the measuring unit in the longitudinal slot channel when moving across the field, as well as a protection unit (8 in FIGS. 1 and 3) of the measuring unit 5 from damage when the slit knife 4 collides with obstacles. In addition, the device is equipped with a unit 9 for measuring control, collection and conversion of measurement information, an on-board computer 10 and a receiver with an antenna 11 for the location system for recording measurement information and mapping. Unlike the prototype, the housing of the measuring unit 5 is made in the form of a monolithic metal plate made of stainless steel with a pointed frontal front edge slanted and beveled from top to bottom and rigidly connected to the supporting frame 1 by the front 12 and rear 13 racks. Sensors 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 are embedded in the measuring unit 5 and placed on its side walls along a common straight line (L2 in FIG. 1) with the same depth D2 of the arrangement of sensitive (sensing) sensor elements from soil surface (L1 in figure 1). The support element 3 is made in the form of a support ski placed above the measuring unit 5, pivotally connected to a rack 14 mounted on the carrier frame 1, and this rack is mounted on the carrier frame with the possibility of stepwise changing the set distance D2 between the base of the support ski and the straight horizontal line L2 with the same the depth of the arrangement of the sensitive elements of the sensors 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 in the measuring unit 5 from the soil surface L1. A stepwise change in the distance D2 is achieved by performing a stepwise adjustment unit 7 in the form of a rack 14 with holes 15 (FIG. 2) and a fixing bolt (transverse lock) 16, while the rack 14 is mounted on the frame 1 with the possibility of vertical movement between the rails 17-1, 17 -2, 17-3, 17-4 (figure 2). The preferred distance between the holes is 5 cm, which allows you to change the distance of the sensors from the soil surface (distance D2 in FIG. 1) through 5 cm and set D2 to predominantly equal to 15, 20, 25, 30, 35 cm, i.e. within the arable layer of the soil. The slit knife 4 mounted on the frame 1 in front of the measuring unit 5 has an axial connection 18 with the frame 1, which provides the formation of a common vertical longitudinal plane of symmetry with the measuring unit 5 and is configured to adjust the angular position of the slit knife in this plane (Fig. 1 , 3). The slit knife 4 with a cutting edge 19 has a length that provides the creation of a slotted channel in the soil with a depth sufficient to immerse the measuring unit 5 until the support ski 3 abuts against the soil surface L1 at any given distance D2 between the ski sole and the horizontal position line L2 of the sensors (Fig. .one). To adjust the angular position of the slit-cutting knife 4, its upper end part, located on the other side of the axial joint 18, is placed between two longitudinal plates 20 rigidly mounted on the supporting frame 1, in which holes 21 are made (Fig. 1, Fig. 3), matching with a transverse hole in the end of the slit knife 4 when changing the angular position of the slit knife for every 10 degrees in the range from +30 to -30 degrees (positive angles correspond to the displacement of the lower end of the slit knife in the direction of movement). The choice of the angular position of the slit knife is ensured by fixing with a bolt passing through the holes 21 in the plates 20 corresponding to the selected angular position and the hole in the upper end part of the slit-knife 4 (the bolt is shown in FIG. 3). This bolt is made of safety shear. Cutting the bolt occurs when the device hits an obstacle. In this case, the upper end part of the slit knife 4 rests on the stop 22 (Fig. 3) and the blade of the knife 19 occupies a position parallel to the frontal edge of the measuring unit 5. In this position, the vehicle 2 drags the device through the obstacle, after which a new shear is needed bolts for installing the slit-cutting knife 4 in the desired angular position to continue field measurements in motion. Solid shear bolts or hollow steel bolts can be used as shear bolts. To hold the measuring unit 5 in the vertical plane of its symmetry, coinciding with the direction of movement of the device, the carrier frame 1 is equipped with a rigid coupling 23 for connecting the device with the vehicle 2 in the field.

Устройство работает следующим образом. С помощью сцепки 23 (фиг.1, 2, 3) устройство жестко навешивают на средство передвижения 2, преимущественно на трактор, снабженный узлом стандартной сцепки. С помощью гидравлической системы управления прицепными орудиями (рычаги 24 на фиг.1) устройство вывешивают над землей, рычагом 14 с отверстиями 15 (фиг.2) и поперечным фиксатором 16 задают одно из ступенчато изменяемых значений расстояния D2 между подошвой опорной лыжи 3 и горизонтальной линией L2 расположения датчиков в измерительном блоке, а также устанавливают нож-щелерез 4 в одно из фиксированных положений пропусканием срезного болта через соответствующие отверстия 21 в фиксирующих пластинах 20 и отверстие в концевой части ножа-щелереза. Включают электрическое питание датчиков, блока 9 управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, бортового компьютера и бортовым компьютером 10 и приемника 11 системы геопозиционирования (блок 164 на фиг.24) и начинают движение по полю, производя с помощью гидравлической системы заглубление измерительного блока 5 до упора опорной лыжи 3 о поверхность почвы. При этом блок управления измерениями 9 производит периодический опрос датчиков измерительного блока 5 и запись измерительной информации в компьютер 10, куда поступают также данные приемника системы геопозиционирования с антенной 11 о значениях географических координат и скорости движения. Преимущественная периодичность опроса 0,5-2 с, скорость движения по полю 0,5-3 м/с. Для построения карт измеряемых параметров необходимо осуществлять движение по полю параллельными проходами с заданным фиксированным расстоянием между проходами. Для этого используют специально предназначенные для картирования и параллельного вождения приемники геопозиционирования, например комплект GPS-приемника CFX-750 TRIMBLE с соответствующим программным обеспечением и дисплеем, на котором поперечными к направлению движения стрелками показано, в какую сторону надо поворачивать руль трактора, чтобы не отклоняться от заданного параллельного прохода. Для повышения точности определения координат до единиц сантиметров используют дифференциальные поправки к показаниям приемника с помощью сигналов, передаваемых опорными корректирующими станциями. В простейших случаях картирование можно осуществить без использования приемника геопозиционирования путем разметки поля вешками и/или контроля направления движения компасом или гироскопом. В этих случаях для измерения скорости движения используют датчик скорости и пройденного пути, установленный непосредственно на устройстве (см. п.15, 16 формулы изобретения и соответствующий раздел описания). В случае наезда устройства на препятствия (крупные камни) удар ножа-щелереза вызывает срезание предохранительного болта, с помощью которого производится установка заданного угла ножа-щелереза путем введения в одну из пар отверстий 21 фиксирующих пластин 20 и в отверстие в верхней части ножа-щелереза. При этом верхняя часть ножа-щелереза ложится на упор 22 на раме 1 (фиг.3), а нож 4 занимает положение вдоль наклонной стойки 12 и скошенной передней стойки измерительного блока 5. В таком положении трактор перетаскивает устройство через препятствие, после чего необходима остановка трактора, подъем устройства над почвой с помощью гидравлической системы трактора, возвращение ножа-щелереза в прежнее угловое положение и установка нового срезного фиксирующего болта.The device operates as follows. Using the hitch 23 (figures 1, 2, 3), the device is rigidly hung on the vehicle 2, mainly on a tractor equipped with a standard hitch assembly. Using the hydraulic control system of trailed implements (levers 24 in Fig. 1), the device is hung above the ground, a lever 14 with holes 15 (Fig. 2) and a transverse lock 16 define one of the stepwise variable values of the distance D2 between the bottom of the support ski 3 and the horizontal line L2, the location of the sensors in the measuring unit, and also install the slit-knife 4 in one of the fixed positions by passing the shear bolt through the corresponding holes 21 in the fixing plates 20 and the hole in the end part of the slit-knife. The electric power supply of the sensors, the measurement control unit 9, the collection and conversion of measurement information, the on-board computer and the on-board computer 10 and the location system receiver 11 (block 164 in Fig. 24) is turned on and begin to move around the field, using the hydraulic system, to deepen the measuring unit 5 until the abutment ski 3 stops on the surface of the soil. In this case, the measurement control unit 9 periodically polls the sensors of the measuring unit 5 and records the measurement information in the computer 10, which also receives the data of the receiver of the geographic system with antenna 11 on the values of geographical coordinates and speed. The predominant frequency of the survey is 0.5-2 s, the speed of movement in the field is 0.5-3 m / s. To build maps of the measured parameters, it is necessary to move along the field in parallel passes with a given fixed distance between the passes. For this purpose, geolocation receivers specially designed for mapping and parallel driving are used, for example, the CFX-750 TRIMBLE GPS receiver kit with appropriate software and a display on which the transverse to the direction of movement arrows indicate which direction the tractor’s steering wheel should be turned so as not to deviate from given parallel passage. To improve the accuracy of determining coordinates to units of centimeters, differential corrections to the receiver readings are used with the help of signals transmitted by reference correction stations. In the simplest cases, mapping can be done without using a geolocation receiver by marking the field with landmarks and / or controlling the direction of movement with a compass or gyroscope. In these cases, to measure the speed of movement using a speed sensor and the distance traveled installed directly on the device (see paragraph 15, 16 of the claims and the corresponding section of the description). In the case of a collision of the device with obstacles (large stones), the hit of the glue-knife causes the safety bolt to be cut off, with the help of which the set angle of the glue-knife is set by inserting the fixing plates 20 into one of the pairs of holes 21 and into the hole in the upper part of the glue-knife. In this case, the upper part of the slit-cutting knife rests on the stop 22 on the frame 1 (Fig. 3), and the knife 4 occupies a position along the inclined rack 12 and the beveled front rack of the measuring unit 5. In this position, the tractor drags the device through an obstacle, after which a stop is necessary tractor, lifting the device above the soil with the tractor’s hydraulic system, returning the shearer knife to its previous angular position and installing a new shear locking bolt.

В важном частном случае общей формы осуществления изобретения отличие от прототипа состоит в том, тем, что в качестве средства передвижения 2 использован трактор с гидравлической системой увеличения сцепного веса, обеспечивающей постоянное задаваемое усилие прижатия опорной лыжи к почве при измерении агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении. В органах управления гидравлической системой 24 такого трактора имеется рычаг, включающий режим увеличения сцепного веса с постоянным усилием прижатия нагрузки к почве, задаваемой маховичком, расположенным в кабине трактора [Практикум по трактору. Под редакцией А.И. Калошина. М.: Просвещение, 1972, с.153-154]. Примером такого трактора является Беларус МТЗ-82 в модификации с гидравлическим увеличителем сцепного веса.In an important particular case of the general embodiment of the invention, the difference from the prototype is that, as a means of transportation 2, a tractor with a hydraulic system for increasing the grip weight is used, which provides a constant preset force of pressing the supporting ski to the soil when measuring the agrotechnological characteristics of the arable soil layer in motion . In the controls of the hydraulic system 24 of such a tractor there is a lever that includes a mode of increasing the grip weight with a constant force of pressing the load to the soil set by the handwheel located in the tractor cabin [Tractor Workshop. Edited by A.I. Kaloshina. M .: Education, 1972, p. 153-154]. An example of such a tractor is Belarus MTZ-82 in a modification with a hydraulic grip.

В другом важном частном случае общей формы осуществления изобретения отличие от прототипа состоит в том, что в качестве средства передвижения 2 использован трактор с гидравлической системой, обеспечивающей заглубление устройства при движении до контакта опорной лыжи с почвой и дальнейший плавающий режим гидравлической системы без создания заглубляющего усилия на устройство, при этом на раме устройства установлен заглубляющий груз или короб 25 для его размещения (фиг.1, 2).In another important particular case of the general embodiment of the invention, the difference from the prototype is that a tractor with a hydraulic system is used as a means of transportation 2, which allows the device to be deepened when moving to the contact of the supporting ski with the soil and the further floating mode of the hydraulic system without creating a deepening force the device, while on the frame of the device is installed a burial load or box 25 for its placement (Fig.1, 2).

В частном случае общей формы выполнения устройства, дающем возможность контролировать на дисплее компьютера заглубление измерительного блока в почву до упора опорной лыжи о почву, отличие от прототипа состоит в том, что стойка опорной лыжи 14 (фиг.2, 3) выполнена телескопической с неподвижной частью 25 (фиг.4), установленной на несущей раме 1 (фиг.2, 3) с возможностью ступенчатого изменения расстояния между подошвой лыжи и датчиками с использованием отверстий 15 и поперечного фиксатора 16 (фиг.2), и подвижной частью 26 (фиг.4), шарнирно соединенной с опорной лыжей 3 (фиг.1, 2, 3). При этом стойка снабжена внутри тензометрическим преобразователем силы прижатия опорной лыжи к почве в электрический сигнал, состоящим из нагрузочной Z-образной балки 27, выполненной из сталеникелевого сплава, и мостового тензочувствительного элемента 28, причем нагрузочная Z-образная балка соединена с подвижной 26 и неподвижной 25 частями телескопической стойки тягами 29-1, 29-2, обеспечивающими ее растяжение под действием силы прижатия опорной лыжи 3 к почве. Тяги 29-1, 29-2 представляют собой винты, имеющие резьбовое соединение с верхним 30 и нижним 31 изгибающимися под нагрузкой элементами Z-образной балки 27. Неподвижная 25 и подвижная 26 части телескопической стойки выполнены из стальных труб прямоугольного сечения и установлены соосно во фронтальной плоскости симметрии, совпадающей с направлением движения устройства. Нижняя тяга-винт 29-2 пропущена снизу через осевое отверстие 32 в прямоугольной раме 33, внутри которой размещен тензометрический преобразователь силы, и опирается головкой винта снаружи на эту раму. Рама 33 установлена в плоскости симметрии неподвижной части 25 стойки и жестко привинчена к ней винтами 34, 35. Верхняя тяга-винт 29-1 пропущена через отверстие 36 в прямоугольном крепежном элементе 37 и опирается на него головкой снаружи. Крепежный элемент 37 установлен в плоскости симметрии телескопических труб и жестко соединен винтами 38 с наружной подвижной частью 26 стойки 14. Возможность взаимного продольного перемещения подвижной 26 и неподвижной 25 телескопических частей стойки 14 под действием вертикальных нагрузок на лыжу 3, приводящих к вертикальной деформации нагрузочной балки 27, не превышающей 1-1,5 мм, обеспечивается конструкцией винтов 34, 35, 38 и формой отверстий под винтами 35 в подвижной части 26 стойки, а также формой отверстий под винтами 38 в неподвижной части стойки 25. Винты 34, крепящие раму 33 к внутренней поверхности прямоугольной трубы - неподвижной части 25 стойки 14, выполнены латунными, имеют плоскую поверхность и заданную высоту головок для обеспечения фиксированного минимального зазора между телескопическими частями стойки и малого трения винтов о внутреннюю поверхность стальной прямоугольной трубы - подвижной части стойки 26 при взаимном продольном перемещении подвижной 26 и неподвижной 25 частей стойки 14. Винты 35 имеют резьбовую часть для ввинчивания в неподвижную часть 25 стойки и столбик большего диаметра заданной высоты между резьбовой частью и головкой с плоской нижней поверхностью. При этом винты 35 ввинчены через отверстия 39 в подвижной части 26 стойки в неподвижную часть 25 стойки до упора о столбики, благодаря чему нижняя поверхность головки этих винтов фиксирует максимальное расстояние между стенками подвижной и неподвижной частей стойки 14. Для обеспечения возможности взаимного продольного перемещения частей стойки отверстия 39 под винтами 35 в подвижной части 26 стойки выполнены вытянутыми в продольном (вертикальном) направлении, без касания боковой поверхности столбиков, а винты 35 изготовлены из латуни для уменьшения трения наружных стальных поверхностей подвижной части 26 стойки о нижнюю поверхность головок винтов 35. Винты 38, служащие для жесткого соединения крепежного элемента 37 с наружной подвижной частью 26 телескопической стойки, имеют резьбовую часть для ввинчивания в крепежный элемент 37 и столбик большего диаметра заданной высоты между резьбовой частью и головкой с плоской нижней поверхностью. При этом винты 38 ввинчены через отверстия в подвижной 26 и неподвижной 25 частях телескопической стойки в крепежный элемент 37 до упора о столбики, благодаря чему нижние поверхности головок этих винтов фиксируют жесткую установку крепежного элемента 37 по продольной оси телескопической стойки. Для обеспечения возможности взаимного продольного перемещения частей телескопической стойки отверстия под винты 38 в подвижной части 26 стойки выполнены совпадающими по диаметру со столбиками на винтах 38, а отверстия 40 под винтами 38 в неподвижной части 25 стойки выполнены вытянутыми в продольном направлении без касания боковой поверхности столбиков. Для фиксации расстояния между передними и задними стенками подвижной 26 и неподвижной 25 частей телескопической стойки в раму 33 с передней и задней сторон через отверстия в неподвижной части 25 стойки ввинчены латунные винты со столбиками и плоскими головками, поверхность которых образует малый зазор с внутренней поверхностью передней и задней стенок подвижной части 26 телескопической стойки (на чертежах эти винты не показаны). Места подвижного соприкосновения подвижной части 26 стойки с направляющими ее движение винтами 34, 35 смазаны консистентной смазкой для уменьшения трения. Альтернативой фиксации расстояния между стенками подвижной и неподвижной частей телескопической стойки при осевом относительном перемещении могут служить ролики, установленные между стенками частей стоек. Винты-тяги 29-1, 29-2 имеют головки со сферической поверхностью со стороны стержня, а отверстия 32 в раме 33, и 36 в опорном элементе 37 имеют диаметр, превышающий диаметр стержня винтов-тяг. Кроме того, гнезда под сферические головки винтов-тяг в раме 33 и опорном элементе 37 выполнены также сферическими. При воздействии вертикальных нагрузок на телескопическую стойку, прижимающих опорную лыжу к почве, наружная подвижная часть 26 телескопической стойки смещается вверх относительно неподвижной части 25 и через опорный элемент 37 растягивает нагрузочную Z-образную балку 27, разгибая ее верхний 30 и нижний 31 элементы. Разгибание этих элементов приводит к образованию небольшого угла между осями винтов-тяг и продольной осью телескопической стойки, вследствие чего сферические головки винтов-тяг поворачиваются на небольшой угол в сферических гнездах под эти головки в раме 33 и опорном элементе 37. Благодаря сферическим поверхностям головок винтов-тяг и гнезд под них, а также диаметру отверстий 32, 36 под винты-тяги в раме 33 и опорном элементе 37 исключается заклинивание нагрузочной Z-образной балки 27 при растяжении и обеспечивается линейный режим ее деформации. Деформация нагрузочной балки 27 создает напряжение на выходе мостового тензометрического преобразователя 28, питаемого постоянным или переменным электрическим током, которое пропорционально приложенной растягивающей силе между винтами-тягами 29-1, 29-2. Входные и выходные электрические цепи тензочувствительного элемента 28 через отверстие 41 в нагрузочной балке 27 и отверстие в неподвижной части 25 телескопической стойки соединены с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации 9, расположенным на несущей раме 1 устройства (фиг.1, 2). В качестве тензометрического преобразователя может быть использован тензодатчик модели YZ101B тайваньской фирмы YOUNGZON TRANSDUCER CO. LTD, имеющий линейный диапазон измерения нагрузок 50 кг - 200 кг при длине нагрузочной балки 76,2 мм, ширине 50,8 мм, толщине 19 мм, напряжение питания 5-12 В постоянного или переменного тока, входное сопротивление 400 Ом, выходное сопротивление 350 Ом, чувствительность 2 мВ/В, безопасная перегрузка 150%, материал балки - сталеникелевый сплав.In the particular case of a general embodiment of the device, which makes it possible to control on the computer display the depth of the measuring unit in the soil until the support ski stops against the soil, the difference from the prototype is that the support ski support 14 (Figs. 2, 3) is made telescopic with a fixed part 25 (FIG. 4) mounted on a supporting frame 1 (FIGS. 2, 3) with the possibility of stepwise changing the distance between the ski sole and sensors using the holes 15 and the transverse retainer 16 (FIG. 2), and the movable part 26 (FIG. 4) pivotally connected to op 3 molecular ski (1, 2, 3). In this case, the rack is equipped with a strain gauge transducer of pressing the supporting ski against the soil into an electrical signal, consisting of a load Z-shaped beam 27 made of steel-nickel alloy, and a bridge strain-sensitive element 28, and the load Z-shaped beam connected to the movable 26 and stationary 25 parts of the telescopic rack rods 29-1, 29-2, providing its extension under the action of the force of pressing the supporting ski 3 to the soil. Rods 29-1, 29-2 are screws with a threaded connection with the upper 30 and lower 31 bending under load elements of the Z-shaped beam 27. Fixed 25 and movable 26 parts of the telescopic rack are made of steel pipes of rectangular cross section and are mounted coaxially in the front plane of symmetry coinciding with the direction of movement of the device. The lower link-screw 29-2 is passed from below through the axial hole 32 in a rectangular frame 33, inside which a strain gauge force transducer is placed, and is supported by the screw head from the outside on this frame. The frame 33 is installed in the plane of symmetry of the stationary part 25 of the rack and is rigidly screwed to it by screws 34, 35. The upper link-screw 29-1 is passed through the hole 36 in the rectangular fastener 37 and rests on it with the head from the outside. The fastening element 37 is installed in the plane of symmetry of the telescopic tubes and is rigidly connected by screws 38 to the outer movable part 26 of the rack 14. The possibility of mutual longitudinal movement of the movable 26 and stationary 25 telescopic parts of the rack 14 under the action of vertical loads on the ski 3, leading to vertical deformation of the load beam 27 not exceeding 1-1.5 mm is provided by the design of the screws 34, 35, 38 and the shape of the holes for the screws 35 in the movable part 26 of the rack, as well as the shape of the holes for the screws 38 in the fixed part of the racks and 25. The screws 34 securing the frame 33 to the inner surface of the rectangular pipe - the fixed part 25 of the rack 14, are made of brass, have a flat surface and a predetermined height of the heads to provide a fixed minimum clearance between the telescopic parts of the rack and low friction of the screws on the inner surface of the rectangular steel pipe - the movable part of the rack 26 with the mutual longitudinal movement of the movable 26 and the stationary 25 parts of the rack 14. The screws 35 have a threaded part for screwing into the stationary part 25 of the rack and a bolt The larger diameter of the specified height between the threaded part and the head with a flat bottom surface. In this case, the screws 35 are screwed through the holes 39 in the movable part 26 of the rack into the stationary part 25 of the rack until they stop against the columns, so that the lower surface of the head of these screws fixes the maximum distance between the walls of the movable and stationary parts of the rack 14. To enable mutual longitudinal movement of the parts of the rack the holes 39 under the screws 35 in the movable part 26 of the rack are elongated in the longitudinal (vertical) direction, without touching the side surface of the columns, and the screws 35 are made of brass to reduce the friction of the outer steel surfaces of the movable part 26 of the rack on the lower surface of the heads of the screws 35. The screws 38, used for rigid connection of the fastening element 37 with the outer movable part 26 of the telescopic rack, have a threaded part for screwing into the fastening element 37 and a larger diameter column of a predetermined height between threaded part and head with a flat bottom surface. In this case, the screws 38 are screwed through the holes in the movable 26 and stationary 25 parts of the telescopic stand into the fastener 37 until they stop against the posts, so that the lower surfaces of the heads of these screws fix the rigid installation of the fastener 37 along the longitudinal axis of the telescopic stand. To enable mutual longitudinal movement of the parts of the telescopic rack, the holes for the screws 38 in the movable part 26 of the rack are made equal in diameter to the columns on the screws 38, and the holes 40 for the screws 38 in the fixed part 25 of the rack are made elongated in the longitudinal direction without touching the side surface of the columns. To fix the distance between the front and rear walls of the movable 26 and the fixed 25 parts of the telescopic stand, brass screws with columns and flat heads are screwed into the frame 33 from the front and rear sides through the holes in the fixed part 25 of the rack, the surface of which forms a small gap with the inner surface of the front and the rear walls of the movable part 26 of the telescopic rack (these screws are not shown in the drawings). The places of movable contact of the movable part 26 of the rack with the screws 34, 35 guiding its movement are lubricated with grease to reduce friction. An alternative to fixing the distance between the walls of the movable and fixed parts of the telescopic rack during axial relative movement can be rollers installed between the walls of the parts of the racks. The thrust screws 29-1, 29-2 have heads with a spherical surface on the side of the rod, and the holes 32 in the frame 33 and 36 in the support element 37 have a diameter exceeding the diameter of the rod of the thrust screws. In addition, the socket for the spherical heads of the tie rods in the frame 33 and the supporting element 37 are also made spherical. When vertical loads are applied to the telescopic stand, pressing the supporting ski to the soil, the outer movable part 26 of the telescopic stand is shifted upward relative to the fixed part 25 and, through the supporting element 37, stretches the load Z-shaped beam 27, unbending its upper 30 and lower 31 elements. The extension of these elements leads to the formation of a small angle between the axes of the tie rods and the longitudinal axis of the telescopic rack, as a result of which the spherical heads of the tie rods rotate a small angle in the spherical nests for these heads in the frame 33 and the support element 37. Thanks to the spherical surfaces of the screw heads, rods and sockets for them, as well as the diameter of the holes 32, 36 for the screw rods in the frame 33 and the supporting element 37 eliminates jamming of the load Z-shaped beam 27 when tensile and provides a linear mode of its deformation . Deformation of the load beam 27 creates a voltage at the output of the bridge strain gauge transducer 28, which is supplied with direct or alternating electric current, which is proportional to the applied tensile force between the tie rods 29-1, 29-2. The input and output electrical circuits of the strain-sensing element 28 through the hole 41 in the load beam 27 and the hole in the fixed part 25 of the telescopic rack are connected to the control unit for measuring, collecting and converting measurement information 9, located on the carrier frame 1 of the device (1, 2). A strain gauge model YZ101B of Taiwanese company YOUNGZON TRANSDUCER CO. Can be used as a strain gauge converter. LTD, which has a linear range of load measurements of 50 kg - 200 kg with a load beam length of 76.2 mm, a width of 50.8 mm, a thickness of 19 mm, a supply voltage of 5-12 V DC or AC, an input resistance of 400 Ohms, an output resistance of 350 Ohm, sensitivity 2 mV / V, safe overload 150%, beam material - steel-nickel alloy.

