ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА СТВОЛА ДЕРЕВА

Полезная модель относится к измерительным приборам, в частности к приборам для измерения прироста диаметра ствола дерева, и может быть использована в лесном и лесопарковом хозяйстве для наблюдения за скоростью прироста древесины.
Известен прибор для измерения диаметра ствола по дуге окружности ствола (описание к полезной модели RU 188361, опубликовано 09.04.2019), включающий мерную вилку с обеими поворотными ножками, соединенными тросиком, при этом на мерной вилке установлена рукоятка, на которой с помощью оси закреплен рычаг, соединенный с мерной лентой, прикрепленной через кольцо к тросику, в верхней части рукоятки установлен указатель, показывающий на мерной ленте диаметр ствола.
Недостатком известного прибора для измерения диаметра ствола по дуге окружности ствола является неудобство его использования для слежения за скоростью прироста древесины во времени. Это обусловлено тем, что данный прибор не может быть закреплен на дереве и каждый раз для измерения диаметра ствола дерева, через определенные промежутки времени, требуется его установка с последующим снятием. При этом для получения объективной картины прироста диаметра ствола дерева при каждом измерении, проводимом через определенные промежутки времени, необходимо устанавливать прибор на то же самое место. Еще один недостаток связан с тем, что для получения объективной картины требуется снятие показаний как минимум в трех позициях через 120 градусов с последующим вычислением среднего значения, что существенно увеличивает трудоемкость работ.
Известен прибор для дистанционного измерения диаметра ствола растущего дерева (описание к полезной модели RU 143336, опубликовано 20.07.2014) который содержит шарнирную мерную вилку, снабжен шестом с кронштейном для крепления мерной вилки, измерительным тросом, прикрепленным через кольцо к тросику, соединяющему обе ножки мерной вилки, сделанными поворотными. В нижней части шеста установлена шкала диаметров, по которой считывается диаметр дерева на измеряемой высоте с помощью указателя, закрепленного на измерительном тросе, например, металлическом. Выполнение обеих ножек мерной вилки поворотными повышает точность измерения, так как при измерении диаметров ствола учитывается отклонение обеих ножек мерной вилки.
Недостатком известного прибора для дистанционного измерения диаметра ствола растущего дерева является неудобство его использования для слежения за скоростью прироста древесины во времени. Это обусловлено тем, что данный прибор не может быть закреплен на дереве и каждый раз для измерения диаметра ствола дерева, через определенные промежутки времени, требуется его установка с последующим снятием. При этом для получения объективной картины прироста диаметра ствола дерева при каждом измерении, проводимом через определенные промежутки времени, необходимо устанавливать прибор на тоже самое место. Еще один недостаток связан с тем, что для получения объективной картины требуется снятие показаний как минимум в трех позициях через 120 градусов с последующим вычислением среднего значения, что существенно увеличивает трудоемкость работ.
2
Известен датчик для мониторинга растущих деревьев дендрометр De-1 [DE-1M-DE-1-M-Dendrometer-Datasheet.pdf - Электронный ресурс.- Режим доступа: http://phyto-sensor.com/docs/DE-lM-Dendrometer-Datasheet.pdf. Дата обращения: 06.03.2022], включающий корпус с трансформаторным датчиком (LVDT) линейных перемещений, который установлен на стержне, имеющем винтовую нарезку с одной стороны. Датчик линейных перемещений оснащен подпружиненным подвижным штоком. Работает известный дендромер следующим образом. На деревьях с грубой корой необходимо соскоблить наружный слой коры до камбия на участке с размерами 6×5 см. Необходимо в стволе просверлить отверстие диаметром 3,3-3,5 мм на глубину от 3 до 9 см. В данное отверстие ввинчивается стержень с винтовой нарезкой дентромера. Затем устанавливается датчик линейных перемещений таким образом, чтобы его подпружиненный шток касался ствола. Датчик линейных перемещений кабелем связан с электронной вычислительной машиной (ЭВМ) на которой посредством использования специализированной программы расшифровываются его данные.
