申请/专利权人：河南科技大学

申请日：2017-12-26

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN108253880B

主分类号：G01B7/26

分类号：G01B7/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2018.07.31#实质审查的生效;2018.07.06#公开

摘要：为了解决现有耕深深度测量装置精度不高、抗干扰能力差的问题，本发明提出了一种探针式耕深测量装置、耕深的测量方法、深耕质量的检测方法，包括一端与农机连接的三点悬挂挂接器、一侧与三点悬挂挂接器另一端连接的固定板、可拆卸设置在固定板另一侧的控制系统和防尘罩以及设置在防尘罩内部的多根用于测量旋耕机耕深的探针，其中，所述的控制系统用于控制探针对耕后地表下的旋耕机耕深深度进行测量。本发明通过探针向旋耕机深耕过的地面进行耕深测量，采用磁致伸缩位移传感器与压力传感器配合，确定滑动杆的深入距离，确定耕深深度。本发明具有测量精度高，劳动强度低以及抗干扰能力强的优点。

主权项：1.一种探针式耕深测量装置，包括一端与农机连接的三点悬挂挂接器（4）、一侧与三点悬挂挂接器（4）另一端连接的固定板（5）、可拆卸设置在固定板（5）另一侧的控制系统（1）和防尘罩（2）以及设置在防尘罩（2）内部的多根用于测量旋耕机耕深的探针（3），其中，所述的控制系统（1）用于控制探针（3）对耕后地表下的旋耕机耕深深度进行测量，其特征在于：所述的探针（3）包括设置在固定板（5）上的电机导向滑道（3010）、与电机导向滑道（3010）配合使用的滑块（302）、设置在滑块（302）上的步进电机（303）、一端与步进电机（303）输出轴连接的丝杠（304）、一端与丝杠（304）另一端连接的止推轴承（305）、止推轴承（305）另一端设置的滑动杆（306）、滑动杆（306）上设置的滚珠导向座（307）、设置在步进电机（303）和止推轴承（305）之间的内螺纹导向座（308）、设置在止推轴承（305）和滑动杆（306）之间的压力传感器（309）以及用于根据压力传感器（309）采集的滑动杆（306）端部的压力变化通过控制系统（1）对步进电机（303）沿电机导向滑道（3010）向旋耕机耕深深度方向运动的距离进行计算的测距装置（301）；当滑动杆（306）接触地面浮土时，在压力传感器（309）的数值从零变为一个较小的压力数值，控制电路板（102）记录此时的第一距离值作为基准；其中，所述的步进电机（303）输出轴、丝杠（304）、止推轴承（305）、滑动杆（306）均同轴设置；其中，所述的滚珠导向座（307）和内螺纹导向座（308）可拆卸的设置在固定板（5）上；其中，所述的多根探针（3）的轴线形成的平面与固定板（5）平行；所述的测距装置（301）包括设置在滑块（302）上的能够随滑块（302）运动的磁致伸缩位移传感器（3011）和设置在电机导向滑道（3010）上的导向块（3012）；其中，所述的导向块（3012）上设置有与磁致伸缩位移传感器（3011）用于测量距离的测量杆同轴的通孔；所述的滚珠导向座（307）靠近地面的一侧设置有用于防止泥土进入滚珠导向座（307）的清洁装置（30A）；该清洁装置（30A）包括设置在包括尖帽形外壳（30A1）、同轴设置在尖帽形外壳（30A1）内部的密封圈（30A2）；其中，所述的尖帽形外壳（30A1）的尖端向地面方向且该尖帽形外壳（30A1）的中部设置有通过滑动杆（306）的过孔；所述的密封圈（30A2）靠近滚珠导向座（307）设置。