В важном частном случае общей формы воплощения устройство, как и прототип, содержит установленный в измерительном блоке 5 оптический датчик 6-3 внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение (фиг.1, 2). Этот датчик (фиг.5) имеет источник света 42, сапфировое окно 43 для освещения почвы и пропускания отраженного от нее света, волоконно-оптический кабель 44 для приема отраженного от почвы света и направления его в спектрофотометр, размещенный на раме устройства (см. 157 на фиг.24). Отличие от прототипа состоит в том, что датчик выполнен в виде полого фотометрического цилиндра 45 с круглым входным отверстием 46 на дне цилиндра, против которого размещено установленное на кольцевом держателе 47 круглое сапфировое окно 43, врезанное с держателем 47 в измерительный блок 5 заподлицо с его боковой стенкой, цилиндр 45 снабжен крышкой 48, на внутренней стороне которой расположен упомянутый источник света 42, состоящий из равномерно распределенных по окружности миниатюрных ламп накаливания, входное отверстие 46 фотометрического цилиндра 45 выполнено в центре крышки 48, и в нем закреплен входной торец 49 волоконно-оптического кабеля 44. Другой конец волоконно-оптического кабеля расплющен и установлен перед входной щелью спектрофотометра. На крышке 48 установлен охватывающий входной торец 49 кабеля 44 обод-экран 50, препятствующий прямому прохождению излучения ламп накаливания 42 на входной торец 49 волоконно-оптического кабеля 44. Оси оптического окна 43, входного отверстия 46 на плоском дне цилиндра, т.е. центрального отверстия крышки 48, обода-экрана 50 и центр окружности расположения ламп накаливания 42 размещены на оси фотометрического цилиндра 45. Внутренняя поверхность камеры фотометрического цилиндра (т.е. собственно цилиндра 45, крышки 48, держателя 47 и обода-экрана 50) выполнена с высоким коэффициентом отражения, для чего может использоваться алюминий, имеющий коэффициент отражения около 0,9. Количество миниатюрных ламп накаливания в источнике света 42 составляет 4-6. Оптический датчик 6-3 работает следующим образом. При включении источника света 42, состоящего из миниатюрных ламп накаливания, равномерно расположенных по окружности фотометрического цилиндра 45, создается достаточно равномерное освещение объекта измерения - почвы, прилегающей снаружи к сапфировому окну 43. Лампы накаливания 42 и сапфировое окно 43 позволяют облучать почву и получать в фотометрическом цилиндре 45 отраженный от нее свет в видимой и ближней инфракрасной областях оптического спектра. Кроме того, сапфировое окно обладает высокой устойчивостью к шлифующему действию почвы при движении, чем достигается практическое постоянство коэффициента пропускания света в процессе эксплуатации устройства. Объект измерения - почва освещается как всеми лампами, так и диффузно рассеянным светом из фотометрического цилиндра. Поскольку в датчике принята геометрия измерения D/0 (диффузно рассеянное освещение / измерение отраженного под прямым углом от почвы света), то зеркальная составляющая коэффициента смешанного отражения будет по волоконно-оптическому кабелю 44 частично попадать в монохроматор и суммироваться с основным сигналом. Поток излучения, попадающий от почвы в монохроматор, определяется относительным отверстием монохроматора и площадью отверстия под измеряемый объект (сапфирового окна 43). Выход спектрофотометра 157 соединен с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации либо непосредственно с бортовым компьютером (фиг.24).In an important particular case of a general embodiment, the device, as well as the prototype, contains an optical sensor 6-3 installed in the measuring unit 5 of the subsoil visible - near infrared reflection spectroscopy (Figs. 1, 2). This sensor (Fig. 5) has a light source 42, a sapphire window 43 for illuminating the soil and transmitting the light reflected from it, fiber optic cable 44 for receiving light reflected from the soil and directing it to a spectrophotometer located on the device’s frame (see 157 in Fig.24). The difference from the prototype is that the sensor is made in the form of a hollow photometric cylinder 45 with a round inlet 46 at the bottom of the cylinder, against which is placed a round sapphire window 43 mounted on the ring holder 47, embedded with the holder 47 into the measuring unit 5 flush with its side a wall, the cylinder 45 is provided with a cover 48, on the inside of which the said light source 42 is located, consisting of miniature incandescent lamps evenly distributed around the circumference, the inlet 46 of the photometric cylinder ndra 45 formed in the center of the lid 48 and secured therein input end 49 of fiber optic cable 44. The other end of the fiber optic cable is flattened and placed in front of the entrance slit of the spectrophotometer. On the cover 48, a rim-screen 50 covering the inlet end 49 of the cable 44 is installed, which prevents the direct passage of the light of incandescent lamps 42 to the inlet end 49 of the fiber-optic cable 44. The axis of the optical window 43, the inlet 46 on the flat bottom of the cylinder, i.e. the Central hole of the cover 48, the rim of the screen 50 and the center of the circumference of the location of the incandescent lamps 42 are placed on the axis of the photometric cylinder 45. The inner surface of the camera of the photometric cylinder (ie, the cylinder 45, the cover 48, the holder 47 and the rim of the screen 50) is made high reflectivity, for which aluminum can be used, having a reflectivity of about 0.9. The number of miniature incandescent lamps in the light source 42 is 4-6. The optical sensor 6-3 operates as follows. When you turn on the light source 42, consisting of miniature incandescent lamps evenly spaced around the circumference of the photometric cylinder 45, a fairly uniform illumination of the measurement object is created - the soil adjacent to the outside of the sapphire window 43. Incandescent lamps 42 and sapphire window 43 allow you to irradiate the soil and get photometric cylinder 45 reflected light from it in the visible and near infrared regions of the optical spectrum. In addition, the sapphire window is highly resistant to the grinding effect of the soil during movement, which ensures practical constancy of the transmittance of light during operation of the device. The measurement object - the soil is illuminated by both all lamps and diffusely scattered light from a photometric cylinder. Since the sensor adopted the measurement geometry D / 0 (diffusely scattered lighting / measurement of light reflected at right angles from the soil), the mirror component of the mixed reflection coefficient will partially pass through the fiber optic cable 44 into the monochromator and summed with the main signal. The radiation flux entering the monochromator from the soil is determined by the relative aperture of the monochromator and the area of the hole under the measured object (sapphire window 43). The output of the spectrophotometer 157 is connected to the unit for measuring control, collecting and converting measurement information or directly to the on-board computer (Fig. 24).

Выполнение источника света в виде группы равномерно распределенных по окружности миниатюрных ламп накаливания 42, установленных внутри фотометрического полого цилиндра 45 с входным торцевым отверстием 46, против которого расположено сапфировое окно 43, размещенное на боковой стенке измерительного блока 5, и крепление входного торца 49 волоконно-оптического кабеля 44, воспринимающего отраженное от почвы излучение, во входном торцевом отверстии 46 на оси цилиндра, дает возможность разместить датчик в монолитном корпусе измерительного блока 5 толщиной 25-35 мм с расположением оптического окна на боковой стенке измерительного блока. Достигаемый благодаря такому построению технический результат состоит в том, что в отличие от прототипа исключается погрешность от возникновения зазора между оптическим окном и поверхностью почвы при возможных вертикальных колебаниях измерительного блока в щели, создаваемой ножом-щелерезом, при движении и при осыпании почвы с боковых стенок щели на ее дно. Датчик 6-3 внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение позволяет, как и датчик в прототипе, по спектральным характеристикам отражения определять содержание в почве соединений, включающих функциональные группы C-H, N-H и O-H, и количественно определять формы углерода, азота и воды. Кроме того, спектры отраженного света в ближней инфракрасной области корреляционно связаны с такими свойствами почв, как кислотность (pH), содержание кальция и магния.The implementation of the light source in the form of a group of miniature incandescent lamps evenly distributed around the circumference 42, mounted inside a photometric hollow cylinder 45 with an input end hole 46, against which there is a sapphire window 43 located on the side wall of the measuring unit 5, and fastening the input end 49 of the fiber optic cable 44, receiving radiation reflected from the soil, in the input end hole 46 on the axis of the cylinder, makes it possible to place the sensor in a monolithic housing of the measuring unit 5 Thickness 25-35 mm with the location of the optical window on the side wall of the measuring unit. The technical result achieved due to this construction is that, in contrast to the prototype, the error is excluded from the occurrence of a gap between the optical window and the soil surface during possible vertical vibrations of the measuring unit in the gap created by the slit knife during movement and when the soil is shed from the side walls of the gap to its bottom. The sensor 6-3 of the subsoil visible - near infrared reflection spectroscopy allows, like the sensor in the prototype, to determine the soil content of compounds including functional groups C-H, N-H and O-H by the spectral characteristics of reflection and quantify the forms of carbon, nitrogen and water. In addition, the reflected light spectra in the near infrared are correlated with soil properties such as acidity (pH), calcium and magnesium.

В общей предпочтительной форме воплощения заявляемого в качестве изобретения устройства отличие от прототипа состоит в том, что в измерительном блоке размещены помимо датчика оптической внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение (как в прототипе), по крайней мере, один, либо несколько, либо все из нижеследующих датчиков агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы: емкостный или индуктивный датчик действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы, контактный датчик температуры почвы, датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, при этом датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, расположен последним в ряду датчиков от носовой части измерительного блока.In a general preferred form of embodiment of the device claimed as an invention, the difference from the prototype is that, in addition to the sensor of the optical subsurface visible - near infrared reflection spectroscopy (as in the prototype), at least one, or several, or all of them are placed in the measuring unit of the following sensors agrotechnological characteristics of the arable soil layer: capacitive or inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical wire soil moisture and moisture content, a soil temperature contact sensor, a horizontal soil penetration resistance sensor or a horizontal soil penetration resistance sensor combined with a capacitive sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil sealed when moving by a horizontal penetration resistance sensor, while a horizontal soil penetration resistance sensor or a horizontal resistance sensor penetration of the soil, combined with a capacitive sensor for measuring electrophysical characteristics IR soil compacted with the motion sensor horizontal penetration resistance is the last in the series of sensors from the bow of the measuring unit.

В базовой комплектации этой предпочтительной формы воплощения заявляемого устройства (фиг.6) в измерительном блоке 5 размещены: емкостный датчик 6-1 действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы, контактный датчик 6-2 температуры почвы, датчика 6-3 оптической внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение и датчик 6-4 сопротивления горизонтальной пенетрации. Все датчики установлены в измерительном блоке 5 вдоль общей горизонтальной линии A-A (фиг.6), при этом датчики 6-1, 6-2, 6-3 вмонтированы в блок 5 заподлицо с его боковыми поверхностями, датчики 6-1, 6-2 имеют чувствительные (воспринимающие) элементы, установленные симметрично с двух боковых сторон блока 5, датчик 6-3 имеет измерительное сапфировое окно 43, расположенное на одной боковой стенке блока 5, а датчик 6-4 имеет выступающие за боковые стенки чувствительные элементы 51, воспринимающие горизонтальное давление почвы при движении. Измерительный блок 5 и передняя стойка 12 имеют желоба 52, служащие для размещения соединительных кабелей, которые закрыты крышками 53. Кроме того, в желобе 52 измерительного блока 5 над емкостным датчиком 6-1 расположена печатная плата 54 измерительного преобразователя действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы. В измерительном блоке 5 вместо датчика 6-4 может быть установлен датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации (фиг.20). При этом датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы 6-4 либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации (фиг.20), расположен последним в ряду датчиков от носовой части измерительного блока 5.In the basic configuration of this preferred embodiment of the inventive device (Fig.6) in the measuring unit 5 are placed: a capacitive sensor 6-1 of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil, a contact sensor 6-2 of the soil temperature, sensor 6-3 optical subsoil visible - near infrared reflection spectroscopy and sensor 6-4 horizontal penetration resistance. All sensors are installed in the measuring unit 5 along a common horizontal line AA (Fig.6), while the sensors 6-1, 6-2, 6-3 are mounted in the unit 5 flush with its side surfaces, the sensors 6-1, 6-2 have sensitive (sensing) elements mounted symmetrically from the two sides of the block 5, the sensor 6-3 has a measuring sapphire window 43 located on one side wall of the block 5, and the sensor 6-4 has sensing elements 51 protruding beyond the side walls, receiving horizontal soil pressure during movement. The measuring unit 5 and the front strut 12 have grooves 52 for holding the connecting cables, which are covered by covers 53. In addition, in the groove 52 of the measuring unit 5 above the capacitive sensor 6-1 there is a printed circuit board 54 of the measuring transducer of the real and imaginary components of complex dielectric constant , electrical conductivity and moisture content of the soil. In the measuring unit 5, instead of the sensor 6-4, a horizontal soil penetration resistance sensor can be installed, combined with a capacitive sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil, compacted when moving with a horizontal penetration resistance sensor (Fig. 20). In this case, the resistance sensor of horizontal soil penetration 6-4 or the resistance sensor of horizontal soil penetration, combined with a capacitive sensor for measuring the electrical characteristics of the soil, compacted when moving with the resistance sensor of horizontal penetration (Fig. 20), is the last in the row of sensors from the nose of the measuring unit 5 .

Указанные в описании и формуле изобретения датчики не исключают возможность установки в измерительном блоке 5 других датчиков агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы для измерения их в движении.The sensors indicated in the description and claims do not exclude the possibility of installing other sensors in the measuring unit 5 of the agrotechnological characteristics of the arable soil layer for measuring them in motion.

