Мобильное устройство для измерения свойств почвы

Полезная модель относится к области сельского хозяйства и может быть использована, например, для исследования физических свойств почвы на полях с искусственным орошением.
Известен механический влагомер для постоянного контроля за влажностью почвы горшочных, балконных или садовых растений (см. Mechanischer Feuchtigkeitsmesser fur Bodenfeuchtingkeitsuberwachung von Pflanzen: Заявка 102004002272 Германия, МПК7 G01N 19/10. Florasus AG, WeinReinhold. №102004002272; Заявл. 16.01.2004; опубл. 11.08.2005).
В этом влагомере по показаниям шкального индикатора, стрелка которого отклоняется в зависимости от растяжения и сжатия элемента, изготовленного из материала, чувствительного к влажности почвы, определяют контролируемый параметр.
Недостатком известного устройства является контактность чувствительного элемента с контролируемой средой, не возможность использования устройства при определении параметров почвы на больших площадях за малый отрезок времени, то есть при картировании полей.
Известен также электронный датчик для измерения влажности почвы (см. Elektronischer sensor fur Wandlung der Erdfenchtigkeit in eine elektrische Grosser Заявка 102004002271 Германия, МПК7 G01N 27/22, G01N 33/24. Florasus AG, Wein Reinhold. №102004002271.2; Заявл. 16.01.2004; опубл. 11.08.2005).
Принцип действия этого датчика, предназначенного для измерения влажности почвы горшочных или балконных растений, базируется на конденсаторе, диэлектрик которого имеет диэлектрическую проницаемость, зависящую от влажности почвы.
Недостатком этого устройства следует считать низкую точность из-за температурных влияний на диэлектрическую проницаемость диэлектрика конденсатора, чувствительность к налипанию, не возможность использования устройства при определении параметров почвы на больших площадях за малый отрезок времени, то есть при картировании полей.
Известен также способ измерения влажности почвы и устройство для его осуществления (см. Способ измерения влажности почвы и устройство для его осуществления: Авторское свидетельство СССР №1640612, заявка 4339927/26 от 08.12.87, опубликовано 07.04.91. бюл. №13).
Целью данного способа является сокращение времени анализа почвы. Устройство измерения содержит датчик влажности почвы и измерительный блок, содержащий тензопреобразователь, источник постоянного напряжения, усилитель постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь, блок управления.
Недостатком этого устройства следует считать возможность только стационарной работы, не возможность использования устройства при определении параметров почвы на больших площадях за малый отрезок времени, то есть при картировании полей.
Технической задачей полезной модели является расширение технических возможностей при исследовании физических свойств почвы на полях с искусственным орошением, в частности определении влажности почвы с высокой производительностью и не значительной трудоемкостью.
Задача достигается тем, что предлагаемое мобильное устройство для измерения свойств почвы содержит раму с установленными на ней через равные промежутки датчиками, определяющими параметры посевов, и установленную в раме ось, с расположенными на ней опорными колесами и измерительными блоками влажности почвы, при этом рама имеет дышло, обеспечивающее сцепление с трактором или другим сельскохозяйственным агрегатом, а измерительный блок влажности почвы включает в себя жестко установленный на оси корпус, имеющий форму таблетки, с установленной посередине корпуса серповидной пластиной, имеющей наибольшую ширину в верхней части и сходящую на ноль в нижней части корпуса, прорезью в нижней части корпуса, кроме того в корпусе эксцентрично размещена полая ось, радиально которой установлен полый цилиндр с отверстием на внутреннем торце и открытый с внешнего торца, причем внутренний торец полого цилиндра жестко опирается на полую ось, взаимосвязанную с осью, на которой установлены опорные колеса, а в полом цилиндре установлен корпус сенсора влажности, который прижимается цилиндрической сжатой пружиной к внешнему открытому торцу полого цилиндра и упирается в корпус, при этом в корпусе сенсора влажности закреплен сенсор влажности, сигнал от которого по проводам поступает в микроконтроллер далее на WiFi-модуль расположенные в полой втулке, а сенсор влажности включает в себя два щупа длина которых зависит от глубины, на которой необходимо измерить влажность почвы, кроме того полый цилиндр и корпус сенсора влажности в боковых образующих имеют прорезь, внутрь которой проходит серповидная пластина при повороте полого цилиндра при положение его в верхней точке.