Недостатком известного дендромера является сложность его установки на стволах деревьев, связанная с необходимостью зачистки площадки под установку от коры, а также сверлением в стволе дерева отверстия. Данные операции кроме повышения трудоемкости работ по установке датчика еще ведут к неизбежному механическому повреждению ствола дерева. Кроме того, данный датчик рассчитан на измерение суточного прироста древесины и способе определять данную величину в очень узком диапазоне, определяемом микрометрами, что делает его непригодным для использования при длительном наблюдении за приростом ствола дерева, который измеряется сантиметрами.
Еще одним недостатком рассмотренных аналогов является то, что они производят измерение диаметра только в одном направлении, а как известно образующая ствола дерева не носит характер абсолютно цилиндрической поверхности, в результате чего для установления точного значения диаметра ствола приходится проводить измерение как минимум в трех направлениях под углом 120 градусов с последующим вычислением среднего значения, что существенно увеличивает трудоемкость работ.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является измеритель диаметров - полнотомер (Описание к полезной модели RU 201572, заявлено 26.08.2020, опубликовано 22.12.2020) включающий в себя корпус, измерительную ленту, фиксатор измерительной ленты.
Недостаток известного измерителя диаметров - полнотомера заключается в том, что оно не предусматривает его крепления к стволу дерева, поэтому каждый раз проводя измерение ствола дерева нужно установить устройство на тоже самое место, что и при проведении предыдущего измерения, а по прошествии времени и с учетом изменения антропометрических характеристик ствола высока вероятность установки прибора со смещением относительно предшествующего места измерения. Определение значения диаметра ствола дерева осуществляется исследователем путем визуального наблюдения за показаниями измерительной шкалы, следовательно, во-первых, возникает вероятность возникновения ошибки измерения при значении измеряемого диаметра, находящемся между соседними делениями, в зависимости от того в какую сторону исследователь округлит значение, во-вторых, данное устройство непригодно для проведения замеров на высоте выше роста исследователя. Необходимость постоянного разматывания измерительной ленты, обхвата ею измеряемого ствола дерева и последующего сматывания ленты ведет к увеличению трудоемкости работ при проведении многократных измерений одного и того же ствола дерева во времени.
Технический результат прибора для измерения диаметра ствола дерева заключается в снижении трудоемкости работ при длительном наблюдении за приростом диаметра ствола дерева и обеспечении высокой точности данных измерений.
Достигается технический результат тем, что в приборе для измерения диаметра ствола дерева, включающем корпус, измерительную ленту, корпус выполнен в виде стакана с цилиндрической полостью, причем в днище корпуса выполнено сквозное отверстие диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрической полости, при этом в цилиндрической полости корпуса установлена цилиндрическая кассета, имеющая наружный диаметр соответствующий внутреннему диаметру цилиндрической полости корпуса, при этом корпус и цилиндрическая кассета оснащены фиксатором их относительного положения, причем в цилиндрическую кассету вмонтирован датчик угла поворота с линейной характеристикой, при этом на вращающейся ручке датчика угла поворота установлен барабан с намотанной на него измерительной лентой, причем цилиндрическая полость корпуса, цилиндрическая кассета, ручка датчика угла поворота, барабан установлены соосно, при этом на свободном конце измерительной ленты выполнен захват, а на наружной поверхности корпуса крепление для удержания захвата измерительной ленты, при этом в боковой стенке корпуса на уровне расположения барабана выполнено сквозное отверстие, размеры которого обеспечивают свободный проход сквозь него измерительной ленты, при этом сверху на корпус установлена глухая крышка, а снизу установлена крышка со сквозным отверстием.
На фиг. 1 представлен разрез прибора для измерения диаметра ствола дерева.
На фиг. 2 представлен разрез прибора для измерения диаметра ствола дерева в 3D-изометрии.
На фиг. 3 представлен вид сверху на прибор для измерения диаметра ствола дерева, установленный на стволе дерева.