Емкостный датчик 6-1 действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы (фиг.7) выполнен в виде двух одинаковых расположенных соосно заподлицо с боковыми стенками измерительного блока 5 круглых потенциальных электродов 55, изолированных кольцевыми диэлектрическими элементами 56 от металлического монолитного корпуса измерительного блока 5, используемого в качестве корпусного электрода, при этом емкостный датчик подключен к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, смонтированного на печатной плате 54, выходы которого связаны с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (155 на фиг.25). Потенциальные электроды 55 прикреплены изнутри к изолирующим кольцевым диэлектрическим элементам 56 винтами 57, на двух из которых установлены контактные лепестки 58. Эти лепестки служат для подключения потенциальных электродов к входу преобразователя на печатной плате 54 с помощью кабелей, проходящих в канале 59. Для сборки датчика и крепления его в теле измерительного блока 5 использовано сборочное кольцо 60 и стягивающие винты 61, равномерно расположенные по окружности кольца 60. Потенциальные электроды 55 и сборочное кольцо 60, так же как измерительный блок 5, выполнены из нержавеющей стали. В желобе 52 измерительного блока 5 проходят кабели 62, соединяющие измерительные датчики блока 5 с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (155 на фиг.25).The capacitive sensor 6-1 of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil (Fig. 7) is made in the form of two identical round potential electrodes 55 coaxially flush with the side walls of the measuring unit 5, insulated by ring dielectric elements 56 from a metal monolithic casing a measuring unit 5 used as a housing electrode, while the capacitive sensor is connected to the input of a two-component dielectric meter one transducer mounted on the printed circuit board 54, the outputs of which are connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data (155 in Figure 25). Potential electrodes 55 are attached internally to insulating ring dielectric elements 56 by screws 57, two of which are equipped with contact tabs 58. These tabs are used to connect potential electrodes to the input of the converter on the printed circuit board 54 using cables passing through channel 59. To assemble the sensor and fixing it in the body of the measuring unit 5 used the assembly ring 60 and the tightening screws 61, evenly spaced around the circumference of the ring 60. Potential electrodes 55 and the assembly ring 60, as well as itelny unit 5, made of stainless steel. In the trough 52 of the measuring unit 5, cables 62 pass through, connecting the measuring sensors of the unit 5 with the unit for measuring control, collection and conversion of measuring information (155 in FIG. 25).

Для измерения действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы емкостный датчик 6-1 (фиг.7) должен быть включен в схему двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя. В качестве таких схем могут быть использованы: мосты переменного тока; автоматически уравновешивающиеся мосты; схемы, основанные на измерении резонансной частоты и добротности колебательного контура, в который включен емкостный датчик; схемы, основанные на измерении тока и напряжения в цепи, содержащей генератор синусоидального напряжения и емкостный датчик, и другие известные схемы измерения импеданса [Agilent Impedance Measurement Handbook. A guid to measurement technology and techniques. 4th Edition. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5950-3000.pdf].To measure the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil, the capacitive sensor 6-1 (Fig.7) should be included in the circuit of a two-component dielcometric Converter. As such schemes can be used: AC bridges; automatically balanced bridges; circuits based on measuring the resonant frequency and quality factor of the oscillatory circuit, in which the capacitive sensor is included; circuits based on measuring current and voltage in a circuit containing a sinusoidal voltage generator and a capacitive sensor, and other known impedance measurement circuits [Agilent Impedance Measurement Handbook. A guid to measurement technology and techniques. 4 th Edition. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5950-3000.pdf].

Примером реализации такого двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя является преобразователь, выполненный по схеме амплитудно-фазового разделения сигналов, используемых для вычисления действительного компонента комплексной диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы в соответствии с п.8 формулы изобретения. Преобразователь (фиг.8) содержит генератор синусоидального напряжения высокой частоты 63, к выходу которого подключен реактивный делитель 64, состоящий из постоянного конденсатора CД в верхнем плече и емкостного датчика 65 в нижнем плече. Емкостный датчик 65 представляет собой два параллельно включенных первичных измерительных преобразователя (ПИП), образованных потенциальными электродами 55 емкостного датчика 6-1 и корпусом измерительного блока 5 (фиг.7), которые через короткий отрезок коаксиального кабеля включены в нижнее плечо реактивного делителя 64. Эквивалентная электрическая схема этого емкостного датчика 65, в электрическом поле первичных измерительных преобразователей которого находится почва, представляет собой параллельное включение конденсатора с емкостью CХ и проводимостью GПИП. При этом емкость CХ равна CХ=CПИПП, где CПИП - информативная емкость ПИП, определяемая действительным компонентом ε' КДП материала в измерительном объеме ПИП (см. формулы (1)-(3) вверху), CП - определяемая при калибровке паразитная емкость датчика 65, учитывающая емкость монтажа, соединительных кабелей и неиспользуемых областей электромагнитного поля ПИП. Проводимость потерь емкостного датчика 65 GX (GX=1/RX, где RX - сопротивление потерь датчика) определяется электропроводностью σ материала, находящегося в электромагнитном поле ПИП (формула (3) вверху). К средней точке делителя 64, имеющей напряжение U ˙ Д

Figure 00000005
, подключен повторитель напряжения 66 с высоким входным сопротивлением, исключающим шунтирование делителя 64. Выход повторителя напряжения 66 связан с сигнальными входами фазовых детекторов 67 (фазовый детектор 1) и 68 (фазовый детектор 2). Входы опорного напряжения фазовых детекторов подключены к выходам формирователей опорного напряжения 69 и 70, соединенных входами с выходом генератора синусоидального напряжения 63. Формирователь опорного напряжения 69 создает опорное напряжение с фазой 0° по отношению к выходному напряжению генератора 63 (синфазное опорное напряжение). Формирователь опорного напряжения 70 создает опорное напряжение, сдвинутое на 90° по отношению к выходному напряжению генератора 63 (квадратурное опорное напряжение). Вследствие подключения фазовых детекторов к формирователям опорного напряжения 69, 70 с фазами 0° и 90° на выходе детектора 67 образуется постоянное напряжение UВЫХ.СФ, пропорциональное синфазной с синусоидальным напряжением U ˙ Г
Figure 00000006
генератора 63 составляющей напряжения на выходе делителя 64. Соответственно, на выходе детектора 68 образуется постоянное напряжение UВЫХ.КВ, пропорциональное квадратурной с синусоидальным напряжением генератора 63 составляющей напряжения на выходе делителя 64.An example of the implementation of such a two-component dielcometric converter is a converter made according to the amplitude-phase separation scheme of the signals used to calculate the real component of the complex permittivity and conductivity of the soil in accordance with paragraph 8 of the claims. The converter (Fig. 8) contains a high frequency sinusoidal voltage generator 63, to the output of which a reactive divider 64 is connected, consisting of a constant capacitor C D in the upper arm and a capacitive sensor 65 in the lower arm. Capacitive sensor 65 is two parallel-connected primary measuring transducers (PIPs) formed by potential electrodes 55 of capacitive sensor 6-1 and the housing of measuring unit 5 (Fig. 7), which are connected through the short length of the coaxial cable to the lower arm of the jet divider 64. Equivalent the electrical circuit of this capacitive sensor 65, in the electric field of the primary measuring transducers of which the soil is located, is a parallel connection of a capacitor with a capacitance C X and conductivity G PIP . In this case, the capacitance C X is equal to C X = C PIP + C P , where C PIP is the informative capacity of the PIP determined by the actual component ε 'of the CDP of the material in the measuring volume of the PIP (see formulas (1) - (3) above), C P - the parasitic capacitance of the sensor 65 determined during calibration, taking into account the capacitance of the installation, connecting cables, and unused areas of the electromagnetic field of the PIP. The loss conductivity of the capacitive sensor 65 G X (G X = 1 / R X , where R X is the resistance of the sensor losses) is determined by the electrical conductivity σ of the material located in the electromagnetic field of the PIP (formula (3) above). To the midpoint of the voltage divider 64 U ˙ D
Figure 00000005
connected voltage follower 66 with a high input resistance, eliminating the shunt of divider 64. The output of the follower voltage 66 is connected to the signal inputs of phase detectors 67 (phase detector 1) and 68 (phase detector 2). The inputs of the reference voltage of the phase detectors are connected to the outputs of the drivers of the reference voltage 69 and 70, connected by the inputs to the output of the sinusoidal voltage generator 63. The driver of the reference voltage 69 creates a reference voltage with a phase of 0 ° with respect to the output voltage of the generator 63 (in-phase reference voltage). The voltage reference driver 70 produces a reference voltage shifted 90 ° with respect to the output voltage of the generator 63 (quadrature reference voltage). Due to the connection of phase detectors to the reference voltage conditioners 69, 70 with phases 0 ° and 90 °, a constant voltage U OUT.F is proportional to the in-phase with sinusoidal voltage at the output of detector 67 U ˙ G
Figure 00000006
the generator 63 of the voltage component at the output of the divider 64. Accordingly, at the output of the detector 68, a constant voltage U OUT.KV is generated proportional to the quadrature voltage component of the output of the divider 64 with the sinusoidal voltage of the generator 63.

Анализ реактивного делителя 64 методом комплексных амплитуд показывает, что модуль напряжения синфазной составляющей UДСФ комплексного выходного напряжения делителя U ˙ Д

Figure 00000007
определяется формулой:Analysis of the reactive divider 64 by the method of complex amplitudes shows that the voltage modulus of the in-phase component U of the DSF of the complex output voltage of the divider U ˙ D
Figure 00000007
defined by the formula:

U Д С Ф = ω 2 С Д ( С П И П + С П + С Д ) G П И П 2 + ω 2 ( С П И П + С П + С Д ) 2 U Г , ( 4 )

Figure 00000008
U D FROM F = ω 2 FROM D ( FROM P AND P + FROM P + FROM D ) G P AND P 2 + ω 2 ( FROM P AND P + FROM P + FROM D ) 2 U G , ( four )
Figure 00000008

а модуль напряжения квадратурной составляющей УДКВ комплексного выходного напряжения делителя U ˙ Д

Figure 00000007
- формулой:and the voltage module of the quadrature component of the DKV complex output voltage of the divider U ˙ D
Figure 00000007
- by the formula:

U Д К В = ω 2 С Д G П И П G П И П 2 + ω 2 ( С П И П + С П + С Д ) 2 U Г , ( 5 )

Figure 00000009
U D TO AT = ω 2 FROM D G P AND P G P AND P 2 + ω 2 ( FROM P AND P + FROM P + FROM D ) 2 U G , ( 5 )
Figure 00000009

где ω - круговая частота, a UГ - модуль синусоидального напряжения U ˙ Г

Figure 00000010
на выходе генератора 63. Из формул (4) и (5) видно, что обе составляющие выходного напряжения реактивного делителя 64 - синфазная UДСФ и квадратурная UДКВ - зависят как от емкости CПИП, так и от проводимости GПИП, т.е. полного разделения каналов измерения действительного ε' и мнимого ε'' компонентов комплексной диэлектрической проницаемости измеряемой среды, определяемых по емкости CПИП и проводимости GПИП по формулам (3), не происходит. Однако значения емкости CПИП и проводимости GПИП могут быть найдены из формул (4) и (5) с использованием следующих выражений:where w - circular frequency, a U G - sinusoidal voltage module U ˙ G
Figure 00000010
at the output of the generator 63. It can be seen from formulas (4) and (5) that both components of the output voltage of the reactive divider 64 — in-phase U DSP and quadrature U DKV — depend both on the capacitance C PIP and on the conductivity G PIP , i.e. . a complete separation of the measurement channels of the real ε 'and imaginary ε''components of the complex dielectric constant of the measured medium, determined by the capacitance C PIP and the conductivity G PIP according to formulas (3), does not occur. However, the values of the capacitance C PIP and the conductivity G PIP can be found from formulas (4) and (5) using the following expressions:

C П И П = С Д U Д С Ф U Г [ ( U Д К В U Д С Ф ) 2 + 1 ] С П С Д ,                                  ( 6 )

Figure 00000011
C P AND P = FROM D U D FROM F U G [ ( U D TO AT U D FROM F ) 2 + one ] - FROM P - FROM D , ( 6 )
Figure 00000011

C П И П = ω С Д ( U Д К В U Д С Ф ) 1 U Д С Ф U Г [ ( U Д К В U Д С Ф ) 2 + 1 ] .                              ( 7 )

Figure 00000012
C P AND P = ω FROM D ( U D TO AT U D FROM F ) one U D FROM F U G [ ( U D TO AT U D FROM F ) 2 + one ] . ( 7 )
Figure 00000012

В выражениях (6), (7) - емкость верхнего плеча делителя CД, паразитная емкость CП, круговая частота колебаний ω и модуль выходного напряжения UГ генератора 63 - постоянные известные величины, а синфазная UДСФ и квадратурная UДКВ составляющие выходного напряжения U ˙ Д

Figure 00000007
делителя 64 определяют с учетом коэффициентов передачи повторителя 66 и фазовых детекторов 67, 68 по постоянным выходным напряжениям фазовых детекторов UВЫХ.СФ, UВЫХ.КВ. Преобразования по выражениям (6), (7) могут быть выполнены в блоке управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации 155 либо в бортовом компьютере 10 (фиг.24).In expressions (6), (7), the capacitance of the upper arm of the divider C D , the parasitic capacitance C P , the circular oscillation frequency ω, and the output voltage module U Г of the generator 63 are constant known quantities, and the common-mode U DCF and quadrature U DCV components of the output voltage U ˙ D
Figure 00000007
the divider 64 is determined taking into account the transfer coefficients of the repeater 66 and the phase detectors 67, 68 by the constant output voltages of the phase detectors U OUT.SF , U OUT.KV. Transformations according to expressions (6), (7) can be performed in the unit for measuring control, collection and conversion of measuring information 155, or in the on-board computer 10 (Fig.24).

Другим примером осуществления двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя является преобразователь, выполненный в виде автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с управляемым напряжением усилением усилителя колебаний и каналом инерционной стабилизации амплитуды колебаний на линейном участке амплитудной характеристики управляемого усилителя [Ананьев И.П. Патент РФ на изобретение №2361226, МПК8 G01R 27/26, G01N 27/02, заявлен 28.09.2007, зарегистрирован 10.07.2009]. В этом автогенераторном преобразователе (фиг.9) в тракте высокой частоты 71 к выходу 72 управляемого усилителя 73 подключен делитель: резистор RS 74 - параллельный колебательный контур 75 с емкостным датчиком 76. Средняя точка делителя 77 подключена к входу 78 управляемого усилителя 73 с образованием цепи положительной обратной связи по напряжению. Канал инерционной стабилизации амплитуды колебаний 79 содержит амплитудный детектор 80 выходного напряжения uУВЧ управляемого усилителя 73, источник опорного напряжения 81, схему сравнения 82 выходного напряжения UАД детектора 80 с опорным напряжением UОП и усилитель сигнала рассогласования 83, выход которого 84 соединен с управляющим входом 85 управляемого усилителя 73 с образованием петли отрицательной обратной связи по огибающей амплитуд колебаний. Фильтр 86 определяет постоянную времени инерционного установления амплитуды колебаний на линейном участке амплитудной характеристики управляемого усилителя 73. Эту амплитуду задают значением опорного напряжения UОП источника опорного напряжения 81. Двумя информативными выходными параметрами автогенератора служат частота автоколебаний fOSC (Вых.1) и модуль коэффициента передачи выходного делителя 74-75: k=uК/uУВЧ (Вых.2, Вых.1) либо частота автоколебаний fOSC (Вых.1) и напряжение управления усилением UУП управляемого усилителя 73 (Вых.2').Another example of the implementation of a two-component dielcometer converter is a converter made in the form of a self-generated two-component dielcometer converter with a voltage-controlled amplification of the oscillation amplifier and a channel of inertial stabilization of the amplitude of the oscillations in the linear section of the amplitude characteristic of the controlled amplifier [I. Ananiev RF patent for the invention No. 2361226, IPC8 G01R 27/26, G01N 27/02, pending September 28, 2007, registered July 10, 2009]. In this self-oscillating converter (Fig. 9), a divider is connected to the output 72 of the controlled amplifier 73 in the high-frequency path 71: the resistor R S 74 is a parallel oscillatory circuit 75 with a capacitive sensor 76. The midpoint of the divider 77 is connected to the input 78 of the controlled amplifier 73 with the formation positive voltage feedback circuits. Channel inertial stabilization oscillation amplitude 79 comprises an amplitude detector 80 the output voltage u UHF managed amplifier 73, reference voltage source 81, the output voltage of comparison circuit 82 U BP detector 80 with a reference voltage U OD and error amplifier 83 signal, the output of which 84 is connected to a control input 85 controlled amplifier 73 with the formation of a loop of negative feedback on the envelope of the amplitudes of the oscillations. Filter 86 determines the time constant of the inertial determination of the amplitude of the oscillations in the linear portion of the amplitude characteristic of the controlled amplifier 73. This amplitude is set by the value of the reference voltage U OP of the reference voltage source 81. The oscillator frequency f OSC (Output 1) and the transmission coefficient module are two informative output parameters of the oscillator. output divider 74-75: k = u K / u UHF (Out.2, Out.1) or self-oscillation frequency f OSC (Out.1) and gain control voltage U UP of controlled amplifier 73 (Out.2 ').

Автогенераторный двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь работает следующим образом. В изображенной на фиг.9 схеме использован управляемый усилитель 73 с возрастающей зависимостью коэффициента усиления от управляющего напряжения UУП, а выход амплитудного детектора 80 подключен к схеме сравнения 82 так, что при наличии колебаний в усилителе 73 продетектированное напряжение вызывает уменьшение управляющего напряжения UУП. При включении питания опорное напряжение UОП через усилитель сигнала рассогласования 83 создает максимальное напряжение управления, вызывающее самовозбуждение колебаний в петле усилитель 73 - цепь положительной обратной связи с резистором RS 74 и параллельным колебательным контуром 75 с емкостным датчиком 76. Колебания возникают на резонансной частоте колебательного контура 75, так как коэффициент передачи делителя 74-75 максимален на этой частоте. Вследствие максимального коэффициента усиления управляемого усилителя 73 при включении колебания нарастают до насыщения усилителя 73 и отсечек вершин колебаний. Однако возникшие колебания создают на выходе амплитудного детектора 80 напряжение, уменьшающее через усилитель 83 напряжение управления UУП. Благодаря отрицательной обратной связи по огибающей амплитуд колебаний в канале инерционной стабилизации колебаний 79 переходный процесс установления колебаний приводит к стационарному режиму колебаний, при котором напряжение на выходе детектора 80 практически равно опорному напряжению UОП, а амплитуда установившихся колебаний выбором UОП задается находящейся на линейном участке амплитудной характеристики управляемого усилителя 73. Вследствие этого отсечка колебаний исключается и положительная обратная связь через делитель 74-75 полностью компенсирует потери и колебательном контуре для мгновенных значений напряжения колебаний в течение всего периода колебаний.Auto-generating two-component dielcometric Converter operates as follows. In the circuit shown in FIG. 9, a controlled amplifier 73 is used with an increasing dependence of the gain on the control voltage U UP , and the output of the amplitude detector 80 is connected to a comparison circuit 82 so that if there is oscillation in the amplifier 73, the detected voltage causes a decrease in the control voltage U UP . When the power is turned on, the reference voltage U OP through the amplifier of the error signal 83 creates a maximum control voltage that causes self-excitation of oscillations in the loop amplifier 73 - a positive feedback circuit with a resistor R S 74 and a parallel oscillatory circuit 75 with a capacitive sensor 76. Oscillations occur at the resonant frequency of the oscillatory circuit 75, since the transfer coefficient of the divider 74-75 is maximum at this frequency. Due to the maximum gain of the controlled amplifier 73, when turned on, the oscillations increase until the amplifier 73 and the cutoff vertices are saturated. However, the resulting oscillations create a voltage at the output of the amplitude detector 80, which reduces the control voltage U UP through the amplifier 83. Due to the negative feedback on the envelope of the amplitudes of oscillations in the inertial stabilization channel 79, the transition process of establishing oscillations leads to a stationary mode of oscillations, in which the voltage at the output of the detector 80 is almost equal to the reference voltage U OP , and the amplitude of the steady-state oscillations is set in a linear section by choosing U OP the amplitude characteristics of the controlled amplifier 73. As a result, the cutoff of the oscillations is excluded and positive feedback through the divider 74-75 floor It compensates for losses in the oscillatory circuit for instantaneous values of the oscillation voltage over the entire period of oscillation.

