[发明专利]一种水田壤力学参数测量设备

权利要求书

1.一种水田壤力学参数测量设备，包括支撑框架、垂直主动载荷加载部分、扭矩加载及测量元件部分、控制柜、机器视觉系统、杆件与可更换的接触探头部分；其中所述支撑框架包括仪器支撑所使用构成三脚架形结构的支撑铝型材、支腿铝型材，安装固定于三脚架结构之上的丝杆千斤顶、垂直水平面安装的光杆，所述支撑框架与所述水田壤力学参数测量设备的各部分通过各种连接件产生约束；所述垂直主动载荷加载部分通过载荷与支架固定螺栓固定在支撑框架上方，为部分实验提供下降的主动载荷；所述扭矩加载及测量元件部分装配在所述支撑框架内部的光杆上，通过三组共九只线性轴承与光杆发生约束，并能够沿光杆上下滑移；所述杆件与可更换的接触探头部分通过扭矩传感器下连接法兰与其上端的扭矩加载及测量元件部分连接，所述杆件与可更换的接触探头部分末端的探头在各种载荷的作用下，直接与水田壤接触作用；所述控制柜直接固定在支撑框架侧面，内部有集成电路板、单片机、存储卡、无线信号发射装置和移动设备如笔记本、手机通信的端口，是仪器的控制中心；所述机器视觉系统包括可见光摄像头、红外高光谱摄像头、红外信号发生器、集成电路板，并固定在控制柜底部。

2.根据权利要求1所述的水田壤力学参数测量设备，其特征在于，所述支撑框架主体为三脚架形结构，支撑受力的三脚架结构由垂直支撑杆、斜支撑杆、铰链、支撑框架上固定板、支撑框架下固定板组成连接固定；支撑框架上固定板与支撑框架下固定板之间垂直固定垂直支撑杆，形成整体的框架结构；内部还装配有三根光杆组成作为所述扭矩加载及测量元件部分上下滑移的轨道。

3.根据权利要求1所述的水田壤力学参数测量设备，其特征在于，所述扭矩加载及测量元件部分包括步进电机、行星齿轮箱、S形拉压传感器、扭矩传感器、旋转增量编码器、红外测距传感器、一块钢质的扭矩加载上固定板以及铝合金质扭矩加载中固定板、扭矩加载下固定板、三根限位支撑杆组成的框架用于固定连接所述电子器件，其中所述钢质的扭矩加载上固定板用于与电磁铁产生磁力约束，另外三组共九枚线性轴承安装于三块板件上用于保证扭矩加载及测量元件组部分在所述支撑框架上的光杆上能够自由滑动。

4.根据权利要求1所述的水田壤力学参数测量设备，其特征在于，所述杆件与可更换的接触探头包括扭矩传感器下连接法兰、两端带外螺纹的光杆、用于加载砝码静止载荷的固定挡圈、连接杆末端的可拆卸法兰、以及通过螺纹固定在杆件尾端用于与水田壤接触作用的探头，所述探头包括不同尺寸的压板、剪切块，通过探头与水田壤相互作用采集试验数据。

5.根据权利要求1所述的水田壤力学参数测量设备，其特征在于，控制柜内各单片机、电信号采集组接受由S型拉压传感器、旋转增量编码器、扭矩传感器、红外测距传感器采集的试验数据，并通过i2c通讯协议实现相互间通讯、并通过串口通讯技术将采集到的数据发送至人机交互界面所连接的微型计算机，形成控制单元间的互联网，进行模型的建立、参数的计算，而后通过所述交互界面发送至用户；所述控制柜内装备有通讯模块，可通过运营商网络将数据直接回传至实验室电脑主机中进行备份，同时大大减少数据采集周转周期；另一方面，设备自身带有数据存储空间，保证了数据的安全性；控制柜中亦设有电流传感器、保险丝，一方面作为电路的短路保护，保障了仪器使用的安全性、另一方面所测电流数值可用于进一步探究仪器电路功耗性能，作为研发机器的数据储备。

6.根据权利要求1所述的水田壤力学参数测量设备，其特征在于，所述机器视觉系统工作时能由红外光谱信息准确的测量所测水田壤的含水率，并通过获取水田壤表面的空间结构、建立水田壤表面的扫描点云图、数据回传至云端电脑保存、以用于探究水田壤表面结构与力学模型之间的普遍联系。

7.根据权利要求3所述的水田壤力学参数测量设备，其特征在于，所述S型拉压传感器直接作为上下部分的连接件，同时定位线性轴承保证了压力能够完全作用在传感器之上的同时，扭矩尽可能小的作用于S型拉压传感器，确保了数据的准确性。