Устройство для экспресс-мониторинга состава почвы
DEVICE FOR RAPID MONITORING OF SOIL COMPOSITION

Изобретение относится к устройствам для анализа состава почвы без отбора почвенных образцов, устанавливаемых на транспортные средства, и может быть использовано в сельском хозяйстве при агрохимическом анализе состава почв.
Известно устройство для экспресс-оценки почв, содержащее измерительный щуп, соединенный посредством блока преобразования сигналов с блоком их обработки и индикации, автономный стабилизированный источник электропитания блока преобразования сигналов. Щуп выполнен в виде диэлектрического конуса с расположенными на нем по окружности электропроводными измерительными кольцами, имеющими электрические выводы (патент RU №2279074, опубл. 27.06.2006).
Недостатками данного устройства являются относительная сложность конструкции, незначительная глубина заглубления щупа, возможность измерения только электрической активности почв.
Известен способ и устройства для оценки параметров почвы, при котором размещают почвенные датчики на разных глубинах с определенным шагом в целевых скважинах, регистрируют информацию от датчиков и передают ее в базу данных на удаленном сервере. При бурении скважин для размещения датчиков для привода буровой штанги используют мощный строительный перфоратор (патент RU №2613907, опубл. 21.03.2017).
Недостатками данного устройства являются значительные габариты и масса оборудования, высокая энергоемкость процесса, возможность измерения только температуры почв.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемому устройству является устройство для определения характеристик почвы, содержащее измеритель, штангу и электронепроводящий корпус, выполненный из двух полусфер с двумя электродами на внешней поверхности каждой полусфер. Измеритель состоит из вольтамперметра и соединен с электродами на каждой полусфере. Для опускания измерителя в почву на требуемую глубину просверливается скважина буром Калентьева. Устройство позволяет определить характеристики различных слоев почвы без отбора почвенного образца (патент RU №2433391, опубл. 10.11.2011).
Недостатками данного устройства являются низкая производительность операций, высокая трудоемкость работ, возможность измерения только содержания влаги в почве.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности мониторинга агрохимического состава почвы, снижение трудоемкости операций, обеспечение измерений на заданной глубине.
Технический результат достигается тем, что устройство состоит из револьверной головки, устанавливаемой консольно в задней части полевого робота, мотор-редуктора поворота револьверной головки, гидроаппаратуры и емкости для автоматической подачи необходимого количества воды в контрольную лунку, агрохимических датчиков, блока управления револьверной головкой, блока управления датчиками, что обеспечивает повышение производительности мониторинга агрохимического состава почвы и снижение трудоемкости операций. Кроме того, револьверная головка устройства с агрохимическим датчиком обеспечивает его перемещение на заранее установленную величину в вертикальной плоскости при вращении ходового винта, которое создается электродвигателем, установленным на траверсе соосно с ходовым винтом, что обеспечивает измерение свойств почвы датчиком на заданной глубине.
Предлагаемое устройство устанавливается на транспортное средство (полевой робот), предусматривает сверление контрольной лунки на заданную глубину, залив регулируемого количества воды в лунку для обеспечения требуемого качества измерений, погружение щупов датчика в лунку для измерения агрохимического состава почвы.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен схематично полевой робот с установленным на него устройством для экспресс-мониторинга состава почвы (вид сбоку).
На фиг. 2 показана конструкция револьверной головки.
Предлагаемое устройство состоит из револьверной головки 1 (фиг. 1), устанавливаемой консольно в задней части полевого робота 2, мотор-редуктора 3 поворота револьверной головки, гидроаппаратуры 4 и емкости 5 для автоматической подачи необходимого количества воды в контрольную лунку, блока управления 6 револьверной головкой, блока управления 7 датчиками.
Для формирования в почве контрольной цилиндрической лунки и опускания в нее датчиков используется револьверная головка (фиг. 2).
Револьверная головка состоит из основания 8, на котором установлен держатель 9 и бурильная установка 10. Блок подвеса револьверной головки состоит из подшипникового узла 11, пальца 12, стойки 13, на которые устанавливается траверса 14 с направляющей 15 и ходовым винтом 16.
Агрохимический датчик 17 зафиксирован между ходовой гайкой 18 и направляющей втулкой 19, которые обеспечивают его перемещение в вертикальной плоскости при вращении ходового винта 16, которое создается электродвигателем 20, установленным на траверсе 14 соосно с ходовым винтом 16.
Устройство работает следующим образом.
По достижении полевым роботом 2 (фиг. 1) заданной на карте точки экспресс-мониторинга включается привод опускания бурильной установки 10 (фиг. 2). Как только бур достигает заданной глубины, привод бурильной установки выключается.
Затем привод бурильной установки 10 включается на реверс и происходит подъем бура. Таким образом, подготавливается контрольная лунка с рыхлой почвой, что позволяет выполнять измерения, не повредив при этом датчик 17.
Для повышения точности измерений в подготовленную лунку автоматически заливается определенное количество воды из емкости 5 (фиг. 1) с помощью гидроаппаратуры 4.
После подъема бурильной установки 10 (фиг. 2) осуществляется поворот револьверной головки 1 (фиг. 1) с помощью электрического мотор-редуктора 3 с установленной на его выходном валу шестерней, которая входит в зацепление с зубчатым венцом основания 8 (фиг. 2) револьверной головки.
После поворота основания 8 на 90 градусов датчик 17 позиционируется точно над подготовленной контрольной лункой, включается электродвигатель 20 и за счет вращения с ходового винта 16 датчик 17 опускается, а его щупы погружаются в лунку и выполняют измерение содержания в почве азота, фосфора, калия, уровня кислотности и других агрохимических характеристик.
Измерение происходит в течение нескольких секунд за счет контакта смеси почвы заданной влажности, обусловленной количеством воды, залитой в лунку, с поверхностью щупов датчика. Перечень измеряемых компонентов и точность экспресс-мониторинга зависит от назначения и модели агрохимического датчика.
После того как измерения выполнены, включается реверс электродвигателя 20, датчик 17 начинает подниматься, щупы извлекаются из почвы. После полного подъема датчика 17 происходит поворот основания 8 револьверной головки на 90 градусов в исходное положение. Затем полевой робот перемещается к следующей точке экспресс-мониторинга и цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение производительности мониторинга характеристик почвы, снижение трудоемкости операций, обеспечение измерений характеристик на заданной глубине, уменьшение габаритов и массы устройства, обеспечение возможности установки на транспортное средство, например, на полевого робота.