В установившемся режиме потери в колебательном контуре (проводимость GПИП емкостного датчика), вызванные электропроводностью σ тестируемой среды, компенсируются усилением управляемого усилителя, поэтому напряжение управления UУП и коэффициент усиления усилителя 73, а также модуль коэффициента передачи делителя 74-75 в стационарном режиме являются мерой проводимости GПИП и электропроводности σ тестируемой среды. Частота автоколебаний с учетом постоянной индуктивности колебательного контура является мерой емкости CХ емкостного датчика, равной CХ=CПИП+CП, где CПИП - информативная емкость ПИП, определяемая действительным компонентом ε' КДП материала в измерительном объеме ПИП, а паразитную емкость CП определяют при калибровке.In the steady state mode, losses in the oscillatory circuit (conductivity G of the capacitive sensor PIP ) caused by the electrical conductivity σ of the medium under test are compensated by the amplification of the controlled amplifier, therefore, the control voltage U UP and the gain of the amplifier 73, as well as the gear ratio of the divider 74-75 in the stationary mode, are a measure of the conductivity G PIP and the electrical conductivity σ of the test medium. The self-oscillation frequency, taking into account the constant inductance of the oscillating circuit, is a measure of the capacitance C X of the capacitive sensor, equal to C X = C PIP + C P , where C PIP is the information capacitance of the PIP determined by the actual component ε 'of the material CIP in the measuring volume of the PIP, and the parasitic capacitance C P is determined during calibration.

Однако указанное разделение информации, когда частота автоколебаний fOSC определяется только емкостью колебательного контура CХ, а модуль коэффициента передачи k или напряжение управления усилением UУП - только проводимостью GПИП датчика 76, в электромагнитном поле которого находится исследуемый материал (почва), происходит только при полном отсутствии фазового сдвига колебаний в управляемом усилителе 73. В реальных схемах за счет наличия фазового сдвига в управляемом усилителе 73, полного разделения информации о емкости и проводимости емкостного датчика по информативным выходным параметрам автогенератора не происходит, однако значения емкости и проводимости и соответственно компонента ε' КДП и электропроводности σ исследуемого материала могут быть найдены по градуировочной сетке линий равной диэлектрической проницаемости ε' и равной электропроводности σ, построенной в координатах информативных выходных параметров автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя.However, this separation of information, when the self-oscillation frequency f OSC is determined only by the capacitance of the oscillating circuit C X , and the transmission coefficient module k or gain control voltage U UP is determined only by the conductivity G of the PIP of the sensor 76, in the electromagnetic field of which the studied material (soil) is located, only in the complete absence of a phase shift of the oscillations in the controlled amplifier 73. In real schemes, due to the presence of a phase shift in the controlled amplifier 73, the separation of information about the capacitance and conductivity e the bone sensor does not occur according to the informative output parameters of the oscillator, however, the capacitance and conductivity and, respectively, of the CDF component ε 'and the electrical conductivity σ of the material under study can be found from the calibration grid of lines of equal dielectric constant ε' and equal electrical conductivity σ constructed in the coordinates of the informative output parameters of the oscillator two-component dielcometric converter.

На фиг.10 представлена градуировочная сетка линий равной диэлектрической проницаемости ε' и равной электропроводности σ почв в координатах выходных параметров автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя: частоте автоколебаний fOSC и напряжения управления усилением UУП управляемого усилителя для схемы с симметричным широкополосным управляемым усилителем SA5219 с полосой пропускания 700 МГц. В симметричный колебательный контур автогенератора включены симметрично установленные потенциальные электроды 55 емкостного датчика 6-1 (фиг.7) и «земля» - корпус измерительного блока 5. Кольцевые электроды 55 имеют диаметр 50 мм и врезаны заподлицо в измерительный блок 5 толщиной 30 мм через изоляторы 56 с наружным диаметром 90 мм. Геометрическая постоянная емкостного датчика, найденная экспериментально погружением измерительного блока в сосуд с дистиллированной водой, измерением частоты автоколебаний в воде с последующим извлечением блока из воды и подключением к электродам 55 датчика конденсатора с емкостью, возвращающей частоту автоколебаний к значению для случая погружения в воду, равна KП=8 м-1. Градуировочная сетка, представленная на фиг.10, получена методом электрических эквивалентов путем включения в колебательный контур автогенераторного преобразователя при положении емкостного датчика в воздухе, добавочных резисторов и конденсаторов, соответствующих заданным значениям действительного компонента ε' КДП и электропроводностей σ тестируемого материала. Расчет значений добавочных конденсаторов сдоб и резисторов CДОБ производится по формулам:Figure 10 shows a calibration grid of lines of equal permittivity ε 'and equal conductivity σ of soils in the coordinates of the output parameters of a self-generated two-component dielcometer transducer: self-oscillation frequency f OSC and gain control voltage U UP controlled amplifier for a circuit with a symmetrical broadband controlled amplifier SA5219 with a passband 700 MHz The symmetric oscillatory circuit of the oscillator includes symmetrically installed potential electrodes 55 of the capacitive sensor 6-1 (Fig. 7) and ground - the housing of the measuring unit 5. Ring electrodes 55 have a diameter of 50 mm and are cut flush into the measuring unit 5 with a thickness of 30 mm through insulators 56 with an outer diameter of 90 mm. The geometrical constant of the capacitive sensor, found experimentally by immersing the measuring unit in a vessel with distilled water, measuring the frequency of self-oscillations in water, then removing the block from water and connecting a capacitor sensor to the electrodes 55 with a capacitance that returns the self-oscillation frequency to the value for immersion in water, is K P = 8 m -1 . The calibration grid shown in Fig. 10 is obtained by the method of electrical equivalents by including in the oscillating circuit of the oscillator transducer with the capacitive sensor in the air positioned, additional resistors and capacitors corresponding to the specified values of the real component ε 'of the KDP and electrical conductivities σ of the test material. The calculation of the values of the additional capacitors of baking and resistors C DB is made according to the formulas:

C Д О Б = ε 0 ( ε ' 1 ) K П ,   R ДОБ = K П α ,                                          ( 8 )

Figure 00000013
C D ABOUT B = ε 0 ( ε '' - one ) K P , R ADD = K P α , ( 8 )
Figure 00000013

учитывающим, что датчик 6-1 при градуировках не отключается от автогенераторного преобразователя. Диапазон изменений ε' на градуировочной сетке фиг.10 составляет ε'=1-80, т.е. лежит в пределах значений от воздуха до воды, а диапазон изменений σ составляет σ=0-0,1 См/м, что составляет половину ширины принятого диапазона электропроводностей незасоленных почв сельскохозяйственного использования. На фиг.10 представлены также экспериментально полученные кривые увлажнения образцов дерново-подзолистой почвы: образца неизменного солевого состава, увлажняемого дистиллированной водой (нижняя кривая увлажнения); образца, увлажняемого раствором KCl с электропроводностью 0,2 См/м (верхняя кривая увлажнения); θ - объемная влажность почвы.taking into account that the sensor 6-1 when calibrating is not disconnected from the oscillator transducer. The range of changes ε 'on the calibration grid of Fig. 10 is ε' = 1-80, i.e. lies in the range of values from air to water, and the range of variation of σ is σ = 0-0.1 S / m, which is half the width of the accepted range of electrical conductivity of non-saline soils for agricultural use. Figure 10 also shows the experimentally obtained moisture curves of samples of sod-podzolic soil: a sample of an unchanged salt composition moistened with distilled water (lower moisture curve); a sample moistened with a KCl solution with a conductivity of 0.2 S / m (upper humidification curve); θ is the volumetric moisture of the soil.

В одной из частных форм воплощения устройства - при использовании в измерительном блоке 5 индуктивного датчика действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы, отличие от прототипа состоит в том, что этот индуктивный датчик (фиг.11) выполнен в виде двух одинаковых установленных соосно в круглых окнах измерительного блока 5 кольцевых катушек индуктивности 87, изолированных диэлектрическими элементами 88 от металлического корпуса измерительного блока 5. При этом индуктивный датчик подключен к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, выполненного, например, по схеме фиг.12 и смонтированного на печатной плате 89. Выходы преобразователя связаны с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (на фиг.24 этот преобразователь не показан). Катушки 87 расположены близко к боковым поверхностям измерительного блока 5, а их оси перпендикулярны боковым поверхностям. Катушки могут быть включены последовательно согласно при их подключении к несимметричному входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя либо быть включены раздельно к противофазным симметричным входам двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с симметричным управляемым высокочастотным усилителем. Печатная плата 89 двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя расположена в желобе 52 измерительного блока 5, в котором проходят также кабели 62, соединяющие измерительные датчики блока 5 с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (см. фиг.24). Выводы катушек 87 пропущены через канал 90 для подключения к преобразователю на печатной плате 89. Для сборки индуктивного датчика и крепления его в теле измерительного блока 5 использовано сборочное кольцо 91 и стягивающие винты 92, равномерно расположенные по окружности кольца 91. Сборочное кольцо 91 выполнено из нержавеющей стали. Диаметры катушек индуктивности 87 должны быть в 2-3 раза меньше диаметра отверстия для установки индуктивного датчика в измерительном блоке 5 и внутреннего диаметра сборочного кольца 91 для исключения снижения добротности катушек за счет шунтирования металлическими частями измерительного блока 5. В желобе 52 измерительного блока 5 проходят кабели 62, соединяющие измерительные датчики блока 5 с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (см. фиг.24).In one particular embodiment of the device, when the inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil is used in the measuring unit 5, the difference from the prototype is that this inductive sensor (Fig. 11) is made in the form of two identical 5 coaxially mounted in the round windows of the measuring unit 5 ring inductors 87 isolated by dielectric elements 88 from the metal housing of the measuring unit 5. In this case, and inductance sensor is connected to the input of the bicomponent dielcometric transducer made of, for example, according to the scheme 12 and mounted on the circuit board 89. The inverter outputs are connected to the measurements, data collection and measurement control information conversion unit (24 in this converter is not shown). Coils 87 are located close to the side surfaces of the measuring unit 5, and their axes are perpendicular to the side surfaces. Coils can be connected in series according to their connection to the unbalanced input of a two-component dielectric transducer or can be connected separately to the antiphase symmetric inputs of a two-component dielectric transducer with a symmetric controlled high-frequency amplifier. The printed circuit board 89 of the two-component dielectric transducer is located in the trough 52 of the measuring unit 5, in which there are also cables 62 connecting the measuring sensors of the unit 5 with the unit for measuring control, collection and conversion of measuring information (see Fig. 24). The conclusions of the coils 87 are passed through the channel 90 for connection to the converter on the printed circuit board 89. To assemble the inductive sensor and fasten it in the body of the measuring unit 5, an assembly ring 91 and tightening screws 92 are used, evenly spaced around the circumference of the ring 91. The assembly ring 91 is made of stainless become. The diameters of the inductors 87 should be 2-3 times smaller than the diameter of the hole for installing the inductive sensor in the measuring unit 5 and the inner diameter of the assembly ring 91 to avoid reducing the quality factor of the coils due to shunting of the metal parts of the measuring unit 5. Cables pass through the groove 52 of the measuring unit 5 62 connecting the measuring sensors of unit 5 with the unit for measuring control, collection and conversion of measurement information (see Fig. 24).

Двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь может быть выполнен по схеме автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с индуктивным датчиком в последовательном колебательном контуре на основе автогенератора с инерционной стабилизацией амплитуды колебаний [Ананьев И.П. Патент РФ на изобретение №2361226, МПК8 G01R 27/26, G01N 27/02, заявлен 28.09.2007, зарегистрирован 10.07.2009]. Этот преобразователь (фиг.12) содержит усилитель колебаний высокой частоты 93 с управляемым усилением и линейной амплитудной характеристикой, в выходную цепь которого включен делитель, состоящий из последовательного колебательного контура 94 с индуктивным датчиком 95 и заземленного резистора RS 96. Возбуждение колебаний обеспечивается петлей положительной обратной связи с выхода 97 делителя, имеющего максимальный модуль коэффициента передачи на частоте автоколебаний, на вход 98 усилителя 93. Удержание колебаний на линейном участке амплитудной характеристики усилителя 93 осуществляется каналом инерционной стабилизации амплитуды колебаний 99, в котором аналогично каналу инерционной стабилизации 79 на фиг.9 выходное напряжение U ˙ У В Ч

Figure 00000014
усилителя 93 подают на вход канала 100, детектируют амплитудным детектором, сравнивают с опорным напряжением, а сигнал рассогласования усиливают и подают на вход управления усилением 101 усилителя 93. Характеристика управления усилением усилителя 93, полярности включения амплитудного детектора, опорного напряжения и усилителя сигнала рассогласования выбраны такими, что в системе осуществляется отрицательная обратная связь по огибающей амплитуд колебаний. Опорное напряжение задает амплитуду высокочастотных колебаний в установившемся (стационарном) режиме на линейном участке амплитудной характеристики усилителя 93. Благодаря инерционной стабилизации амплитуды колебаний на линейном участке амплитудной характеристики усилителя 93 отсечка колебаний исключается, и положительная обратная связь через делитель 94-96 полностью компенсирует потери в колебательном контуре для мгновенных значений напряжения колебаний в течение всего периода колебаний. Поэтому частота автоколебаний при отсутствии фазового сдвига колебаний в усилителе 93 определяется только собственной резонансной частотой колебательного контура без потерь, что позволяет измерить индуктивность LX по частоте колебаний с исключением влияния потерь контура и, соответственно, вычислить ε' материала с исключением влияния электропроводности σ материала. Следует отметить, что такая избирательность справедлива только для схемы автогенератора с последовательным колебательным контуром и не выполняется для схем с параллельным колебательным контуром, чем и определился выбор схемы автогенератора с последовательным колебательным контуром. Двумя выходными информативными параметрами автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя служат частота автоколебаний fOSC на выходе автогенератора (Вых.1 на фиг.12) и модуль коэффициента передачи kД делителя колебательный контур 94 - сопротивление RS 96, равный отношению модулей напряжений на резисторе RS (Вых.2) и на выходе 102 усилителя 93 (Вых.1): k Д = | U ˙ R S | / | U ˙ У В Ч |
Figure 00000015
. Кроме того, вторым выходным информативным параметром может служить напряжение управления усилением UУП усилителя 93 (Вых.2').A two-component dielcometric converter can be made according to the scheme of a self-generating two-component diolemeter converter with an inductive sensor in a series oscillatory circuit based on a self-oscillator with inertial stabilization of the amplitude of the oscillations [Ananiev I.P. RF patent for the invention No. 2361226, IPC8 G01R 27/26, G01N 27/02, pending September 28, 2007, registered July 10, 2009]. This converter (Fig. 12) contains a high-frequency oscillation amplifier 93 with a controlled gain and linear amplitude characteristic, the output circuit of which includes a divider consisting of a series oscillatory circuit 94 with an inductive sensor 95 and a grounded resistor R S 96. The oscillation is excited by a positive loop feedback from the output 97 of the divider having the maximum modulus of the transmission coefficient at the self-oscillation frequency, to the input 98 of the amplifier 93. Keeping oscillations in the linear portion of the amplitude The characteristics of the amplifier 93 are carried out by the inertial stabilization channel of the oscillation amplitude 99, in which the output voltage is similar to the inertial stabilization channel 79 in Fig. 9 U ˙ At AT H
Figure 00000014
the amplifier 93 is fed to the input of the channel 100, detected by an amplitude detector, compared with the reference voltage, and the error signal is amplified and fed to the input of the gain control 101 of the amplifier 93. The gain control characteristic of the amplifier 93, the polarity of the amplitude detector, the reference voltage and the error signal amplifier are selected that the system provides negative feedback on the envelope of the oscillation amplitudes. The reference voltage sets the amplitude of the high-frequency oscillations in the steady (stationary) mode on the linear portion of the amplitude characteristic of the amplifier 93. Thanks to the inertial stabilization of the amplitude of the oscillations in the linear portion of the amplitude characteristic of the amplifier 93, the oscillation cut-off is eliminated, and positive feedback through the divider 94-96 completely compensates for the losses in the oscillatory circuit for instantaneous values of the voltage fluctuations during the entire period of oscillation. Therefore, the self-oscillation frequency in the absence of a phase shift of the oscillations in the amplifier 93 is determined only by the intrinsic resonant frequency of the lossless oscillation circuit, which allows us to measure the inductance L X by the oscillation frequency with the exception of the influence of circuit losses and, accordingly, calculate ε 'of the material with the exception of the influence of the electrical conductivity σ of the material. It should be noted that such selectivity is valid only for the oscillator circuit with a sequential oscillatory circuit and is not performed for circuits with a parallel oscillatory circuit, which determined the choice of the oscillator circuit with a serial oscillatory circuit. The two output informative parameters of the self-generating two-component dielcometer converter are the self-oscillation frequency f OSC at the output of the self-oscillator (Output 1 in Fig. 12) and the transmission coefficient module k D divider the oscillatory circuit 94 is the resistance R S 96 equal to the ratio of the voltage modules on the resistor R S ( Out.2) and at the output 102 of the amplifier 93 (Out.1): k D = | U ˙ R S | / | U ˙ At AT H |
Figure 00000015
. In addition, the second output informative parameter can serve as the voltage control gain U UP amplifier 93 (Output 2 ').

При наличии фазового сдвига в усилителе колебаний компонент ε' КДП и электропроводность σ исследуемого материала могут быть найдены по градуировочной сетке линий равной диэлектрической проницаемости ε' и равной электропроводности σ, построенной в координатах информативных выходных параметров автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя. На фиг.13 представлены расчетные градуировочные характеристики автогенераторного ДДП с индуктивным датчиком, выполненного по функциональной схеме фиг.12: двухкоординатное поле значений частоты автоколебаний fOSC и модуля коэффициента передачи kД делителя последовательный колебательный контур - резистор RS в зависимости от действительного компонента ε' КДП и электропроводности σ почвы. В расчете рассматривались две последовательно включенные катушки, расположенные вблизи поверхностей боковых стенок измерительного блока 5, с общей индуктивностью в воздухе 1,1 мкГн, емкость колебательного контура 94 выбрана из условия резонанса в воздухе на частоте 20 МГц и равна CК=58,2 пФ, резистор 96 делителя имеет сопротивление RS=13 Ом, внутреннее выходное сопротивление усилителя 93 равно Ri=7 Ом, в качестве управляемого усилителя 93 рассматривался усилитель AD8367 с полосой пропускания 500 МГц. Эквивалентная частота среза частотной характеристики усилителя автогенератора с учетом дополнительного фазоинвертирующего усилителя и буферного усилителя-повторителя МАХ 4184, определяющая фазовый сдвиг колебаний, равна fCP=150 МГц. Расчетные формулы приведены в автореферате диссертации [Ананьев И.П. Автогенераторные измерительные преобразователи двухкомпонентной диэлькометрии сельскохозяйственных материалов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, 2009 г.].In the presence of a phase shift in the oscillation amplifier, the components ε 'of the CDF and the electrical conductivity σ of the material under study can be found from the calibration grid of lines of equal dielectric constant ε' and equal electrical conductivity σ constructed in the coordinates of the informative output parameters of the self-generated two-component dielcometric converter. On Fig presents the calculated calibration characteristics of a self-generating DDP with an inductive sensor, made according to the functional diagram of Fig.12: two-coordinate field of values of the self-oscillation frequency f OSC and the transmission coefficient module k D divider serial oscillatory circuit - resistor R S depending on the actual component ε ' KDP and electrical conductivity σ of soil. In the calculation, we considered two series-connected coils located near the surfaces of the side walls of the measuring unit 5, with a total inductance in air of 1.1 μH, the capacitance of the oscillatory circuit 94 was selected from the resonance condition in air at a frequency of 20 MHz and was equal to C K = 58.2 pF , the divider resistor 96 has a resistance of R S = 13 Ohms, the internal output resistance of the amplifier 93 is R i = 7 Ohms, the AD8367 amplifier with a bandwidth of 500 MHz was considered as a controlled amplifier 93. The equivalent cut-off frequency of the frequency response of the oscillator amplifier, taking into account an additional phase-inverting amplifier and a buffer repeater amplifier MAX 4184, which determines the phase shift of the oscillations, is f CP = 150 MHz. The calculation formulas are given in the abstract of the thesis [IP Ananiev Automatic generator measuring transducers of two-component dielcometry of agricultural materials. Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. St. Petersburg, 2009].