Прибор для измерения диаметра ствола дерева включает выполненный в виде стакана корпус 1, измерительную ленту 2. В корпусе 1 выполнена цилиндрическая полость 3. В днище 4 корпуса 1 выполнено сквозное отверстие 5 диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрической полости 3. В цилиндрической полости 3 корпуса 1 установлена цилиндрическая кассета 6, имеющая наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру цилиндрической полости 3 корпуса 1. Корпус 1 и цилиндрическая кассета 6 оснащены фиксатором 7 их относительного положения. Корпус 1 оснащен фиксатором 7, который фиксирует положение кассеты 6 относительно корпуса. Фиксатор 7 может быть выполнен в виде винта, вкручиваемого в резьбовое отверстие корпуса и упирающегося своим торцом в боковую поверхность цилиндрической кассеты. В цилиндрическую кассету 6 вмонтирован датчик 8 угла поворота. В качестве датчика 8 угла поворота может быть использован известный из уровня развития техники поворотный резистор с линейной характеристикой изменения сопротивления (Резисторы переменные регулировочные. Энциклопедия электроники L7805CV. - Электронный ресурс. - Режим доступа: http://17805cv.ru/resistor-potentiometer.html, дата обращения 26.02.2022]. На вращающейся ручке 9 датчика 8 угла поворота установлен барабан 10 с намотанной на него измерительной лентой 2.
Цилиндрическая полость 3 корпуса 1, цилиндрическая кассета 6, ручка 9 датчика 8 угла поворота, барабан 10 установлены соосно. На свободном конце измерительной ленты 2 выполнен захват 11, а на наружной поверхности корпуса 1 крепление 12 для удержания захвата 11 измерительной ленты 2. В боковой стенке корпуса 1 на уровне расположения барабана 10 выполнено сквозное отверстие 21, размеры которого обеспечивают свободный проход сквозь него измерительной ленты 2.
Сверху на корпус 1 установлена глухая 13 крышка, а снизу установлена крышка 14 со сквозным отверстием.
Контакты 15, 16, 17 датчика 8 угла поворота соединены с электрическими проводами 18, 19, 20, которые выведены наружу за пределы корпуса через сквозное отверстие в крышке 14.
Работает прибор для измерения диаметра ствола дерева следующим образом.
Корпус 1 прибора для измерения диаметра ствола дерева крепится к стволу дерева 22, например, посредством хомута 23, охватывающего прибор и ствол дерева. В цилиндрическую полость 3 корпуса 1 помещают кассету 6 с вмонтированным в нее датчиком 8 угла поворота. На вращающейся ручке 9 датчика 8 угла поворота устанавливают барабан 10, пропуская свободный конец измерительной ленты 2 через сквозное отверстие 21 боковой стенки корпуса 2. Вращая кассету 6 за имеющиеся на ней выступы 24 обеспечивают вытягивание ленты 2 на заданную длину, необходимую для охвата ствола дерева. Фиксируют измерительную ленту 2 путем крепления ее захвата 11 за соответствующее ему крепление 12 корпуса 1. Натягивают измерительную ленту 2 путем поворота кассеты 6 в обратном направлении до тех пор пока измерительная лента 2 не будет плотно прижата к стволу дерева. При этом следят за тем, чтобы рукоятка 9 датчика 8 находилась в своем крайнем исходном положении начала отсчета угла поворота. Данное положение регулируется путем вращения барабана 10 за имеющиеся на нем выступы 25. Затем посредством фиксатора 7 фиксируют положение кассеты 6 относительно корпуса 1. Далее сверху на корпус 1 устанавливают глухую 13 крышку. Затем снизу на корпус 1 устанавливают крышку 14, пропуская через ее сквозное отверстие провода 18, 19, 20, соединенные с контактами 15, 16, 17 датчика 8.
