RU2707907C1

RU2707907C1 - Field contact-free profilograph for spiral scanning

Info

Publication number: RU2707907C1
Application number: RU2019113180A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Васильев; Алена Анатольевна Федорова; Рустам Иванович Александров
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2019-12-02

Abstract

FIELD: machine industry; agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agricultural instrument-making. Field non-contact profilograph comprises massive base on which rod is installed. In the upper part of the rod there fixed is the level, an angular sensor and by means of the bearing a movable arm with a counterweight on one side and a laser position sensor on the other side, which is installed by means of a screw mechanism with a carriage, is fixed perpendicularly. To move the carriage and rotate the movable arm in the lower part of the rod, a motor is installed, which transmits the torque through the cylindrical and conical gears. An electronic signal processing unit is also installed in the upper part of the rod, which is connected to the sensors by cables and using a USB cable to the laptop.

EFFECT: higher quality of measuring parameters of the day surface of soil throughout the experimental site in field conditions.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственному приборостроению и цифровому земледелию, в частности к профилографам для измерения параметров дневной поверхности почвы.The invention relates to agricultural instrumentation and digital farming, in particular to profilographs for measuring the parameters of the surface of the soil.

Известен бесконтактный профилограф, состоящий из массивного основания со стержнями для фиксации на поверхности почвы, на которое с помощью подшипника устанавливается ось, в нижней части которой крепится энкодер - угловой датчик, а в верхней части перпендикулярно закреплено подвижное плечо. На одной стороне подвижного плеча располагается противовес, а на другой - лазерный датчик положения, установленный с помощью стержня, что позволяет изменять начальное положение лазерного датчика по вертикали. В верхней части оси установлен электронный блок обработки сигналов, который подсоединен с помощью USB-кабеля к ноутбуку. На оси также крепится уровень.A non-contact profilograph is known, consisting of a massive base with rods for fixing on the soil surface, onto which an axis is mounted using a bearing, an encoder is mounted in the lower part of it - an angular sensor, and a movable shoulder is fixed perpendicularly in the upper part. A counterweight is located on one side of the movable arm, and a laser position sensor mounted with a rod on the other, which allows you to change the initial vertical position of the laser sensor. In the upper part of the axis is an electronic signal processing unit, which is connected using a USB cable to the laptop. A level is also attached to the axis.

Недостатком известного бесконтактного профилографа является, то, что сканирование выполняется только по окружности и отсутствует конструктивная возможность измерять параметры дневной поверхности почвы по всей исследуемой площади экспериментальной площадки в полевых условиях.A disadvantage of the known non-contact profiler is that the scan is performed only around the circumference and there is no constructive ability to measure the parameters of the surface of the soil over the entire investigated area of the experimental site in the field.

Целью изобретения является повышение качества измерения параметров дневной поверхности почвы по всей экспериментальной площадке в полевых условиях.The aim of the invention is to improve the quality of measuring the parameters of the daily surface of the soil throughout the experimental site in the field.

Поставленная цель достигается тем, что полевой бесконтактный профилограф содержит массивное основание со стержнями для фиксации на поверхности почвы, на которое устанавливается стержень, в верхней части которого крепится уровень, угловой датчик и с помощью подшипника перпендикулярно закреплено подвижное плечо с противовесом с одной стороны и лазерным датчиком положения с другой стороны, установленное с помощью винтового механизма с кареткой, что позволяет изменять начальное положение лазерного датчика в радиальном направлении, причем в нижней части стержня установлен двигатель, передающий крутящий момент через цилиндрическую и коническую передачу, для перемещения каретки и вращения подвижного плеча, а в верхней части стержня установлен электронный блок обработки сигналов, который подсоединен кабелями к датчикам и с помощью USB-кабеля к ноутбуку.This goal is achieved in that the non-contact field profiler contains a solid base with rods for fixing on the soil surface, on which a rod is mounted, in the upper part of which a level is attached, an angular sensor and a movable shoulder with a counterweight on one side and a laser sensor are perpendicularly fixed with a bearing position on the other hand, installed using a screw mechanism with a carriage, which allows you to change the initial position of the laser sensor in the radial direction, In the lower part of the rod, a motor is installed that transmits torque through a cylindrical and bevel gear to move the carriage and rotate the movable arm, and an electronic signal processing unit is installed in the upper part of the rod, which is connected by cables to the sensors and using a USB cable to the laptop.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема полевого профилографа.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a field profilograph.