Из сравнения градуировочных характеристик автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с емкостным датчиком (фиг.10) и с индуктивным датчиком (фиг.13) видно, что преобразователь с индуктивным датчиком обладает существенно меньшей чувствительностью к действительному компоненту ε' КДП. Однако достоинством индуктивных датчиков является бесконтактность измерений, что полностью исключает погрешности измерений, связанные с существованием двойного электрического слоя на границах поверхности электродов емкостных датчиков с почвой.From a comparison of the calibration characteristics of the self-generating two-component dielcometric transducer with a capacitive sensor (Fig. 10) and with an inductive sensor (Fig. 13), it can be seen that the transducer with an inductive sensor has a significantly lower sensitivity to the actual component ε 'of the KDP. However, the advantage of inductive sensors is non-contact measurements, which completely eliminates the measurement errors associated with the existence of a double electric layer at the boundaries of the surface of the electrodes of capacitive sensors with soil.

В важной частной форме воплощения устройства - при использовании в измерительном блоке контактного датчика температуры почвы 6-2, отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что этот датчик выполнен (фиг.14) в виде двух одинаковых установленных соосно заподлицо с боковыми стенками измерительного блока 5 круглых теплоприемников 103, теплоизолированных от металлического корпуса измерительного блока двумя симметричными диэлектрическими кольцевыми вставками 104. Теплоприемники 103 выполнены из нержавеющей стали. В теплоприемники вмонтированы термочувствительные измерительные преобразователи 105, подключенные к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (фиг.25). Теплоприемники 103 крепятся изнутри к кольцевым теплоизолирующим вставкам 104 винтами 106. Для сборки датчика температуры 6-2 и его крепления в корпусе измерительного блока 5 использовано сборочное кольцо 107 из нержавеющей стали и стягивающие винты 108, равномерно расположенные по окружности кольца 107. Для подключения термочувствительных преобразователей 105 к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации использованы кабели, проходящие по каналу 109 в теплоизолирующих вставках 104, отверстию 110 в измерительном блоке 5 (кабели на фиг.14 не показаны) и по желобу 52 измерительного блока 5, служащему для укладки соединительных кабелей 111. Термочувствительные измерительные преобразователи 105, установленные в теплоприемниках 103, расположены на правой и левой боковых сторонах измерительного блока 5, подключены к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации независимо друг от друга (105 на фиг.24) и используются как два отдельных датчика температуры.In an important particular embodiment of the device — when a soil temperature sensor 6-2 is used in the measuring unit, the difference between the proposed device and the prototype is that this sensor is made (Fig. 14) in the form of two identical coaxially mounted flush with the side walls of the measuring unit 5 round heat sinks 103, insulated from the metal housing of the measuring unit by two symmetrical dielectric ring inserts 104. Heat sinks 103 are made of stainless steel. Heat-sensitive measuring transducers 105 are mounted in the heat sinks, which are connected to the unit for measuring control, collecting and converting measuring information (Fig. 25). The heat sinks 103 are mounted internally to the annular heat insulating inserts 104 by screws 106. To assemble the temperature sensor 6-2 and fasten it in the housing of the measuring unit 5, a stainless steel assembly ring 107 and tightening screws 108 are used that are evenly spaced around the circumference of the ring 107. For connecting temperature-sensitive transducers 105, cables passing through channel 109 in heat-insulating inserts 104, hole 110 in the measuring unit are used to the unit for measuring control, collection and conversion of measurement information ke 5 (the cables are not shown in Fig. 14) and along the groove 52 of the measuring unit 5, which serves for laying the connecting cables 111. The thermosensitive measuring transducers 105 installed in the heat sinks 103 are located on the right and left sides of the measuring unit 5, connected to the unit measurement control, collection and conversion of measurement information independently of each other (105 in Fig.24) and are used as two separate temperature sensors.

В качестве термочувствительных измерительных преобразователей 105 могут использоваться, например, кремниевые полупроводниковые преобразователи с положительным температурным коэффициентом TD-5 компании Honeywell (США). Градуировочные характеристики в виде зависимости температуры преобразователя от их сопротивления для двух преобразователей, установленных в датчике температуры 6-2 измерительного блока 5, приведены на фиг.15. Эти характеристики позволяют вычислить температуру преобразователя по измеренным значениям его сопротивления. На графиках точки соответствуют значениям сопротивления термочувствительных элементов, измеряемых при градуировке универсальным вольтметром В7-40 с погрешностью 0,1 Ом, и значениям температур, задаваемых с использованием прецизионного термостата фирмы ERTCO (США) и контролируемых образцовым термометром ЛТ-300 с погрешностью 0,05°C. Линии - регрессионные градуировочные зависимости, представленные полиномами второй степени, для преобразователя на фиг.15 слева и преобразователя справа имеют вид:As thermosensitive measuring transducers 105 can be used, for example, silicon semiconductor transducers with a positive temperature coefficient TD-5 from Honeywell (USA). Calibration characteristics in the form of a dependence of the temperature of the transducer on their resistance for two transducers installed in the temperature sensor 6-2 of the measuring unit 5 are shown in Fig. 15. These characteristics make it possible to calculate the temperature of the converter from the measured values of its resistance. On the graphs, the points correspond to the resistance values of thermosensitive elements, measured during calibration with a B7-40 universal voltmeter with an accuracy of 0.1 Ohms, and temperature values set using a precision thermostat manufactured by ERTCO (USA) and controlled by a standard thermometer LT-300 with an accuracy of 0.05 ° C. The lines are regression calibration dependences represented by polynomials of the second degree for the transducer in Fig. 15 on the left and the transducer on the right have the form:

Rt=1853,95+6,97673·t+0,00823214·t2; Rt=1862,96+6,49107·t+0,01185·t2, где Rt - сопротивление преобразователя, Ом; t - температура, °C.R t = 1853.95 + 6.97673 t + 0.00823214 t 2 ; R t = 1862.96 + 6.49107 · t + 0.01185 · t 2 , where R t is the resistance of the converter, Ohm; t is the temperature, ° C.

Основная статическая погрешность определения температуры датчиком температуры 6-2 с учетом такой градуировки составляет около 0,2°C, а с учетом погрешности преобразования в микроконтроллере блока управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации - около 0,3°C.The main static error in determining the temperature by a temperature sensor 6-2, taking into account such a calibration, is about 0.2 ° C, and taking into account the error of conversion in the microcontroller of the measurement control unit, the collection and conversion of measurement information is about 0.3 ° C.

Особенность определения температуры почвы по показаниям датчиков температуры 6-2 при движении мобильного устройства по полю состоит в том, что помимо статической погрешности датчиков температуры, определяемой для неподвижных датчиков, проявляются две составляющие динамической погрешности, одна из которых вызвана нагревом теплоприемников 103 и термочувствительных измерительных преобразователей 105 при движении за счет трения о почву, а вторая обусловлена инерционностью датчика, приводящей к сглаживанию показаний в случае быстрого временного изменения температуры почвы в области контакта с датчиком по трассе движения.The peculiarity of determining the soil temperature from the readings of temperature sensors 6-2 when the mobile device moves across the field is that in addition to the static error of the temperature sensors, determined for stationary sensors, two components of the dynamic error appear, one of which is caused by heating of the heat sinks 103 and heat-sensitive measuring transducers 105 when moving due to friction on the soil, and the second is due to the inertia of the sensor, leading to smoothing of readings in the case of fast time nnogo soil temperature change in the contact area with the sensor track of movement.

Составляющая динамической погрешности, вызванная нагревом теплоприемников 103 и термочувствительных измерительных преобразователей 105 при движении за счет трения о почву, растет с увеличением скорости движения и зависит от влагосодержания, плотности сложения и гранулометрического состава почвы. Она может быть экспериментально определена по следующей методике. Заявляемое мобильное устройство перемещают по полю при заданной глубине установки датчиков и при заданной скорости, для которой требуется определить эту составляющую динамической погрешности, в течение времени, достаточного для установления стационарного значения приращения температуры датчика 6-2 за счет трения о почву ΔHT (это время легко найти экспериментально после нескольких проездов). При этом ведут непрерывную запись показаний температуры датчиков (периодичность записи должна быть 0,5-2 с). По истечении этого времени устройство останавливают и продолжают запись и наблюдение за изменением показаний температуры. Поскольку после остановки устройства нагрев за счет трения прекращается, происходит апериодический процесс остывания датчиков (теплоприемников 103 с преобразователями 105) с постепенным снижением температуры от стационарной температуры нагретого трением датчика TН до температуры окружающей почвы TП (фиг.16, а). Разница показаний температуры нагретого трением датчика TН и остывшего до температуры почвы TП после остановки устройства является первой составляющей динамической погрешности: ΔНT=TН-TП.The component of the dynamic error caused by the heating of heat receivers 103 and heat-sensitive transducers 105 when moving due to friction against the soil, increases with increasing speed and depends on moisture content, addition density and particle size distribution of the soil. It can be experimentally determined by the following procedure. The inventive mobile device is moved across the field at a given sensor installation depth and at a given speed, for which it is necessary to determine this component of the dynamic error, for a time sufficient to establish a stationary value of the temperature increment of the sensor 6-2 due to friction on the soil Δ H T (this time is easy to find experimentally after several drives). At the same time, the temperature readings of the sensors are continuously recorded (recording frequency should be 0.5-2 s). After this time, the device is stopped and continue recording and monitoring the change in temperature readings. Since the heating stops due to friction after stopping the device, an aperiodic cooling process of the sensors (heat sinks 103 with transducers 105) occurs with a gradual decrease in temperature from the stationary temperature of the friction heated sensor T N to the temperature of the surrounding soil T P (Fig. 16, a). The difference between the temperature readings of the sensor heated by friction T N and cooled to the soil temperature T P after the device is stopped is the first component of the dynamic error: Δ N T = T N -T P.

Следует отметить, что поскольку датчик температуры обладает тепловой инерцией и в контакте с почвой может рассматриваться как апериодическое звено первого порядка с постоянной времени τ, процесс изменения температуры датчика TД при остывании описывается формулой:It should be noted that since the temperature sensor has thermal inertia and in contact with the soil can be considered as a first-order aperiodic unit with a time constant τ, the process of changing the sensor temperature T D during cooling is described by the formula:

T Д = ( Δ H T ) e t τ + T П = ( Т Н Т П ) e t τ + Т П = Т П [ ( Т Н Т П 1 ) e t τ + 1 ] .

Figure 00000016
T D = ( Δ H T ) e - t τ + T P = ( T N - T P ) e - t τ + T P = T P [ ( T N T P - one ) e - t τ + one ] .
Figure 00000016

Апериодический характер процесса остывания позволяет найти постоянную времени τ датчика в контакте с почвой по кривой остывания датчика известными приемами: по касательной к экспоненциальной кривой или по спаданию кривой до уровня, равного 0,368 от разности TН-TП (см. фиг.16, а). На фиг.16, б приведены экспериментально полученные кривые апериодического процесса охлаждения одного из датчиков температуры (правого по направлению движения) при остановке после движения датчика на глубине 200 мм по полю многолетних трав и полю без растений с указанными на графике скоростями в течение 180 с. Из графиков следует, что динамическая погрешность от трения на поле без растений составила 1,9°C при скорости движения 1,8 м/с. Для поля многолетних трав при скорости движения 1,7 м/с эта погрешность составила 2,2°C. Инерционность датчика температуры, находящегося в контакте с почвой и характеризуемая постоянной времени τ апериодического процесса убывания температуры при остывании после остановки, определена графически и составляет 30…60 с. Поэтому для установления стационарного значения приращения температуры датчика ΔHT за счет трения о почву при заданной скорости движения достаточно движения по полю в течение 180 с перед остановкой для измерения апериодического процесса остывания, что по крайней мере в три раза превышает τ.The aperiodic nature of the cooling process allows you to find the time constant τ of the sensor in contact with the soil according to the cooling curve of the sensor by known methods: along the tangent to the exponential curve or by falling off the curve to a level equal to 0.368 from the difference T H -T P (see Fig. 16, and ) On Fig, b shows the experimentally obtained curves of the aperiodic cooling process of one of the temperature sensors (right in the direction of movement) when stopping after the movement of the sensor at a depth of 200 mm along the field of perennial grasses and the field without plants with the speeds indicated on the graph for 180 s. From the graphs it follows that the dynamic error from friction on the field without plants was 1.9 ° C at a speed of 1.8 m / s. For a field of perennial grasses at a speed of 1.7 m / s, this error was 2.2 ° C. The inertia of the temperature sensor in contact with the soil and characterized by the time constant τ of the aperiodic process of decreasing temperature when cooling after stopping is determined graphically and amounts to 30 ... 60 s. Therefore, to establish a stationary value of the sensor temperature increment Δ H T due to friction against the soil at a given speed of movement, it is enough to move across the field for 180 s before stopping to measure the aperiodic cooling process, which is at least three times higher than τ.

Составляющая динамической погрешности от трения может быть учтена в виде поправок при обработке результатов измерений. В процессе картирования и полевых измерений остановки для определения этой погрешности могут производиться с определенной периодичностью для повышения точности измерений. Кроме того, может быть специально исследована зависимость этой погрешности от скорости движения, влагосодержания почвы и сопротивления горизонтальной пенетрации с использованием показаний датчиков заявляемого устройства. Полученная информация может быть использована для автоматического введения поправок за счет трения о почву в измеренные в движении значения температуры без остановки мобильного устройства. В результате можно получить погрешность измерения температуры почвы в движении, не превышающую 0,5-1°C, что значительно превышает точность измерения температуры почвы инфракрасными радиационными термометрами, показания которых существенно зависят от отражательной способности почвы.The component of the dynamic error from friction can be taken into account in the form of corrections in the processing of measurement results. In the process of mapping and field measurements, stops to determine this error can be made with a certain frequency to increase the accuracy of measurements. In addition, the dependence of this error on the speed of movement, soil moisture content and horizontal penetration resistance using the readings of the sensors of the inventive device can be specially investigated. The obtained information can be used to automatically introduce corrections due to friction on the soil into the temperature measured in motion without stopping the mobile device. As a result, it is possible to obtain an error in measuring the temperature of the soil in motion, not exceeding 0.5-1 ° C, which significantly exceeds the accuracy of measuring the temperature of the soil with infrared radiation thermometers, the readings of which significantly depend on the reflectivity of the soil.

Вторая составляющая динамической погрешности, определяемая тепловой инерционностью датчиков и приводящая к сглаживанию показаний при быстром временном изменении температуры почвы по трассе движения, будет проявляться, когда период изменения температуры почвы в области контакта с датчиком температуры по трассе движения меньше чем (2…3)τ. В этом случае для уменьшения или исключения второй составляющей погрешности следует уменьшить скорость движения по полю при измерениях.The second component of the dynamic error, determined by the thermal inertia of the sensors and leading to a smoothing of the readings with a quick temporary change in soil temperature along the motion path, will appear when the period of change in soil temperature in the area of contact with the temperature sensor along the motion path is less than (2 ... 3) τ. In this case, to reduce or eliminate the second component of the error, it is necessary to reduce the speed of movement in the field during measurements.

В частной форме реализации устройства - при использовании в измерительном блоке 5 датчика сопротивления горизонтальной пенетрации 6-4 (фиг.1, фиг.2), отличие устройства от прототипа состоит в том, что датчик сопротивления горизонтальной пенетрации (фиг.17) имеет металлический чувствительный элемент 112 (фиг.17, фиг.18) с симметрично выступающими за стенки измерительного блока 5 приемниками давления 113, которые выполнены предпочтительно в форме трехгранных прямых призм с поперечными к направлению движения НД ребрами и с воспринимающими давление почвы гранями, расположенными под тупым углом к направлению движения устройства. Чувствительный элемент 112 установлен в корпусе измерительного блока 5 с возможностью продольного смещения под действием давления почвы на приемники давления 113 при движении устройства в пахотном слое почвы. Датчик пенетрации 6-4 имеет также преобразователь силы в электрический сигнал 114, состоящий из нагрузочной Z-образной балки 115 и тензочувствительного элемента 116. Чувствительный элемент 112 датчика пенетрации 6-4 соединен с нагрузочной Z-образной балкой 115 тягой 117, вызывающей растяжение балки 115 под действием давления почвы на приемники давления 113. Растяжение балки 115 сопровождается обратимым смещением чувствительного элемента 112 в направлении действия давления почвы на приемники давления 113 (вправо на фронтальном виде фиг.17), которое не превышает 1 мм. Для обеспечения смещения чувствительного элемента 112 с удержанием его в продольной плоскости симметрии устройства он подвижно установлен на двух параллельных направляющих шпильках 118-1, 118-2, смазанных консистентной смазкой. Тяга 117 и винт 119, с помощью которого нагрузочная балка 115 закреплена в корпусе 120 датчика 6-4, имеют головки со сферической внутренней поверхностью, что необходимо для скольжения с учетом углового смещения тяги и винта при нагрузочной деформации Z-образной балки 115. Зазор 121 чувствительного элемента 112 с боковыми стенками датчика 6-4 заполнен эластичным силиконовым герметиком. Входные и выходные цепи тензочувствительного элемента 116 по кабелю 122, уложенному в желобе 52 измерительного блока 5 и передней стойки 12 устройства (фиг.6), соединены с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (фиг.24). Для предохранения нагрузочной Z-образной балки 115 от поломки при нагрузках, значительно превышающих допустимые, использован предохранительный штифт 123, установленный на резьбе с возможностью регулировки предохранительного зазора между головкой тяги 117 и этим штифтом. При превышении нагрузки на чувствительный элемент 112 тяга 117 упирается в предохранительный штифт 123 и дальнейшее растяжение балки 115 под действием давления почвы на приемники давления 113 прекращается. Для монтажа датчика сопротивления горизонтальной пенетрации 6-4 в измерительный блок 5 производят предварительную установку в корпус 120 датчика чувствительного элемента 112 путем введения в него и завинчивания направляющих шпилек 118-1, 118-2, установку преобразователя силы в электрический сигнал 114 креплением его тягой 117 и винтом 119, регулировку начального положения чувствительного элемента 112 на направляющих шпильках 118-1, 118-2 шлицом винтовой головки тяги 117, регулировку предохранительного зазора штифтом 123. Затем корпус 120 с установленными элементами вводят в корпус измерительного блока 5, продевая кабель 122 преобразователя 114 в отверстие в корпусе 5 и смазывая эластичным силиконовым герметиком рабочие зазоры 121. Для крепления датчика 6-4 в измерительном блоке 5 использована металлическая крышка 124 и винты 125.In a particular embodiment of the device, when the horizontal penetration resistance sensor 6-4 is used in the measuring unit 5 (FIG. 1, FIG. 2), the device differs from the prototype in that the horizontal penetration resistance sensor (FIG. 17) has a metal sensitive element 112 (FIG. 17, FIG. 18) with pressure detectors 113 symmetrically protruding beyond the walls of the measuring unit 5, which are preferably made in the form of trihedral direct prisms with ribs transverse to the direction of movement of the PD and with pressure receptors p chvy faces arranged at an obtuse angle to the direction of device movement. The sensing element 112 is installed in the housing of the measuring unit 5 with the possibility of longitudinal displacement under the action of soil pressure on the pressure receivers 113 when the device moves in the arable soil layer. The penetration sensor 6-4 also has a force to electric signal converter 114, consisting of a load Z-shaped beam 115 and a strain-sensing element 116. The sensitive element 112 of the penetration sensor 6-4 is connected to a load Z-shaped beam 115 by a rod 117, which causes the beam 115 to stretch under the influence of soil pressure on the pressure receivers 113. The extension of the beam 115 is accompanied by a reversible displacement of the sensing element 112 in the direction of the pressure of the soil on the pressure receivers 113 (to the right in the front view of Fig. 17), which is not exceeded AET 1 mm. To ensure the displacement of the sensitive element 112 while holding it in the longitudinal plane of symmetry of the device, it is movably mounted on two parallel guide pins 118-1, 118-2, lubricated with grease. The rod 117 and the screw 119, with which the load beam 115 is fixed in the housing 120 of the sensor 6-4, have heads with a spherical inner surface, which is necessary for sliding, taking into account the angular displacement of the rod and screw under load deformation of the Z-shaped beam 115. The gap 121 the sensing element 112 with the side walls of the sensor 6-4 is filled with an elastic silicone sealant. The input and output circuits of the strain gauge element 116 through the cable 122, laid in the groove 52 of the measuring unit 5 and the front rack 12 of the device (Fig.6), are connected to the unit for measuring control, collection and conversion of measuring information (Fig.24). To protect the load Z-shaped beam 115 from breaking under loads significantly exceeding permissible, a safety pin 123 mounted on the thread with the possibility of adjusting the safety clearance between the rod head 117 and this pin was used. When the load on the sensing element 112 is exceeded, the rod 117 abuts against the safety pin 123 and further extension of the beam 115 under the influence of soil pressure on the pressure receivers 113 stops. To mount the horizontal penetration resistance sensor 6-4 in the measuring unit 5, a sensor element 112 is pre-installed in the sensor housing 120 by inserting into it and screwing the guide pins 118-1, 118-2, installing a force transducer in an electric signal 114 by attaching it with a rod 117 and screw 119, adjusting the initial position of the sensing element 112 on the guide pins 118-1, 118-2 with the slot of the screw head of the rod 117, adjusting the safety clearance with the pin 123. Then, the housing 120 with the installed ele they are inserted into the housing of the measuring unit 5 by passing the cable 122 of the converter 114 into the hole in the housing 5 and lubricating the working gaps 121 with elastic silicone sealant. A metal cover 124 and screws 125 are used to fasten the sensor 6-4 in the measuring unit 5.

