Полевой бесконтактный профилограф для спиралевидного сканирования
FIELD CONTACT-FREE PROFILOGRAPH FOR SPIRAL SCANNING

Изобретение относится к сельскохозяйственному приборостроению и цифровому земледелию, в частности к профилографам для измерения параметров дневной поверхности почвы.
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.
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.
Целью изобретения является повышение качества измерения параметров дневной поверхности почвы по всей экспериментальной площадке в полевых условиях.
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.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема полевого профилографа.
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.
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.
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.
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.
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.
Источники, принятые во внимание в заявке.
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.