[发明专利]一种原位土壤参数测量仪及测量方法

说明书

本发明公开了一种原位土壤参数测量仪及测量方法，包括圆锥、与圆锥连接的圆柱连接杆、安装在圆柱连接杆上端的拉压力传感器、与拉压力传感器上端连接的操作把手及安装在圆锥内部的薄片式压力传感器，安装在操作把手上端的采集系统以及安装在操作把手上的激光位移传感器；所述拉压力传感器、薄片式压力传感器和激光位移传感器均与所述采集系统电连。可以在田间精确快速获取耕层土壤坚实度及外摩擦角随测量深度的变化数据，在不破坏土壤原有结构的情况下，能够获取田间的真实土壤坚实度和外摩擦角数据。

技术领域

本发明涉及土壤参数测量技术领域，具体涉及一种原位土壤参数测量仪及测量方法。

背景技术

土壤物理机械特性参数影响农业机械尤其是触土部件的作业效果，由于不同类型土壤的物理机械特性参数存在较大差异，其作业过程中的流动特性与土壤坚实度、含水率及土壤外摩擦角等参数密切相关。为快速调整机具作业参数以适应不同土壤坚实度、土壤外摩擦角等田间土壤工况，需要准确快速获取土壤耕层范围内不同高度的土壤坚实度和外摩擦角参数。目前，通过室内试验及田间试验可获得土壤物理机械特性参数值，但室内试验过程中采集的土壤样本会影响土壤内部结构，造成试验结果与田间参数存在一定差异，而现有田间试验装置较复杂，难以准确快捷获取数据。圆锥装置如土壤坚实度仪等，是田间试验最常用及简便的试验装置，可快速获得土壤坚实度，但功能有限，不能测量其它土壤物理机械特性参数。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种实现土壤耕层范围内不同深度土壤坚实度和外摩擦角的原位土壤参数测量仪及测量方法。

为实现上述目的，本发明所设计的原位土壤参数测量仪，包括圆锥、与圆锥连接的圆柱连接杆、安装在圆柱连接杆上端的拉压力传感器、与拉压力传感器上端连接的操作把手及安装在圆锥内部的薄片式压力传感器，安装在操作把手上端的采集系统以及安装在操作把手上的激光位移传感器；所述拉压力传感器、薄片式压力传感器和激光位移传感器均与所述采集系统电连。

进一步地，所述采集系统包括STM32F407单片机、电源模块、电源转换模块、LCD显示屏、SD存储卡、拉压力传感器变送器及薄片式压力传感器转换电路，所述拉压力传感器的拉压力信号通过拉压力传感器变送器输送至STM32F407单片机，所述薄片式压力传感器将压力信号通过薄片式压力传感器转换电路输送至STM32F407单片机，所述激光位移传感器将位移信号输送至STM32F407单片机，所述电源模块均给拉压力传感器、薄片式传感器及激光位移传感器供电，所述电源模块通过所述电源模块给STM32F407单片机供电。

进一步地，所述圆锥和圆柱连接杆均为中空结构且圆锥和圆柱连接杆均由完全对称的两半段拼接组成，所述薄片式压力传感器安装在圆锥内部。

还提供一种如上述所述原位土壤参数测量仪的测量方法，其特征在于：所述测量方法如下：

1)测量人员选好测量点，将原位土壤参数测量仪竖直放置，圆锥自然接触地表，测量过程中，操作人员两手握住操作把手两端，使圆锥垂直地表均匀入土，采集系统根据各传感器测得数据实时更新采集数据，在LCD显示屏上显示并同步将数据存储在SD存储卡中，待达到测量耕深后，结束该测量点的数据测量；

2)进行下一个测量点的数据测量前进行数字复位，再重复步骤1)操作继续开展测量，直至所有测量点均测量完成后。

进一步地，所述原位土壤参数测量仪组装完成后进行标定，标定的具体过程为：

1)按照原位土壤参数测量仪和螺旋侧摇推拉力计所需额定电压供电，调整原位土壤参数测量仪和螺旋侧摇推拉力处于工作状态；

2)将两个圆锥夹持支撑分别安装在圆锥外部，安装时使圆锥夹持支撑的夹持平面部分与薄片式压力传感器平面平行；

3)将带有圆锥夹持支撑的原位土壤测量仪安装在螺旋侧摇推拉力计上，螺旋侧摇推拉力计的夹持部位与圆锥夹持支撑的夹持面接触；