В качестве преобразователя силы в электрический сигнал 114 может быть использован тензометрический преобразователь YZ101BH фирмы YOUNGZON TRANSDUCER СО. LTD (Тайвань), имеющий диапазон измерения 0-200 кг, чувствительность 2 мВ на 1 В питающего напряжения при нагрузке 200 кг, общую погрешность измерения менее 0,02%, напряжение питания 5-12 В постоянного или переменного тока, входное сопротивление 400±20 Ом, выходное сопротивление 350±3 Ом, безопасную перегрузку до 300 кг. Градуировочные зависимости датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, полученные на стенде в виде зависимости выходного напряжения тензометрического преобразователя UТ при напряжении питания 10 В от силы сопротивления пенетрации FП, приложенной к воспринимающим призмам 113 чувствительного элемента 112 датчика 6-4 в направлении, соответствующем давлению почвы при движении, представлены на фиг.19. Сплошная линия на графике соответствует нагрузочной градуировочной кривой (постепенное увеличение силы), точки - разгрузочной градуировочной кривой (постепенное уменьшение силы). Максимальное усилие 152 кг, приложенное к чувствительному элементу датчика (масса растягивающего груза), соответствует давлению почвы на призматические воспринимающие элементы 19 кг/см2, перекрывающему диапазон возможных давлений пенетрации для почв сельскохозяйственного использования.As a force transducer to an electrical signal 114, a strain gauge transducer YZ101BH from YOUNGZON TRANSDUCER CO can be used. LTD (Taiwan), having a measuring range of 0-200 kg, a sensitivity of 2 mV per 1 V of the supply voltage at a load of 200 kg, a total measurement error of less than 0.02%, a supply voltage of 5-12 V DC or AC, input resistance 400 ± 20 Ohms, output impedance 350 ± 3 Ohms, safe overload up to 300 kg. Calibration dependences of the horizontal penetration resistance sensor obtained in the form of a dependence of the output voltage of the strain gauge converter U T at a voltage of 10 V on the penetration resistance force F P applied to the receiving prisms 113 of the sensor 112 of the sensor 6-4 in the direction corresponding to the soil pressure at movement presented on Fig. The solid line on the graph corresponds to the load calibration curve (gradual increase in force), the points to the discharge calibration curve (gradual decrease in force). The maximum force of 152 kg applied to the sensor element (mass of tensile load) corresponds to the soil pressure on the prismatic sensing elements 19 kg / cm 2 , covering the range of possible penetration pressures for agricultural soils.

Датчик сопротивления горизонтальной пенетрации работает следующим образом. При введении измерительного блока 5 на заданную глубину измерения (пп.1, 2, 3 формулы изобретения) блок 5 движется в почве вдоль щели, создаваемой ножом-щелерезом 4 (фиг.1, фиг.2) и по ширине равной толщине измерительного блока. Вследствие движения почва давит на приемники давления 113 в направлении, противоположном направлению движения. Это давление стремится сместить чувствительный элемент 112 против направления движения и, воздействуя на тягу 117, вызывает деформацию растяжения нагрузочной Z-образной балки 115 и появление выходного напряжения тензочувствительного элемента 116, которое поступает в блок управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (фиг.24). Особенность измерения сопротивления горизонтальной пенетрации датчиком 6-4 состоит в том, что он измеряет сопротивление пенетрации почвы, предварительно уплотненной ножом-щелерезом. Поэтому необходимо сопоставление получаемой информации с данными обычного вертикального конусного пенетрометра (хотя такое сопоставление необходимо и для любых горизонтальных пенетрометров). В то же время использование ножа-щелереза обеспечивает надежную защиту датчика пенетрации 6-4 от поломок при наезде заявляемого устройства на камни.The resistance sensor horizontal penetration works as follows. When introducing the measuring unit 5 to a predetermined measurement depth (claims 1, 2, 3 of the claims), the unit 5 moves in the soil along the slit created by the slit knife 4 (Fig. 1, Fig. 2) and is equal in width to the thickness of the measuring unit. Due to movement, the soil presses pressure receptors 113 in a direction opposite to the direction of movement. This pressure tends to displace the sensing element 112 against the direction of movement and, acting on the rod 117, causes tensile deformation of the load Z-beam 115 and the appearance of the output voltage of the strain gauge element 116, which is transmitted to the control unit for measuring, collecting and converting measurement information (Fig.24 ) The peculiarity of measuring the resistance of horizontal penetration by a 6-4 sensor is that it measures the resistance of penetration of soil previously compacted with a slit knife. Therefore, it is necessary to compare the information received with the data of a conventional vertical cone penetrometer (although such a comparison is also necessary for any horizontal penetrometer). At the same time, the use of a slit knife provides reliable protection of the penetration sensor 6-4 from breakdowns when a collision of the inventive device on stones.

Развитием частной формы реализации устройства с датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации является устройство, в котором этот датчик совмещен с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации. Это устройство отличается от прототипа тем, что датчик сопротивления горизонтальной пенетрации выполнен аналогично датчику (фиг.17), но в отличие от него имеет приемники давления 126 чувствительного металлического элемента 127 датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, выполненные (фиг.20) в форме четырехгранных прямых призм с поперечными к направлению движения ребрами и с трапецеидальным сечением в горизонтальной плоскости. При этом грани призм, воспринимающие давление почвы, расположены под тупым углом к направлению движения устройства, а в грани, параллельные боковым стенкам измерительного блока 5, через изоляторы 128 заподлицо врезаны потенциальные электроды 129 датчика измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации. Для крепления этого датчика в теле чувствительного металлического элемента 127 использованы металлические кольца 130 и винты 131. Датчик выполнен симметричным и образован потенциальными электродами 129, изоляторами 128 и металлическим корпусом чувствительного элемента 127. Обе половины датчика через выводы 132 потенциальных электродов 129 и выводы 133 металлического корпуса чувствительного элемента 127 подключены к измерительному преобразователю электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, расположенному в желобе 52 измерительного блока 5 (на фиг.17, 20 не показан), а выход этого преобразователя соединен с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (на фиг.24 этот датчик и преобразователь не показаны).The development of a particular form of implementation of a device with a horizontal penetration resistance sensor is a device in which this sensor is combined with a sensor for measuring the electrophysical characteristics of soil compacted when moving with a horizontal penetration resistance sensor. This device differs from the prototype in that the horizontal penetration resistance sensor is made similar to the sensor (Fig. 17), but in contrast to it has pressure receivers 126 of the sensitive metal element of the horizontal penetration resistance sensor 127 made (Fig. 20) in the form of tetrahedral direct prisms with ribs transverse to the direction of movement and with a trapezoidal section in the horizontal plane. In this case, the faces of the prisms sensing soil pressure are located at an obtuse angle to the direction of movement of the device, and potential electrodes 129 of the sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil, which is compacted when moving with the horizontal penetration resistance sensor, are flush-cut through the insulators 128 into the faces parallel to the side walls of the measuring unit 5 . To fix this sensor in the body of the sensitive metal element 127, metal rings 130 and screws 131 were used. The sensor is symmetrical and is formed by potential electrodes 129, insulators 128 and the metal housing of the sensor element 127. Both halves of the sensor through the terminals 132 of the potential electrodes 129 and the conclusions 133 of the metal case the sensing element 127 are connected to a measuring transducer of the electrophysical characteristics of the soil, compacted when moving the resistance sensor horizontal penetration located in the trough 52 of the measuring unit 5 (not shown in FIGS. 17, 20), and the output of this transducer is connected to a measurement control unit for collecting and converting measurement information (this sensor and the transducer are not shown in FIG. 24).

Основным назначением датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, совмещенного с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, является получение информации для сравнения диэлектрических характеристик почвы, измеренных емкостным датчиком 6-1 (действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влажности почвы, фиг.6), с диэлектрическими характеристиками, измеренными при дополнительном уплотнении почвы приемниками давления 126 датчика сопротивления горизонтальной пенетрации (фиг.20). В этом случае датчик, установленный на чувствительном элементе 127 датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, используют как емкостный и подключают к таким же двухкомпонентным диэлькометрическим преобразователям, как и датчик 6-1 (фиг.8-10, п.7-9 формулы изобретения). Поскольку уплотнение почвы вызывает уменьшение доли воздушной фазы в почве при практически неизменных долях твердой и жидкой фаз, то из построения и рассмотрения моделей диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почв в неуплотненном и уплотненном состоянии можно вычислить электропроводность почвенной воды, характеризующей общее содержание растворенных элементов минерального питания в почве. На основе этих измерений может быть построена карта, позволяющая выявить и количественно оценить дефицит минерального питания посевов, что имеет важное хозяйственное значение. Другим назначением датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, совмещенного с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, является получение информации для разработки способов мониторинга структуры, гранулометрического состава и твердости почв. В этом случае датчик может использоваться для измерений на низких и высоких частотах электромагнитного поля, для исследования линейных и нелинейных электрофизических характеристик почв.The main purpose of the horizontal penetration resistance sensor combined with the soil electrophysical measurement sensor compacted by the horizontal penetration resistance sensor is to obtain information for comparing the dielectric characteristics of the soil measured by a capacitive sensor 6-1 (real and imaginary components of complex dielectric permittivity, electrical conductivity and humidity 6), with dielectric characteristics measured with an additional charge tnenii soil pressure sensor receivers 126 horizontal penetration resistance (Figure 20). In this case, the sensor mounted on the sensor 127 of the horizontal penetration resistance sensor is used as a capacitive one and connected to the same two-component dielectric transducers as the sensor 6-1 (Figs. 8-10, claims 7-9). Since soil compaction causes a decrease in the fraction of the air phase in the soil at almost constant proportions of solid and liquid phases, from the construction and consideration of the models of dielectric permittivity, electrical conductivity and moisture content of soils in an unconsolidated and compacted state, it is possible to calculate the electrical conductivity of soil water, which characterizes the total content of dissolved mineral nutrition elements in the soil. Based on these measurements, a map can be constructed that allows to identify and quantify the deficit of mineral nutrition of crops, which is of great economic importance. Another purpose of the horizontal penetration resistance sensor, combined with the soil electrophysical characteristics measurement sensor, compacted when moving by the horizontal penetration resistance sensor, is to obtain information for developing methods for monitoring soil structure, particle size distribution and hardness. In this case, the sensor can be used for measurements at low and high frequencies of the electromagnetic field, to study the linear and nonlinear electrophysical characteristics of soils.

Несмотря на оснащение заявляемого в качестве изобретения устройства приемником системы геопозиционирования и бортовым компьютером для регистрации измерительной информации и картирования (п.1 формулы изобретения), которые обеспечивают определение географических координат и скорости движения устройства, оно снабжено также автономным датчиком скорости движения и пройденного пути. Это расширяет функциональные возможности устройства, позволяя использовать его в экспериментальных полевых работах, когда картирования не требуется, а достаточно измерения агротехнологических параметров в отдельных проходах по полю или когда приемник системы геопозиционирования не может быть использован.Despite equipping the claimed device as an invention with a location system receiver and an on-board computer for recording measurement information and mapping (claim 1), which provide the determination of the geographical coordinates and speed of the device, it is also equipped with an autonomous sensor of the speed and distance traveled. This extends the functionality of the device, allowing it to be used in experimental field work, when mapping is not required, but it is enough to measure the agrotechnological parameters in separate passes along the field or when the receiver of the geolocation system cannot be used.

В частном случае реализации предлагаемого устройства датчик скорости движения и пройденного пути (фиг.21) выполнен в виде цилиндрического мерного колеса 134 из немагнитного материала, установленного на подпружиненной вилке 135 в задней части опорной лыжи 3 с обеспечением контакта колеса с поверхностью почвы, для чего в задней части лыжи сделан вырез по ширине колеса. Вал 136 колеса 134 закреплен в подшипниках 137 на вилке 135. Вилка 135 сочленена с лыжей шарнирной опорой 138, расположенной с верхней стороны лыжи. Для прижатия мерного колеса 134 к почве использованы стойки 139, ввинченные в тело лыжи и проходящие через отверстия в вилке 135. Стойки 139 выполнены в форме болтов с выступающими над вилкой 135 головками, между которыми и верхней поверхностью вилки 135 зажаты пружины 140, прижимающие мерное колесо 134 при движении устройства к поверхности почвы. Для ограничения смещения мерного колеса 134 под подошву лыжи использован ограничительный болт 141, ввинченный снизу в подпружиненную вилку 135 с зазором между головкой болта 142 и верхней поверхностью лыжи при контакте колеса с плоскостью, совпадающей с подошвой лыжи. Позади колеса на вилке 135 расположен нож-скребок 143 для очистки мерного колеса 134 от налипающей почвы. С внутренней стороны обода колеса 134 вдоль образующей цилиндра вставлен стержневой постоянный магнит (на фиг.21 не показан), намагниченный вдоль оси стержня, а в поле действия магнита на вилке 135 установлен геркон 144, подключенный к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (фиг.24). Винты 145 служат для крепления кожуха, закрывающего сверху датчик скорости движения и пройденного пути (на фиг.21 не показан).In the particular case of the implementation of the proposed device, the speed sensor and the distance traveled (Fig. 21) is made in the form of a cylindrical measuring wheel 134 of non-magnetic material mounted on a spring-loaded fork 135 in the rear of the support ski 3 to ensure contact of the wheel with the soil surface, for which the back of the ski has a cutout in the width of the wheel. The shaft 136 of the wheel 134 is mounted in bearings 137 on a fork 135. The fork 135 is articulated to the ski by a pivot bearing 138 located on the upper side of the ski. To push the measuring wheel 134 to the soil, racks 139 are used, screwed into the body of the ski and passing through the holes in the fork 135. The racks 139 are made in the form of bolts with heads protruding above the fork 135, between which springs 140 are pressed against the upper surface of the fork 135, pressing the measuring wheel 134 when the device moves to the surface of the soil. To limit the displacement of the measuring wheel 134 under the ski sole, a restriction bolt 141 was used, screwed from below into the spring-loaded fork 135 with a gap between the bolt head 142 and the upper surface of the ski when the wheel comes in contact with a plane coinciding with the ski sole. Behind the wheel on a fork 135, a scraper knife 143 is located to clean the measuring wheel 134 from sticking soil. A rod permanent magnet (not shown in FIG. 21) magnetized along the axis of the rod is inserted along the cylinder’s rim 134 along the cylinder’s rim, and a reed switch 144 is installed in the magnet action field on the plug 135 and is connected to the measurement control unit for collecting and converting measurement information (Fig.24). Screws 145 are used to fasten the casing, covering the top of the speed sensor and the distance traveled (not shown in Fig.21).

В альтернативной форме реализации предлагаемого устройства датчик скорости и пройденного пути (фиг.22) выполнен в виде мерного колеса 146 диаметром 40-70 см, установленного на шарнирной вилке 147 в задней части несущей рамы 1 (фиг.1, фиг.2) в продольной плоскости устройства (позиция Поз. 1 на фиг.22). На колесе между осью 148 и ободом 149 размещен по крайней мере один постоянный магнит 150, а на вилке 147 закреплен геркон 151, взаимодействующий с магнитом 150 при вращении колеса и подключенный к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации (фиг.24). На вилке 147 может быть установлен дополнительный груз 152 для улучшения сцепления мерного колеса 146 с почвой при движении. Шарнирную вилку с мерным колесом в нерабочем положении устанавливают в вертикальное положение (позиция Поз. 2 на фиг.22) и закрепляют фиксатором 153.In an alternative form of implementation of the proposed device, the speed and distance sensor (Fig. 22) is made in the form of a measuring wheel 146 with a diameter of 40-70 cm mounted on a hinge 147 in the rear of the carrier frame 1 (Fig. 1, Fig. 2) in the longitudinal the plane of the device (position Pos. 1 in FIG. 22). At least one permanent magnet 150 is placed on the wheel between the axis 148 and the rim 149, and a reed switch 151 is mounted on the fork 147, which interacts with the magnet 150 when the wheel rotates and is connected to the measurement control unit, collecting and converting measurement information (Fig. 24). An additional load 152 may be mounted on the fork 147 to improve the adhesion of the measuring wheel 146 to the soil during movement. The articulated fork with the measuring wheel in the idle position is set to the vertical position (position Pos. 2 in FIG. 22) and secured with a latch 153.

Еще одно отличие общей формы воплощения устройства от прототипа состоит в том, что оно снабжено соединенными с несущей рамой 1 опорными стойками 154 (фиг.23), выполненными с возможностью установки их в вертикальное положение при отсоединении устройства от средства передвижения 2 (фиг.1) и хранении и имеющими длину, обеспечивающую вертикальное положение устройства без касания ножом-щелерезом 4 и измерительным блоком 5 опорной поверхности для их защиты от поломок и упрощения сочленения устройства со средством передвижения 2 с помощью жесткой сцепки 23. При этом стойки 154 выполнены с возможностью переустановки их и фиксации в горизонтальном положении (фиг.2, фиг.3) после сцепки устройства со средством передвижения 2 для проведения измерений в движении.Another difference between the general embodiment of the device and the prototype is that it is equipped with support racks 154 connected to the supporting frame 1 (FIG. 23), configured to be installed in a vertical position when the device is disconnected from the vehicle 2 (FIG. 1) and storage and having a length that ensures the vertical position of the device without touching the slit-knife 4 and the measuring unit 5 of the support surface to protect them from breakdowns and simplify the articulation of the device with the vehicle 2 using a rigid st caps 23. In this case, the struts 154 are configured to reinstall and fix them in a horizontal position (FIG. 2, FIG. 3) after coupling the device with the vehicle 2 for taking measurements in motion.