Устройство состоит из массивного основания 1 для фиксации на поверхности почвы, на которое устанавливается стержень 2, в верхней части которого крепится уровень 3, угловой датчик 4 и с помощью подшипника перпендикулярно закреплено подвижное плечо 5 с противовесом 6 с одной стороны и лазерным датчиком положения 7 с другой стороны, установленное с помощью винтового механизма 8 с кареткой 9, что позволяет изменять начальное положение лазерного датчика в радиальном направлении, причем в нижней части стержня 2 установлен двигатель 10, передающий крутящий момент через цилиндрическую 11 и коническую передачи 12, для перемещения каретки 9 и вращения подвижного плеча 5, а в верхней части стержня установлен электронный блок обработки сигналов 13, который подсоединен кабелями к датчикам 4 и 7, и с помощью USB-кабеля к ноутбуку 14.The device consists of a massive base 1 for fixing on the soil surface, on which a rod 2 is mounted, in the upper part of which a level 3 is attached, an angular sensor 4 and a movable arm 5 with a counterweight 6 on one side and a laser position sensor 7 s are fixed perpendicularly with a bearing on the other hand, installed by means of a screw mechanism 8 with a carriage 9, which allows you to change the initial position of the laser sensor in the radial direction, and in the lower part of the rod 2 there is an engine 10 transmitting to a dimming moment through a cylindrical 11 and bevel gears 12, to move the carriage 9 and rotate the movable arm 5, and in the upper part of the shaft there is an electronic signal processing unit 13, which is connected by cables to the sensors 4 and 7, and using a USB cable to the laptop 14 .

Устройство функционирует следующим образом. Предварительно профилограф устанавливается строго вертикально по уровню 3 во всех направлениях, перемещая плечо 5 по окружности. Электрическое питание для датчиков угла и положения подается от ноутбука 14. Запускается компьютерная программа на ноутбуке 14.The device operates as follows. Previously, the profiler is installed strictly vertically at level 3 in all directions, moving the shoulder 5 around the circumference. Electrical power for the angle and position sensors is supplied from the laptop 14. The computer program starts on the laptop 14.

Далее включают двигатель 10, передающий крутящий момент через цилиндрическую 11 и коническую передачи 12, и медленно перемещает каретку 9 и вращает подвижное плечо 5 вокруг основания 1. Выполняя один оборот, лазерный датчик положения 7 сканирует поверхность почвы по витку спирали Архимеда с шагом винтового механизма 8 и передает информацию в электронный блок обработки сигналов 13. В основу работы лазерного датчика положения положен принцип оптической триангуляции. Излучение полупроводникового лазера фокусируется объективом на почве. Рассеянное на почве излучение объективом собирается на CCD-линейке. Процессор сигналов рассчитывает расстояние до объекта по положению изображения светового пятна на линейке.Next, turn on the engine 10, which transmits torque through a cylindrical 11 and bevel gears 12, and slowly moves the carriage 9 and rotates the movable shoulder 5 around the base 1. Performing one revolution, the laser position sensor 7 scans the soil surface along the spiral of Archimedes with a pitch of the screw mechanism 8 and transmits information to the electronic signal processing unit 13. The basis of the laser position sensor is the principle of optical triangulation. The radiation of a semiconductor laser focuses the lens on the ground. The radiation scattered from the soil by the lens is collected on a CCD line. The signal processor calculates the distance to the object from the position of the image of the light spot on the ruler.

В тоже время угловой датчик 4 замеряет положение стержня 2 относительно основания 1 и также пересылает мгновенные значения угла поворота в электронный блок обработки сигналов 13.At the same time, the angle sensor 4 measures the position of the rod 2 relative to the base 1 and also sends the instantaneous values of the angle of rotation to the electronic signal processing unit 13.

Таким образом, в электронный блок обработки сигналов поступают 2 сигнала одновременно, которые после обработки передаются на ноутбук 14. Компьютерная программа позволяет представить информацию в полярных координатах для 2-х параметров: расстояние между датчиком положения и поверхностью почвы, а также соответствующий этому положению угол поворота от нулевой отметки.Thus, 2 signals are received simultaneously in the electronic signal processing unit, which after processing are transmitted to the laptop 14. The computer program allows you to present information in polar coordinates for 2 parameters: the distance between the position sensor and the soil surface, as well as the rotation angle corresponding to this position from zero.

Источники, принятые во внимание в заявке.Sources taken into account in the application.

1. Васильев, С.А. Разработка методов и технических средств контроля противоэрозионных технологий на склоновых агроландшафтах: дисс.⋅… докт. техн. наук: 06.01.02 / Васильев Сергей Анатольевич; [Место защиты: Рос. гос. аграр. ун-т]. - Чебоксары, 2016. - 345 с.1. Vasiliev, S.A. Development of methods and technical means of control of anti-erosion technologies on sloping agrolandscapes: diss. ⋅ ... doctor. tech. Sciences: 06.01.02 / Vasiliev Sergey Anatolevich; [Place of protection: Ros. state agrarian. un-t]. - Cheboksary, 2016 .-- 345 p.

Claims

A non-contact field profiler containing a massive base, characterized in that a rod is installed on it, in the upper part of which a level is fixed, an angular sensor and a movable arm with a counterweight on one side and a laser position sensor on the other side mounted perpendicularly mounted using a screw mechanism with a carriage; moreover, to move the carriage and rotate the movable arm, an engine is installed in the lower part of the shaft that transmits them torque through a cylindrical and con ical transmission, and in the upper part of the rod with an electronic signal processing unit, which cable is connected to the sensors and via USB-cable to a laptop.