[發(fā)明專利]一種水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010407247.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN111351700A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛龍;黃博翰;曾劍輝;孫正;黎靜;劉木華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/02
• 分類號(hào): G01N3/02;G01N3/12;G01N3/22;G01N3/24;G01N11/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，包括支撐框架、垂直主動(dòng)載荷加載部分、扭矩加載及測(cè)量元件部分、控制柜、機(jī)器視覺系統(tǒng)、桿件與可更換的接觸探頭部分；其中所述支撐框架包括儀器支撐所使用構(gòu)成三腳架形結(jié)構(gòu)的支撐鋁型材、支腿鋁型材，安裝固定于三腳架結(jié)構(gòu)之上的絲桿千斤頂、垂直水平面安裝的光桿，所述支撐框架與所述水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備的各部分通過各種連接件產(chǎn)生約束；所述垂直主動(dòng)載荷加載部分通過載荷與支架固定螺栓固定在支撐框架上方，為部分實(shí)驗(yàn)提供下降的主動(dòng)載荷；所述扭矩加載及測(cè)量元件部分裝配在所述支撐框架內(nèi)部的光桿上，通過三組共九只線性軸承與光桿發(fā)生約束，并能夠沿光桿上下滑移；所述桿件與可更換的接觸探頭部分通過扭矩傳感器下連接法蘭與其上端的扭矩加載及測(cè)量元件部分連接，所述桿件與可更換的接觸探頭部分末端的探頭在各種載荷的作用下，直接與水田壤接觸作用；所述控制柜直接固定在支撐框架側(cè)面，內(nèi)部有集成電路板、單片機(jī)、存儲(chǔ)卡、無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置和移動(dòng)設(shè)備如筆記本、手機(jī)通信的端口，是儀器的控制中心；所述機(jī)器視覺系統(tǒng)包括可見光攝像頭、紅外高光譜攝像頭、紅外信號(hào)發(fā)生器、集成電路板，并固定在控制柜底部。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述支撐框架主體為三腳架形結(jié)構(gòu)，支撐受力的三腳架結(jié)構(gòu)由垂直支撐桿、斜支撐桿、鉸鏈、支撐框架上固定板、支撐框架下固定板組成連接固定；支撐框架上固定板與支撐框架下固定板之間垂直固定垂直支撐桿，形成整體的框架結(jié)構(gòu)；內(nèi)部還裝配有三根光桿組成作為所述扭矩加載及測(cè)量元件部分上下滑移的軌道。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述扭矩加載及測(cè)量元件部分包括步進(jìn)電機(jī)、行星齒輪箱、S形拉壓傳感器、扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)增量編碼器、紅外測(cè)距傳感器、一塊鋼質(zhì)的扭矩加載上固定板以及鋁合金質(zhì)扭矩加載中固定板、扭矩加載下固定板、三根限位支撐桿組成的框架用于固定連接所述電子器件，其中所述鋼質(zhì)的扭矩加載上固定板用于與電磁鐵產(chǎn)生磁力約束，另外三組共九枚線性軸承安裝于三塊板件上用于保證扭矩加載及測(cè)量元件組部分在所述支撐框架上的光桿上能夠自由滑動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述桿件與可更換的接觸探頭包括扭矩傳感器下連接法蘭、兩端帶外螺紋的光桿、用于加載砝碼靜止載荷的固定擋圈、連接桿末端的可拆卸法蘭、以及通過螺紋固定在桿件尾端用于與水田壤接觸作用的探頭，所述探頭包括不同尺寸的壓板、剪切塊，通過探頭與水田壤相互作用采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，其特征在于，控制柜內(nèi)各單片機(jī)、電信號(hào)采集組接受由S型拉壓傳感器、旋轉(zhuǎn)增量編碼器、扭矩傳感器、紅外測(cè)距傳感器采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過i2c通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)相互間通訊、并通過串口通訊技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至人機(jī)交互界面所連接的微型計(jì)算機(jī)，形成控制單元間的互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行模型的建立、參數(shù)的計(jì)算，而后通過所述交互界面發(fā)送至用戶；所述控制柜內(nèi)裝備有通訊模塊，可通過運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)直接回傳至實(shí)驗(yàn)室電腦主機(jī)中進(jìn)行備份，同時(shí)大大減少數(shù)據(jù)采集周轉(zhuǎn)周期；另一方面，設(shè)備自身帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，保證了數(shù)據(jù)的安全性；控制柜中亦設(shè)有電流傳感器、保險(xiǎn)絲，一方面作為電路的短路保護(hù)，保障了儀器使用的安全性、另一方面所測(cè)電流數(shù)值可用于進(jìn)一步探究?jī)x器電路功耗性能，作為研發(fā)機(jī)器的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述機(jī)器視覺系統(tǒng)工作時(shí)能由紅外光譜信息準(zhǔn)確的測(cè)量所測(cè)水田壤的含水率，并通過獲取水田壤表面的空間結(jié)構(gòu)、建立水田壤表面的掃描點(diǎn)云圖、數(shù)據(jù)回傳至云端電腦保存、以用于探究水田壤表面結(jié)構(gòu)與力學(xué)模型之間的普遍聯(lián)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水田壤力學(xué)參數(shù)測(cè)量設(shè)備，其特征在于，所述S型拉壓傳感器直接作為上下部分的連接件，同時(shí)定位線性軸承保證了壓力能夠完全作用在傳感器之上的同時(shí)，扭矩盡可能小的作用于S型拉壓傳感器，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。