Блок управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, функциональная схема которого представлена на фиг.24, содержит микроконтроллер 155, к входам которого подключены датчики измерительного блока 6 (фиг.6): емкостный датчик 6-1, подключаемый через двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь 156 (см. фиг.9), датчик температуры 6-2, тензометрический датчик 6-4, а также геркон 144 расположенного на опорной лыже (фиг.21, поз.144) или на вилке 147 (фиг 22, поз.151) датчика скорости движения и пройденного пути. Оптический датчик 6-3 внутрипочвенной видимой - ближней ИК спектроскопии с помощью оптического кабеля 44 подключен к спектрофотометру 157, выход которого непосредственно связан с бортовым компьютером 10. При использовании в заявляемом устройстве датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, совмещенного с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении этим датчиком, емкостные датчики 129 (фиг.20) с помощью выводов 132, 133 также должны быть подключены к микроконтроллеру 155. Кроме того, при использовании в устройстве тензометрического датчика 28 давления на опорную лыжу (фиг.4), аналогичного тензометрическому преобразователю 116 датчика 6-4, он также должен быть подключен к микроконтроллеру 155. Микроконтроллер предназначен для представления в цифровой форме получаемой от измерительных датчиков заявляемого устройства информации и передачи ее в бортовой компьютер 10 трактора, совмещенный с приемником системы геопозиционирования и навигации 158 и антенной 11.The measurement control unit, the collection and conversion of measurement information, the functional diagram of which is shown in Fig. 24, contains a microcontroller 155, the inputs of which are connected to the sensors of the measuring unit 6 (Fig. 6): a capacitive sensor 6-1, connected through a two-component dielcometer converter 156 ( see Fig. 9), a temperature sensor 6-2, a strain gauge sensor 6-4, and also a reed switch 144 located on a support ski (Fig. 21, item 144) or on a plug 147 (Fig. 22, item 151) of a speed sensor movement and distance traveled. The optical sensor 6-3 of the subsoil visible - near infrared spectroscopy using an optical cable 44 is connected to a spectrophotometer 157, the output of which is directly connected to the on-board computer 10. When using the horizontal penetration resistance sensor combined with the sensor for measuring the electrophysical characteristics of soil compacted when movement of this sensor, capacitive sensors 129 (Fig.20) using the findings 132, 133 should also be connected to the microcontroller 155. In addition, when used in the construction of the strain gauge sensor 28 pressure on the supporting ski (figure 4), similar to the strain gauge converter 116 of the sensor 6-4, it must also be connected to the microcontroller 155. The microcontroller is designed to digitally receive information from the measuring sensors of the inventive device and transmit it to the on-board computer 10 of the tractor, combined with the receiver of the location and navigation system 158 and antenna 11.

Частота колебаний fOSC автогенераторного преобразователя 156 (вход К1 контроллера 155) определяется в контроллере по числу импульсов за отрезок времени, задаваемый таймером. Для питания термочувствительных измерительных преобразователей 105 датчика температуры 6-2, включенных последовательно, использован ток возбуждения, снимаемый с вывода К3, который регулируется резистором 159. Напряжения на преобразователях 105, зависящие от температуры, измеряются микроконтроллером 155 на выводах К4, К5, К6. Напряжение питания UП5 моста 116 тензометрического датчика 6-4 измеряется контроллером с помощью резистивного делителя 160, 161. Замыкание геркона 144 на фиг.21 (151 на фиг.22) датчика скорости и пройденного пути приводит к замыканию нижнего плеча резистивного делителя 162, 163, питаемого напряжением UП6, что вызывает импульсы напряжения на вводе К12 контроллера при движении устройства.The oscillation frequency f OSC of the oscillator 156 (input K1 of the controller 155) is determined in the controller by the number of pulses per time interval specified by the timer. To power the thermosensitive measuring transducers 105 of the temperature sensor 6-2, connected in series, we used the excitation current taken from terminal K3, which is regulated by a resistor 159. The voltages on the transducers 105, depending on the temperature, are measured by the microcontroller 155 at the terminals K4, K5, K6. The supply voltage U P5 of the bridge 116 of the strain gauge 6-4 is measured by the controller using a resistive divider 160, 161. The closure of the reed switch 144 in FIG. 21 (151 in FIG. 22) of the speed sensor and the distance traveled leads to closure of the lower arm of the resistive divider 162, 163 fed by voltage U P6 , which causes voltage pulses at the input K12 of the controller when the device is moving.

Питание узлов микроконтроллерного блока управления измерениями, сбора и регистрации измерительной информации, а также спектрофотометра, бортового компьютера и приемника системы геопозиционирования и навигации осуществляется от блока питания 164, использующего тракторный или автономный аккумулятор 165.The power of the nodes of the microcontroller unit for measuring control, collection and registration of measurement information, as well as a spectrophotometer, on-board computer and receiver of the positioning and navigation system is provided from a power supply 164 using a tractor or autonomous battery 165.

Микроконтроллер связан с компьютером посредством интерфейса RS232. Данные передаются в компьютер в виде последовательности символов в шестнадцатеричной системе. Контроллер мобильного устройства выполняет измерения в двух режимах: однократно по команде от управляющей программы на ПК в виде последовательности символов либо непрерывно с периодичностью около 1 секунды (возможна периодичность 0,5 с, 1,5 с, 2 с). Режим включается по команде от управляющей программы на ПК в виде последовательности символов. Выход из режима непрерывного измерения осуществляется выключением питания контроллера.The microcontroller is connected to the computer via the RS232 interface. Data is transferred to the computer as a sequence of characters in a hexadecimal system. The controller of the mobile device performs measurements in two modes: once upon a command from the control program on the PC in the form of a sequence of characters or continuously with a frequency of about 1 second (periodicity of 0.5 s, 1.5 s, 2 s is possible). The mode is activated by a command from the control program on the PC in the form of a sequence of characters. Exiting the continuous measurement mode is done by turning off the power of the controller.

Для построения электронных карт измеряемых параметров система дополняется программой параллельного вождения, обеспечивающей индикацию заданного фиксированного расстояния между параллельными проходами, и программой построения электронных карт.To build electronic maps of the measured parameters, the system is supplemented by a parallel driving program that provides an indication of a given fixed distance between parallel passes, and an electronic map building program.

Claims (17)

1. Устройство для внутрипочвенного измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении, содержащее несущую раму, соединенную со средством передвижения по полю, опорный элемент, установленный на раме и определяющий ее положение над почвой, размещенный на раме нож-щелерез, создающий при движении продольный щелевой канал в почве, измерительный блок с измерительными датчиками, выполненный вытянутым вдоль направления движения, одинаковой толщины с ножом-щелерезом и установленный за ним в направлении движения, узел ступенчатой регулировки глубины положения измерительного блока в продольном щелевом канале при движении по полю, узел защиты измерительного блока от повреждения при наезде ножа-щелереза на препятствия, блок управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации, бортовой компьютер и приемник системы геопозиционирования для регистрации измерительной информации и картирования, отличающееся тем, что корпус измерительного блока выполнен в виде монолитной металлической пластины с заостренной и скошенной сверху вниз и назад лобовой передней кромкой и жестко соединен с несущей рамой передней и задней стойками, при этом датчики врезаны в измерительный блок и размещены на его боковых стенках вдоль общей прямой линии с одинаковой глубиной расположения чувствительных элементов датчиков от поверхности почвы, опорный элемент выполнен в виде размещенной над измерительным блоком опорной лыжи, шарнирно соединенной с установленной на несущей раме стойкой, причем эта стойка закреплена на несущей раме с возможностью ступенчатого изменения задаваемого расстояния между подошвой опорной лыжи и прямой горизонтальной линией с одинаковой глубиной расположения чувствительных элементов датчиков в измерительном блоке от поверхности почвы, вышеуказанный нож-щелерез, установленный на раме перед измерительным блоком, имеет осевое соединение с рамой, обеспечивающее образование общей вертикальной продольной плоскости симметрии с измерительным блоком и выполненное с возможностью регулирования углового положения ножа-щелереза в этой плоскости, при этом нож с режущей кромкой имеет длину, обеспечивающую создание щелевого канала в почве глубиной, достаточной для погружения измерительного блока до упора опорной лыжи о поверхность почвы при любом задаваемом расстоянии между подошвой лыжи и горизонтальной линией положения датчиков и любом задаваемом угле установки ножа-щелереза, а верхняя концевая часть ножа-щелереза, расположенная по другую сторону осевого соединения, зафиксирована предохранительным срезным болтом в имеющемся на раме узле ступенчатой фиксации углового положения ножа-щелереза, причем этот узел снабжен упором для фиксации положения лезвия ножа-щелереза вдоль лобовой кромки измерительного блока при наезде на камень и срезании предохранительного фиксирующего болта, кроме того, для удержания измерительного блока в вертикальной плоскости его симметрии, совпадающей с направлением движения устройства, несущая рама снабжена жесткой сцепкой для соединения со средством передвижения по полю, что обеспечивает эффективность измерения агротехнологических характеристик.1. A device for intra-soil measurement of the agrotechnological characteristics of the arable soil layer in motion, comprising a supporting frame connected to a means of transportation on the field, a support element mounted on the frame and determining its position above the soil, placed on the frame is a slit knife, creating a longitudinal slotted slot during movement a channel in the soil, a measuring unit with measuring sensors, made elongated along the direction of movement, of the same thickness with a slit knife and installed behind it in the direction of movement, a unit with stepwise adjustment of the depth of the position of the measuring unit in the longitudinal slot channel when moving across the field, the unit for protecting the measuring unit from damage when the knife-cherez is hit by obstacles, the control unit for measurements, the collection and conversion of measurement information, the on-board computer and the receiver of the geolocation system for recording measurement information and mapping, characterized in that the housing of the measuring unit is made in the form of a monolithic metal plate with a pointed and beveled top to bottom and n the rear frontal front edge and is rigidly connected to the supporting frame by the front and rear racks, while the sensors are embedded in the measuring unit and placed on its side walls along a common straight line with the same depth of the sensing elements of the sensors from the soil surface, the supporting element is made as placed above a support ski measuring unit pivotally connected to a rack mounted on a support frame, this support being mounted on the support frame with the possibility of stepwise changing the set distance between the sole of the support ski and a straight horizontal line with the same depth of the sensing elements of the sensors in the measuring unit from the soil surface, the aforementioned slit knife mounted on the frame in front of the measuring unit has an axial connection with the frame, providing the formation of a common vertical longitudinal plane of symmetry with the measuring unit and made with the possibility of adjusting the angular position of the slit knife in this plane, while the knife with a cutting edge has a length that provides creation of a slotted channel in the soil with a depth sufficient to immerse the measuring unit until the supporting ski abuts against the soil surface at any given distance between the ski sole and the horizontal position line of the sensors and any given angle of installation of the glue knife, and the upper end part of the glue knife, located at the other side of the axial connection is fixed with a safety shear bolt in the node for stepwise fixing the angular position of the slit knife, which is available on the frame, and this node is equipped with a stop for fixing and the position of the slit knife blade along the frontal edge of the measuring unit when hitting a stone and cutting off the safety fixing bolt, in addition, to hold the measuring unit in the vertical plane of its symmetry, which coincides with the direction of movement of the device, the supporting frame is equipped with a rigid coupling for connection with the vehicle in the field, which ensures the effectiveness of measuring agrotechnological characteristics. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства передвижения использован трактор с гидравлической системой увеличения сцепного веса, обеспечивающей постоянное задаваемое усилие прижатия опорной лыжи к почве при измерении агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении.2. The device according to claim 1, characterized in that as a means of transportation a tractor is used with a hydraulic system for increasing the grip weight, which provides a constant preset force of pressing the supporting ski to the soil when measuring the agrotechnological characteristics of the arable soil layer in motion. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства передвижения использован трактор с гидравлической системой, обеспечивающей заглубление устройства при движении до контакта опорной лыжи с почвой и дальнейший плавающий режим гидравлической системы без создания заглубляющего усилия на устройство, при этом на раме устройства установлен заглубляющий груз или короб для его размещения.3. The device according to claim 1, characterized in that a tractor with a hydraulic system is used as a means of transportation, providing a deepening of the device when moving to the contact of the supporting ski with the soil and further floating mode of the hydraulic system without creating a deepening force on the device, while on the frame The device is equipped with a burial load or box for its placement. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стойка опорной лыжи выполнена телескопической с неподвижной частью, установленной на несущей раме с возможностью ступенчатого изменения расстояния между подошвой лыжи и датчиками, и подвижной частью, шарнирно соединенной с опорной лыжей, при этом стойка снабжена преобразователем силы прижатия опорной лыжи к почве в электрический сигнал, состоящим из нагрузочной Z-образной балки и тензочувствительного элемента, причем нагрузочная Z-образная балка соединена с подвижной и неподвижной частями телескопической стойки тягами, обеспечивающими растяжение балки под действием силы прижатия опорной лыжи к почве, а входные и выходные электрические цепи тензочувствительного элемента соединены с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.4. The device according to claim 1, characterized in that the support ski stand is telescopic with a fixed part mounted on a supporting frame with the possibility of stepwise changing the distance between the ski sole and the sensors and the movable part pivotally connected to the support ski, while the stand is equipped with a force transducer of pressing the supporting ski to the soil into an electrical signal, consisting of a load Z-shaped beam and a strain-sensing element, and the load Z-shaped beam connected to the movable and fixed parts of the body kopicheskoy strut rods providing tensile beams under the force of the presser foot ski to the ground and the input and output circuits strain-sensing element are connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит установленный в измерительном блоке оптический датчик внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение, включающий источник света, сапфировое окно для освещения почвы и пропускания отраженного от нее света, волоконно-оптический кабель для приема отраженного от почвы света и направления его в спектрофотометр, размещенный на раме устройства, при этом датчик выполнен в виде полого фотометрического цилиндра с круглым входным отверстием на плоском дне цилиндра, против которого размещено установленное на кольцевом держателе круглое сапфировое окно, врезанное с держателем в измерительный блок заподлицо с его боковой стенкой, цилиндр закрыт крышкой, на внутренней стороне которой расположен упомянутый источник света, состоящий из равномерно распределенных по окружности миниатюрных ламп накаливания, крышка имеет центральное отверстие, в котором закреплен входной торец волоконно-оптического кабеля, и охватывающий входной торец обод-экран, препятствующий прямому прохождению излучения ламп накаливания на вход волоконно-оптического кабеля, причем оси сапфирового окна, входного отверстия на плоском дне цилиндра, центрального отверстия крышки, обода-экрана и центр окружности расположения ламп накаливания размещены на оси фотометрического цилиндра.5. The device according to claim 1, characterized in that it contains an optical sensor of the subsoil visible - near infrared reflection spectroscopy installed in the measuring unit, including a light source, a sapphire window for illuminating the soil and transmitting light reflected from it, an optical fiber cable for receiving light reflected from the soil and its direction into a spectrophotometer located on the device’s frame, while the sensor is made in the form of a hollow photometric cylinder with a round inlet on a flat bottom of the cylinder, in the case of which a circular sapphire window mounted on a ring holder is placed, embedded with the holder into the measuring unit flush with its side wall, the cylinder is closed by a lid, on the inside of which there is a said light source consisting of miniature incandescent lamps evenly distributed around the circumference, the lid has a central hole in which the input end of the fiber-optic cable is fixed, and the rim-screen covering the input end, preventing the direct passage of radiation from incandescent lamps fiber input cable, and the axis of the sapphire window, the inlet on the flat bottom of the cylinder, the center hole of the cover, the rim of the screen and the center of the circle of incandescent lamps are placed on the axis of the photometric cylinder. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в измерительном блоке размещены помимо датчика оптической внутрипочвенной видимой - ближней инфракрасной спектроскопии на отражение, по крайней мере, один, либо несколько, либо все из нижеследующих датчиков агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы: емкостный или индуктивный датчик действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы, контактный датчик температуры почвы, датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, при этом датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы либо датчик сопротивления горизонтальной пенетрации почвы, совмещенный с емкостным датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, расположен последним в ряду датчиков от носовой части измерительного блока.6. The device according to claim 1, characterized in that in addition to the sensor of the optical subsurface visible - near infrared spectroscopy for reflection, at least one, several, or all of the following sensors of the agrotechnological characteristics of the arable soil layer are placed in the measuring unit: capacitive or Inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, conductivity and moisture content of the soil, a contact sensor of soil temperature, a horizontal resistance sensor soil penetration, or a horizontal soil penetration resistance sensor combined with a capacitive sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil sealed when moving with a horizontal penetration resistance sensor, while a horizontal soil penetration resistance sensor or a horizontal soil penetration resistance sensor combined with a capacitive sensor for measuring the electrophysical soil characteristics, sealed during movement by a horizontal penetration resistance sensor, the last him in the row of sensors from the bow of the measuring unit. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что емкостный датчик действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы выполнен в виде двух одинаковых расположенных соосно заподлицо с боковыми стенками измерительного блока круглых потенциальных электродов, изолированных кольцевыми диэлектрическими элементами от металлического монолитного корпуса измерительного блока, используемого в качестве корпусного электрода, при этом емкостный датчик подключен к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, выходы которого связаны с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.7. The device according to claim 6, characterized in that the capacitive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil is made in the form of two identical round potential electrodes aligned coaxially flush with the side walls of the measuring unit, insulated by ring dielectric elements from a metal monolithic the case of the measuring unit used as a housing electrode, while the capacitive sensor is connected to the input two component dielcometric Converter, the outputs of which are connected to the unit for measuring control, collection and conversion of measurement information. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь выполнен по схеме амплитудно-фазового разделения сигналов, используемых для вычисления действительного компонента комплексной диэлектрической проницаемости и электропроводности почвы, и содержит генератор синусоидального напряжения высокой частоты, к выходу которого подключен емкостный делитель, состоящий из постоянного конденсатора в верхнем плече и емкостного датчика в нижнем плече, к средней точке делителя подключен повторитель напряжения, выход которого связан с сигнальными входами двух фазовых детекторов, управляемых опорными напряжениями с выходов формирователей опорных напряжений, соединенных входами с выходом генератора синусоидального напряжения, при этом первый формирователь опорного напряжения, управляющий первым фазовым детектором, имеет на выходе опорное напряжение, синфазное с выходным напряжением высокочастотного генератора, а второй формирователь опорного напряжения, управляющий вторым фазовым детектором, имеет на выходе опорное напряжение, квадратурное по отношению к выходному напряжению высокочастотного генератора, вследствие чего постоянные напряжения на выходах детекторов пропорциональны синфазной и квадратурной с синусоидальным напряжением генератора составляющим напряжения на выходе делителя.8. The device according to claim 7, characterized in that the two-component dielcometric converter is made according to the amplitude-phase separation scheme of the signals used to calculate the real component of the complex permittivity and conductivity of the soil, and contains a high-frequency sinusoidal voltage generator, to the output of which a capacitive divider is connected consisting of a constant capacitor in the upper arm and a capacitive sensor in the lower arm, a repeater is connected to the midpoint of the divider the output of which is connected to the signal inputs of two phase detectors controlled by the reference voltages from the outputs of the reference voltage shapers connected by the inputs to the output of the sinusoidal voltage generator, while the first reference voltage shaper controlling the first phase detector has a reference voltage in phase with the output voltage of the high-frequency generator, and the second voltage driver, which controls the second phase detector, has a voltage reference of with respect to the output voltage of the high-frequency generator, as a result of which the constant voltages at the outputs of the detectors are proportional to the in-phase and quadrature with the sinusoidal voltage of the generator, the voltage component at the output of the divider. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь выполнен в виде автогенераторного двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя с управляемым напряжением усиления усилителя колебаний и каналом инерционной стабилизации амплитуды колебаний на линейном участке амплитудной характеристики управляемого усилителя, при этом к выходу управляемого усилителя подключен делитель: резистор - параллельный колебательный контур с емкостным датчиком, средняя точка делителя подключена ко входу управляемого усилителя с образованием цепи положительной обратной связи по напряжению, канал инерционной стабилизации амплитуды колебаний содержит амплитудный детектор выходного напряжения управляемого усилителя, источник опорного напряжения, схему сравнения выходного напряжения детектора с опорным напряжением и усилитель сигнала рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом управляемого усилителя с образованием петли отрицательной обратной связи по огибающей амплитуд колебаний, а двумя информативными выходными параметрами автогенератора служат частота автоколебаний и модуль коэффициента передачи выходного делителя либо частота автоколебаний и напряжение управления усилением управляемого усилителя.9. The device according to claim 7, characterized in that the two-component dielcometer converter is made in the form of a self-generated two-component dielcometer converter with a controlled amplification voltage of the oscillation amplifier and a channel of inertial stabilization of the oscillation amplitude in the linear section of the amplitude characteristic of the controlled amplifier, while the divider is connected to the output of the controlled amplifier : resistor - parallel oscillatory circuit with a capacitive sensor, the midpoint of the divider is connected to the input the controlled amplifier with the formation of a positive voltage feedback circuit, the inertial stabilization channel of the amplitude of the oscillations contains an amplitude detector of the output voltage of the controlled amplifier, a reference voltage source, a circuit for comparing the output voltage of the detector with the reference voltage and an error signal amplifier, the output of which is connected to the control input of the controlled amplifier with the formation of a loop of negative feedback along the envelope of the amplitudes of the oscillations, and two informative outputs E parameters are frequency oscillations of the oscillator and the divider output module transfer coefficient or self-oscillation frequency and the gain control voltage of controlled amplifier. 10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что индуктивный датчик действительного и мнимого компонентов комплексной диэлектрической проницаемости, электропроводности и влагосодержания почвы выполнен в виде двух одинаковых установленных соосно в круглых окнах измерительного блока кольцевых катушек индуктивности, изолированных диэлектрическими элементами от металлического корпуса измерительного блока, при этом индуктивный датчик подключен к входу двухкомпонентного диэлькометрического преобразователя, выходы которого связаны с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.10. The device according to claim 6, characterized in that the inductive sensor of the real and imaginary components of the complex dielectric constant, electrical conductivity and moisture content of the soil is made in the form of two identical ring inductors coaxially mounted in the round windows of the measuring unit, insulated by dielectric elements from the metal housing of the measuring unit while the inductive sensor is connected to the input of a two-component dielcometric Converter, the outputs of which are connected to the unit measurement management, collection and conversion of measurement information. 11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что контактный датчик температуры почвы выполнен в виде двух одинаковых установленных соосно заподлицо с боковыми стенками измерительного блока круглых теплоприемников, теплоизолированных от металлического корпуса измерительного блока, а в теплоприемники вмонтированы термочувствительные измерительные преобразователи, подключенные к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.11. The device according to claim 6, characterized in that the contact temperature sensor of the soil is made in the form of two identical round heat sinks installed coaxially flush with the side walls of the measuring unit, thermally insulated from the metal housing of the measuring unit, and heat-sensitive measuring transducers connected to the block are mounted in the heat receivers measurement management, collection and conversion of measurement information. 12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что датчик сопротивления горизонтальной пенетрации имеет металлический чувствительный элемент с симметрично выступающими за стенки измерительного блока приемниками давления, который установлен в корпусе измерительного блока с возможностью продольного смещения под действием давления почвы на приемники давления при движении устройства в пахотном слое почвы, и преобразователь силы в электрический сигнал, состоящий из нагрузочной Z-образной балки и тензочувствительного элемента, при этом чувствительный элемент датчика пенетрации соединен с нагрузочной Z-образной балкой тягой, обеспечивающей растяжение балки под действием давления почвы на приемники давления, зазор чувствительного элемента с боковыми стенками измерительного блока заполнен эластичным герметиком, а входные и выходные цепи тензочувствительного элемента соединены с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.12. The device according to claim 6, characterized in that the horizontal penetration resistance sensor has a metal sensing element with pressure detectors symmetrically protruding beyond the walls of the measuring unit, which is mounted in the housing of the measuring unit with the possibility of longitudinal displacement under the influence of soil pressure on the pressure receivers when the device is moving in the arable soil layer, and the force transducer into an electric signal, consisting of a load Z-shaped beam and a strain-sensing element, while sensing The penetration sensor element is connected to a load Z-shaped beam by a rod providing tensile expansion of the beam under the influence of soil pressure on pressure receivers, the gap of the sensor element with the side walls of the measuring unit is filled with an elastic sealant, and the input and output chains of the strain-sensing element are connected to the measurement control unit, collecting and conversion of measurement information. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что приемники давления почвы чувствительного элемента датчика сопротивления горизонтальной пенетрации выполнены в форме трехгранных прямых призм с поперечными к направлению движения ребрами и с воспринимающими давление почвы гранями, расположенными под тупым углом к направлению движения устройства.13. The device according to p. 12, characterized in that the soil pressure receivers of the sensitive element of the horizontal penetration resistance sensor are made in the form of trihedral direct prisms with ribs transverse to the direction of movement and with edges sensing soil pressure located at an obtuse angle to the direction of movement of the device. 14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что датчик сопротивления горизонтальной пенетрации совмещен с датчиком измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, и имеет приемники давления чувствительного элемента датчика сопротивления горизонтальной пенетрации, выполненные в форме четырехгранных прямых призм с поперечными к направлению движения ребрами и с трапецеидальным сечением в горизонтальной плоскости, при этом грани призм, воспринимающие давление почвы, расположены под тупым углом к направлению движения устройства, а в грани, параллельные боковым стенкам измерительного блока, через изоляторы заподлицо врезаны потенциальные электроды датчика измерения электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, при этом потенциальные электроды этого датчика и корпус измерительного блока подключены к измерительному преобразователю электрофизических характеристик почвы, уплотненной при движении датчиком сопротивления горизонтальной пенетрации, а выход этого преобразователя соединен с блоком управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.14. The device according to p. 12, characterized in that the horizontal penetration resistance sensor is combined with a soil electrophysical measurement sensor densified when the horizontal penetration resistance sensor is moving, and has pressure receivers of the sensitive element of the horizontal penetration resistance sensor made in the form of tetrahedral direct prisms with ribs transverse to the direction of movement and with a trapezoidal cross section in the horizontal plane, while the faces of prisms that perceive pressure along you are located at an obtuse angle to the direction of movement of the device, and potential electrodes of the sensor for measuring the electrophysical characteristics of the soil, sealed when moving with the horizontal penetration resistance sensor, are flush through the insulators parallel to the side walls of the measuring unit, while the potential electrodes of this sensor and the measuring case units are connected to a measuring transducer of the electrophysical characteristics of the soil, compacted when the resistance sensor burns ontalnoy penetration, and the output of this converter is connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком скорости движения и пройденного пути, выполненным в виде цилиндрического мерного колеса из немагнитного материала, установленного на подпружиненной вилке в задней части опорной лыжи с обеспечением контакта с поверхностью почвы, позади колеса на вилке расположен нож-скребок для очистки колеса от налипающей почвы, с внутренней стороны обода колеса вдоль образующей цилиндра вставлен стержневой постоянный магнит, намагниченный вдоль оси стержня, а в поле действия магнита на лыже установлен геркон, подключенный к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.15. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a speed sensor and the distance traveled, made in the form of a cylindrical measuring wheel of non-magnetic material mounted on a spring-loaded fork in the rear of the support ski with contact with the soil surface, behind the wheel on a fork-scraper knife is located to clean the wheel of adhering soil, a rod permanent magnet magnetized along the axis of the rod is inserted along the cylinder rim along the cylinder’s rim along the inside of the wheel rim, and l the reed switch is installed that is connected to the measurement control unit, the collection and conversion of measuring data. 16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком скорости движения и пройденного пути, выполненным в виде мерного колеса диаметром 40-70 см, установленного на шарнирной вилке в задней части несущей рамы в продольной плоскости устройства, на колесе между осью и ободом размещен по крайней мере один постоянный магнит, а на вилке закреплен геркон, взаимодействующий с магнитом при вращении колеса и подключенный к блоку управления измерениями, сбора и преобразования измерительной информации.16. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a speed and distance sensor made in the form of a measuring wheel with a diameter of 40-70 cm mounted on a hinge fork in the rear of the carrier frame in the longitudinal plane of the device, on the wheel between the axis and at least one permanent magnet is placed on the rim, and a reed switch is mounted on the fork, which interacts with the magnet when the wheel rotates and is connected to the unit for measuring control, collecting and converting measurement information. 17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено соединенными с несущей рамой опорными стойками, выполненными с возможностью установки их в вертикальное положение при отсоединении устройства от средства передвижения и хранении и имеющими длину, обеспечивающую вертикальное положение устройства без касания ножом-щелерезом и измерительным блоком опорной поверхности для их защиты от поломок и упрощения сочленения устройства со средством передвижения с помощью жесткой сцепки, при этом стойки выполнены с возможностью переустановки их и фиксации в горизонтальном положении после сцепки устройства со средством передвижения для проведения измерений в движении. 17. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with support racks connected to the supporting frame, made with the possibility of installing them in a vertical position when the device is disconnected from the vehicle and stored and having a length that ensures the vertical position of the device without touching the knife-slot and a measuring unit of the supporting surface to protect them from breakdowns and simplify the articulation of the device with the vehicle using a rigid coupling, while the racks are made with the possibility of reinstallation them and fixing in a horizontal position after coupling the device with the vehicle for taking measurements in motion.
RU2013111641/13A 2013-03-06 2013-03-06 Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion RU2537908C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111641/13A RU2537908C2 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111641/13A RU2537908C2 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013111641A RU2013111641A (en) 2014-09-20
RU2537908C2 true RU2537908C2 (en) 2015-01-10