Отличие предлагаемой конструкции от прототипа заключается в том, что:
- предлагаемое мобильное устройство для измерения свойств почвы содержит раму, с установленными на ней через равные промежутки датчиками, определяющими параметры посевов, и установленную в раме ось, с расположенными на ней опорными колесами и измерительными блоками влажности почвы, при этом рама имеет дышло, обеспечивающее сцепление с трактором или другим сельскохозяйственным агрегатом;
- измерительный блок влажности почвы включает в себя жестко установленный на оси корпус, с установленной посередине корпуса серповидной пластиной, имеющей наибольшую ширину в верхней части и сходящую на ноль в нижней части корпуса, прорезью в нижней части корпуса, кроме того в корпусе эксцентрично размещена полая ось, радиально которой установлен полый цилиндр с отверстием на внутреннем торце и открытый с внешнего торца, причем внутренний торец полого цилиндра жестко опирается на полую ось, взаимосвязанную с осью на которой установлены опорные колеса, а в полом цилиндре установлен корпус сенсора влажности, который прижимается цилиндрической сжатой пружиной к внешнему открытому торцу полого цилиндра и упирается в корпус, при этом в корпусе сенсора влажности закреплен сенсор влажности, включающий в себя два щупа длина которых зависит от глубины на которой необходимо измерить влажность почвы, кроме того полый цилиндр и корпус сенсора влажности в боковых образующих имеют прорезь, внутрь которой проходит серповидная пластина при повороте полого цилиндра при положение его в верхней точке.
- сенсор влажности имеет возможность подачи сигнала в микроконтроллер далее на WiFi-модуль с выходом в интернет и визуализацией полученной информации в режиме реального времени.
Благодаря такой конструкции достигается расширение технических возможностей при исследовании физических свойств почвы на полях с искусственным орошением, в частности измерении влажности почвы с высокой производительностью и не значительной трудоемкостью.
На Фиг. 1 изображено устройство для измерения свойств почвы, общий вид.
На Фиг. 2 изображен блок измерения влажности почвы
На Фиг. 3 - схема передачи информации
На Фиг 4 - схема взаимодействия серповидной пластины с полым цилиндром и корпусом сенсора влажности через прорезь
Предлагаемое устройство для измерения свойств почвы (фиг. 1) содержит раму 1, с установленными на ней через равные промежутки датчиками 2, определяющими параметры посевов, и установленную в раме ось 3, с расположенными на ней опорными колесами 4, и измерительными блоками влажности почвы 5. Рама 1 имеет дышло 6, обеспечивающее сцепление с трактором или другим сельскохозяйственным агрегатом.
Измерительный блок влажности почвы 5 (фиг 2) включает в себя жестко установленный на оси 3 корпус 7, имеющий форму таблетки с установленной в центре серповидной пластиной 8, имеющей наибольшую ширину в верхней части и сходящую на ноль в нижней части корпуса 7 и прорезью 9 в нижней части корпуса 7. В корпусе 7 эксцентрично размещена полая ось 10, радиально которой установлен полый цилиндр 11 с отверстием 12 на внутреннем торце и открытый с внешнего торца. Причем внутренний торец полого цилиндра 11 жестко опирается на полую ось 10. Полая ось 10 жестко закреплена на оси 3 и вращается вместе с ней и расположенными на оси 3 опорными колесами 4, передавая вращение полому цилиндру 11.