Во время роста дерева 22 диаметр его ствола будет увеличиваться, при этом измерительная лента будет вытягиваться из корпуса 1, вращая при этом барабан 10 и связанную с ним рукоятку 9 датчика 8. По изменяющемуся сопротивлению резистора, измеряемому на контактах 15, 16, 17 датчика 8, исследователь устанавливает длину вытягивания ленты из корпуса, которая соответствует увеличению периметра ствола дерева. Далее по известным формулам, исходя из изменения периметра, исследователь определяет прирост ствола дерева по диаметру. Для определения значения сопротивления резистора и его перевода в соответствующее значение диаметра может быть использована электронно-вычислительная машина (ЭВМ), подключаемая к проводам 18, 19, 20.
Благодаря тому, что корпус выполнен в виде стакана с цилиндрической полостью, в которой установлена цилиндрическая кассета, имеющая соответствующий наружный диаметр, обеспечивается возможность поворота кассеты с вмонтированным в нее датчиком и установленными соосно на рукоятке датчика барабаном при наматывании/сматывании измерительной ленты на барабан.
Благодаря тому, что в днище корпуса выполнено сквозное отверстие диаметром, меньшим, чем диаметр цилиндрической полости, обеспечивается создание упорной ступени для правильного позиционирования положения цилиндрической кассеты в полости корпуса при ее установке.
Благодаря тому, что корпус и цилиндрическая кассета оснащены фиксатором их относительного положения обеспечивается фиксирование в неподвижном положении кассеты со встроенным в нее датчиком относительно корпуса.
Благодаря использованию датчика угла поворота с линейной характеристикой обеспечивается возможность установления значения длины участка ленты, сошедшего с барабана при увеличении диаметра ствола дерева, в зависимости от изменения внутреннего сопротивления на контактах датчика, изменяющего пропорционально углу поворота рукоятки датчика, связанной с барабаном.
Благодаря наличию на свободном конце измерительной ленты захвата и наличию на наружной поверхности корпуса соответствующего крепления, обеспечивается возможность обхвата ствола дерева измерительной лентой и самопроизвольное ее удержание в таком положении.
Благодаря наличию в боковой стенке корпуса на уровне расположения барабана сквозного отверстия обеспечивается возможность прохода измерительной ленты за пределы стенки корпуса.
Благодаря наличию крышек сверху и снизу корпуса обеспечивается доступ к конструктивным элементам, а именно к кассете и барабану для выставления их правильного положения во время монтажа прибора на стволе дерева. Крышки обеспечивают защиту внутреннего пространства корпуса от внешних воздействий. Благодаря наличию отверстия в крышке, устанавливаемой снизу, со стороны днища, обеспечивается вывод проводов, соединенных с контактами датчика за пределы корпуса.
Устройство, характеризуемое совокупностью описанных признаков, образует цельную промышленно реализуемую конструкцию, обеспечивающую возможность установления значения прироста диаметра ствола дерева во времени при снижении трудоемкости данных работ по сравнению с известными аналогами, а также обеспечить высокую точность измерения. Снижение трудоемкости работ достигается за счет того, что устройство легко крепится с стволу дерева (без повреждения ствола) постоянно находится в одном и том же положении на дереве и не требует осуществлять работы по монтажу и демонтажу при необходимости снятия показаний, особенно это актуально при наблюдении за изменением диаметра ствола дерева на высоте выше роста исследователя, когда доступ к месту измерения диаметра затруднен. Обеспечение снижения трудоемкости и высокой точности измерения достигается за счет установления прироста диаметра ствола дерева по увеличению периметра его ствола, что требует проведения однократного измерения, в то время как для аналогов характерна необходимость измерения диаметра в трех радиальных направлениях с последующим вычислением среднего значения. Повышение точности обеспечивается за счет того, что исключается человеческий фактор, связанный с возможной неточностью фиксации показаний шкалы измерительного прибора, при нахождении измеряемой величины в промежутке между соседними делениями шкалы, в заявляемом устройстве значение измеряемой величины определяется автоматически по показаниям датчика.