Family

ID=51583598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013111641/13A RU2537908C2 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537908C2 (en)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016182906A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-17 Precison Planting Llc Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
WO2016187540A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 Kinze Manufacturing, Inc. Row unit with shank opener
WO2016205422A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-22 Precision Planting Llc Agricultural operation monitoring apparatus, systems and methods
RU169363U1 (en) * 2016-03-28 2017-03-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Unmanned crop monitoring robot
RU182585U1 (en) * 2018-04-12 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Агрофизический научно-исследовательский институт" (ФГБНУ АФИ) DEVICE FOR DETERMINING THE QUALITY OF TILLING THE SOIL OF A SOIL PROCESSING MACHINE
RU186702U1 (en) * 2017-08-08 2019-01-30 Анатолий Иванович Прокопьев CAPACITIVE SOIL MOISTURE SENSOR
RU2704290C1 (en) * 2018-10-10 2019-10-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия" Circular soil bench
RU2720278C2 (en) * 2015-09-18 2020-04-28 ПРЕСИЖН ПЛЭНТИНГ ЭлЭлСи Device, system and method of soil criteria monitoring during soil cultivation operations and control of tillage working tools
RU2728670C2 (en) * 2015-03-26 2020-07-30 Басф Се Method and vehicle for application of agrochemical mixture on field working area
US10768331B2 (en) 2016-11-07 2020-09-08 The Climate Corporation Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
RU200554U1 (en) * 2020-06-02 2020-10-29 Общество с ограниченной ответственностью "Гремион" Device for monitoring the work of a tillage tool
US20210026007A1 (en) * 2019-07-26 2021-01-28 Cnh Industrial America Llc System and method for determining subsurface soil layer characteristics based on radar data and secondary soil parameters
RU2741746C1 (en) * 2020-08-11 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Method of monitoring quality of tillage on agrolandscapes in field conditions
RU202922U1 (en) * 2020-11-23 2021-03-15 Лариса Анатольевна Журавлева Mobile device for measuring soil properties
US11191219B2 (en) 2015-06-30 2021-12-07 The Climate Corporation Systems and methods for image capture and analysis of agricultural fields
RU2778430C1 (en) * 2021-08-13 2022-08-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ) Method for determining the density of soil in the channel formed in the subsurface layer after the passage of the rotary ripper
EP4059336A1 (en) * 2021-03-16 2022-09-21 CNH Industrial Belgium NV System and method for identifying soil layers within an agricultural field
WO2023019283A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 Geoprospectors Gmbh Ground sensor

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105067678A (en) * 2015-07-31 2015-11-18 重庆市长寿区大嘉富水果种植股份合作社 Soil humidity tester
CN107691419B (en) * 2017-10-27 2024-01-30 农业部南京农业机械化研究所 Remote control self-propelled soil radio frequency processor
CN109164030A (en) * 2018-10-17 2019-01-08 西南交通大学 It is a kind of for observe rock water suction process of osmosis experimental provision
CN113533480A (en) * 2021-07-22 2021-10-22 张金林 Agricultural soil pH value high accuracy detection device
CN113588643B (en) * 2021-08-02 2023-08-15 广东中烟工业有限责任公司 Detection device for visual crop nutrient absorption condition
CN114342582B (en) * 2021-12-29 2023-05-16 山东省计算中心(国家超级计算济南中心) Remote calibration method for deep scarification terminal of agricultural machine
CN116058149B (en) * 2023-02-01 2023-06-27 佳木斯大学 Vegetable accurate fertilization device and control method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1727585A1 (en) * 1990-07-20 1992-04-23 Н.А. Оноприенко Soil slitting implement
RU2170497C2 (en) * 1996-09-03 2001-07-20 Гаджимурадов Исин Мевлютович Apparatus for agricultural works
US20090112475A1 (en) * 2007-10-24 2009-04-30 Colin Christy Mobile soil mapping system for collecting soil reflectance measurements
RU2418399C2 (en) * 2009-03-24 2011-05-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО ДГАУ) Device to control depth treatment of soil by frontal rotary internal soil cultivator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1727585A1 (en) * 1990-07-20 1992-04-23 Н.А. Оноприенко Soil slitting implement
RU2170497C2 (en) * 1996-09-03 2001-07-20 Гаджимурадов Исин Мевлютович Apparatus for agricultural works
US20090112475A1 (en) * 2007-10-24 2009-04-30 Colin Christy Mobile soil mapping system for collecting soil reflectance measurements
RU2418399C2 (en) * 2009-03-24 2011-05-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО ДГАУ) Device to control depth treatment of soil by frontal rotary internal soil cultivator

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11246258B2 (en) 2015-03-26 2022-02-15 Basf Se Method and vehicle for applying an agrochemical mixture to a working area of a field
RU2728670C2 (en) * 2015-03-26 2020-07-30 Басф Се Method and vehicle for application of agrochemical mixture on field working area
US10262413B2 (en) 2015-05-08 2019-04-16 The Climate Corporation Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
US11170497B2 (en) 2015-05-08 2021-11-09 The Climate Corporation Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
WO2016182906A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-17 Precison Planting Llc Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
US11615525B2 (en) 2015-05-08 2023-03-28 Climate Llc Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
US10679341B2 (en) 2015-05-08 2020-06-09 The Climate Corporation Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
US10188027B2 (en) 2015-05-20 2019-01-29 Kinze Manufacturing, Inc. Row unit with shank opener
WO2016187540A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 Kinze Manufacturing, Inc. Row unit with shank opener
WO2016205422A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-22 Precision Planting Llc Agricultural operation monitoring apparatus, systems and methods
US11944043B2 (en) 2015-06-30 2024-04-02 Climate Llc Systems and methods for image capture and analysis of agricultural fields
US11191219B2 (en) 2015-06-30 2021-12-07 The Climate Corporation Systems and methods for image capture and analysis of agricultural fields
RU2720278C2 (en) * 2015-09-18 2020-04-28 ПРЕСИЖН ПЛЭНТИНГ ЭлЭлСи Device, system and method of soil criteria monitoring during soil cultivation operations and control of tillage working tools
RU169363U1 (en) * 2016-03-28 2017-03-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Unmanned crop monitoring robot
US10768331B2 (en) 2016-11-07 2020-09-08 The Climate Corporation Work layer imaging and analysis for implement monitoring, control and operator feedback
RU186702U1 (en) * 2017-08-08 2019-01-30 Анатолий Иванович Прокопьев CAPACITIVE SOIL MOISTURE SENSOR
RU182585U1 (en) * 2018-04-12 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Агрофизический научно-исследовательский институт" (ФГБНУ АФИ) DEVICE FOR DETERMINING THE QUALITY OF TILLING THE SOIL OF A SOIL PROCESSING MACHINE
RU2704290C1 (en) * 2018-10-10 2019-10-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия" Circular soil bench
RU2802808C2 (en) * 2019-03-26 2023-09-04 Беллота Агрисолюшнс, С.Л. Method and system for determining the mechanical condition of agricultural land
RU2811462C2 (en) * 2019-04-26 2024-01-11 АГКО Корпорейшн Method for regulating operating parameters of tillage tool (options) and a computer-readable medium for long-term storage of information for implementing method for regulating operating parameters of tillage tool (options)
US20210026007A1 (en) * 2019-07-26 2021-01-28 Cnh Industrial America Llc System and method for determining subsurface soil layer characteristics based on radar data and secondary soil parameters
US11927667B2 (en) * 2019-07-26 2024-03-12 Cnh Industrial America Llc System and method for determining subsurface soil layer characteristics based on radar data and secondary soil parameters
RU200554U1 (en) * 2020-06-02 2020-10-29 Общество с ограниченной ответственностью "Гремион" Device for monitoring the work of a tillage tool
RU2741746C1 (en) * 2020-08-11 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Method of monitoring quality of tillage on agrolandscapes in field conditions
RU202922U1 (en) * 2020-11-23 2021-03-15 Лариса Анатольевна Журавлева Mobile device for measuring soil properties
EP4059336A1 (en) * 2021-03-16 2022-09-21 CNH Industrial Belgium NV System and method for identifying soil layers within an agricultural field
US11849662B2 (en) 2021-03-16 2023-12-26 Cnh Industrial Canada, Ltd. System and method for identifying soil layers within an agricultural field
RU2778430C1 (en) * 2021-08-13 2022-08-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ) Method for determining the density of soil in the channel formed in the subsurface layer after the passage of the rotary ripper
WO2023019283A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 Geoprospectors Gmbh Ground sensor
RU2796842C1 (en) * 2022-12-06 2023-05-29 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова" (ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова") Combined unit for substantial improvement of unused agricultural lands with discrete application of ameliorants and soil loosening

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013111641A (en) 2014-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2537908C2 (en) Device for subsurface measuring agrotechnological characteristics of soil arable layer in motion
US10321623B1 (en) Mobile soil optical mapping system
US6853937B2 (en) Soil characteristics survey device and soil characteristics survey method
Sudduth et al. Relating apparent electrical conductivity to soil properties across the north-central USA
EP2996453B1 (en) Method for soil moisture monitoring
Fricke et al. Combining ultrasonic sward height and spectral signatures to assess the biomass of legume–grass swards
Mouazen et al. Development of on-line measurement system of bulk density based on on-line measured draught, depth and soil moisture content
US20060158652A1 (en) Measuring soil light response
Mouazen et al. An automatic depth control system for online measurement of spatial variation in soil compaction, Part 1: Sensor design for measurement of frame height variation from soil surface
US20110106451A1 (en) Multiple sensor system and method for mapping soil in three dimensions
US20030066357A1 (en) Soil profile force measurment using an instrumented tine
Gomide et al. An automatic data acquisition and control mobile laboratory network for crop production systems data management and spatial variability studies in the Brazilian center-west region
Krum et al. Spatial mapping of complex turfgrass sites: Site‐specific management units and protocols
JP2007166967A (en) Method and apparatus for evaluating healthiness of tree
JP3894475B2 (en) Soil characteristic data processing apparatus, program, storage medium storing the same, and soil characteristic data processing method
NZ544649A (en) Measuring soil light response
Mouazen et al. Fusion of data from multiple soil sensors for the delineation of water holding capacity zones
Lund et al. Proximal sensing of soil organic matter using the Veris® OpticMapper™
Heege Sensing of natural soil properties
Shibusawa Soil sensors for precision farming
Mohammadi et al. Laboratory evaluation of infrared and ultrasonic range-finder sensors for on-the-go measurement of soil surface roughness
Pawel et al. System for automatic measurement of topsoil layer compaction and its spatial identification within the research area
Ehlert et al. Assessment of laser rangefinder principles for measuring crop biomass
Cho et al. Estimation of soil profile physical and chemical properties using a VIS-NIR-EC-force probe
Dhillon et al. Development of an integrated on-the-go sensing system for soil properties

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180307