В полом цилиндре 11 установлен корпус сенсора влажности 13, также имеющий отверстие 14 на торцевой внутренней поверхности. При этом корпус сенсора влажности 13 прижимается цилиндрической сжатой пружиной 15 к внешнему открытому торцу полого цилиндра 11 и упирается в корпус 7. В корпусе сенсора влажности 13 закреплен сенсор влажности 16, сигнал от которого по проводам 17 поступает в микроконтроллер 18, далее на WiFi-модуль 19, подключенный к как-либо точке доступа с выходом в интернет (фиг. 3.). Провода 17 протянуты через отверстие 12 полого цилиндра и отверстие корпуса сенсора влажности 14 в корпус полой оси 10. Сенсор влажности 16 включает в себя два щупа 20, длина которых зависит от глубины, на которой необходимо измерить влажность почвы. Причем полый цилиндр 11 и корпус сенсора влажности 13 в боковых образующих имеют прорезь 21, совпадающую по расположению в цилиндре 11 и корпусе сенсора влажности 13 (фиг. 4).
Мобильное устройство для измерения характеристик почвы работает следующим образом.
Мобильное устройство для измерения характеристик почвы цепляется посредством дышла и узла сцепки 6, к трактору или другому сельскохозяйственному агрегату и перемещается, опираясь на опорные колеса 4. С датчиков бесконтактного измерения параметров, характеризующих рост и развитие растений 2, работающих в системах реального времени (on-line) информация поступает в микроконтроллер 18, далее на WiFi-модуль 19, подключенный к точке доступа с выходом в интернет.
Измерение влажности почвы производится следующим образом. При вращении оси 3 с расположенными на ней опорными колесами 4, также вращается жестко закрепленная на оси 3 полая ось 10, вместе с которой вращательные движения совершает полый цилиндр 11.
При вращении полого цилиндра 11, в нижней части окружности траектории его движения (нижней точке) за счет эксцентрично расположенной полой оси 10 цилиндрическая пружина 15 разжимается, толкая корпус сенсора влажности 13 к внешнему торцу полого цилиндра 11 до упора в корпус 7, выдвигая через прорезь 9 в нижней части корпуса 7 щупы 20 сенсора влажности 16 из корпуса 7. При этом щупы входят в соприкосновение с почвой. Сигнал от сенсора влажности 16 по проводам 17 поступает в микроконтроллер 18, далее на WiFi-модуль 19, подключенный к как-либо точке доступа с выходом в интернет. Данные, попавшие на облачный сервер используются для построения графика влажности в режиме реального времени.
Рассмотрим движение полого цилиндра 10 от точки О в точку А. При вращении опорных колес 4 по стрелке, вращается ось 3 и полая ось 10, закрепленные между собой жестко. Вместе с полой осью 10 по круговой траектории перемещается полый цилиндр 11, при этом за счет эксцентрично расположенной полой оси 10, в верхней части корпуса 7 (точка О) цилиндрическая пружина 15 сжата и корпус сенсора влажности 13 прижимается к внутреннему торцу полого цилиндра 11. Серповидная пластина 8 в точке О (верхняя точка) имеет свою максимальную ширину, входит до предела в прорезь 21 корпуса сенсора влажности 13 и полого цилиндра 11 и щупы 20 сенсора влажности 13 вдвинуты в корпус 7. При повороте опорных колес 4 по стрелке ширина серповидной пластины 8 уменьшается, позволяя разжаться цилиндрической пружине 15. В точке А серповидная пластина 8 перестает взаимодействовать с корпусом сенсора влажности 13 и щупы 20 сенсора влажности выдвигаются из корпуса 7, взаимодействую с почвой (нижняя точка).
При подъеме полого цилиндра 11 по траектории дуги окружности Б О, серповидная пластина 8 начинает снова взаимодействовать с торцевой поверхностью корпуса сенсора влажности, проходя через прорезь 21, сжимает цилиндрическую пружину 15 и втягивая щупы 20 сенсора влажности 16 внутрь корпуса 7.
При обороте колеса щупы вновь опускаются в почву, получая и передавая информацию о влажности.
Использование предлагаемого мобильного устройства для измерения свойств почвы позволяет расширить технические возможности при исследовании физических свойств почвы, в частности на полях с искусственным орошением, снижает трудоемкость измерения влажности почвы, увеличивая скорость и производительность измерений, позволяет визуализировать полученную информацию в режиме реального времени.