全文数据：探针式耕深测量装置、耕深的测量方法、深耕质量的检测方法技术领域[0001]本发明涉及农业机械领域，具体地说是涉及一种探针式耕深测量装置、耕深的测量方法、深耕质量的检测方法。背景技术[0002]在现代农业中，耕深作为衡量土壤耕整作业质量的一项重要指标，对土壤耕整效果有极大地影响。在耕作机械进行耕作时，由于土壤阻力的不同，以及耕作机械自身动力输出的不稳定性，导致耕深不一致，从而导致作业质量不能达到预期农艺要求。[0003]传统耕深检测装置是采用人工对耕后土层进行采样的方式，通过测量土层断面硬土层到土壤表面的距离来获得耕深。这种方式不仅劳动强度大，而且测得的数据误差大。此夕卜，在现有技术中有采用角度传感器计算耕深，如专利申请CN103134457公开的技术方案，该技术缺点在于无法解决耕后土壤表面不平对测量结果的影响;还有一种采用超声波测距的方式计算耕深，该技术对地面杂草和作物茎秆非常敏感，测量结果误差较大;另一种采用激光测量耕深的方式，该技术无法避免地面积水和秸秆等对测量结果的影响。[0004]一种测量精度高、劳动强度低以及抗千扰能力强的耕深测量装置亟待研发。发明内容[0005]为了解决现有耕深深度测量装置精度不高、抗干扰能力差的问题，本发明提出了一种探针式耕深测量装置、耕深的测量方法、深耕质量的检测方法。[0006]所述的一种探针式耕深测量装置，包括一端与农机连接的三点悬挂挂接器、一侧与三点悬挂挂接器另一端连接的固定板、可拆卸设置在固定板另一侧的控制系统和防尘罩以及设置在防尘罩内部的多根用于测量旋耕机耕深的探针，其中，所述的控制系统用于控制探针对耕后地表下的旋耕机耕深深度进行测量，其特征在于:所述的探针包括设置在固定板上的电机导向滑道、与电机导向滑道配合使用的滑块、设置在滑块上的步进电机、一端与步进电机输出轴连接的丝杠、一端与丝杠另一端连接的止推轴承、止推轴承另一端设置的滑动杆、滑动杆上设置的滚珠导向座、设置在步进电机和止推轴承之间的内螺纹导向座、设置在止推轴承和滑动杆之间的压力传感器以及用于根据压力传感器采集的滑动杆端部的压力变化通过控制系统对步进电机沿导向滑道向旋耕机耕深深度方向运动的距离进行计算的测距装置；[0007]其中，所述的步进电机输出轴、丝杠、止推轴承、滑动杆均同轴设置；[0008]其中，所述的滚珠导向座和内螺纹导向座可拆卸的设置在固定板上；[0009]其中，所述的多根探针的轴线形成的平面与固定板平行。[0010]进一步的，所述的测距装置包括设置在滑块上的能够随滑块运动的磁致伸缩位移传感器和设置在电机导向滑道上的导向块;其中，所述的导向块上设置有与磁致伸缩位移传感器用于测量距离的测量杆同轴的通孔。[0011]进一步的，所述的滚珠导向座靠近地面的一侧设置有用于防止泥土进入滚珠导向座的清洁装置;该清洁装置包括设置在包括尖帽形外壳、同轴设置在尖帽形外壳内部的密封圈；其中，所述的尖帽形外壳的尖端向地面方向且该尖帽形外壳的中部设置有通过滑动杆的过孔;所述的密封圈靠近滚珠导向座设置。[0012]进一步的，所述的控制系统包括箱体和设置在箱体的内的控制电路板;该控制电路板电连接压力传感器、步进电机以及测距装置中的磁致伸缩位移传感器;所述的箱体可拆卸的设置在固定板上。[0013]进一步的，所述的探针的数量为五根。[0014]一种针对旋耕机耕深的测量方法，所述的固定板与旋耕机的前进方向平行;设置在固定板上的多根探针均在各自的步进电机的驱动下，对一段耕深深度同时进行测量;滑动杆在接触地面时，由于此时滑动杆接触的为浮土则控制系统中的控制电路板采集的压力传感器数值从零变为一个较小的压力数值；由于测距装置中的磁致伸缩位移传感器随步进电机一起运动，在压力传感器的数值从零变为一个较小的压力数值时，控制电路板记录此时的第一距离值作为基准；多根探针中的滑动杆均同时向下运动，如果任一压力传感器回传的压力信息超过设定的压力阈值，则认为该探针已经穿过浮土接触实地，控制电路板控制步进电机反转的同时，控制电路板记录此时的磁致伸缩位移传感器发回的第二距离值并由控制电路板将多根探针各自的第二距离值与第一距离值做差值，得到对应多根探针的多个距离绝对值;再由控制电路板对该多个距离绝对值进行平均值计算，得出该段旋耕机耕深深度。[0015]一种针对旋耕机深耕质量的检测方法，所述的固定板与旋耕机的前进方向垂直；设置在固定板上的多根探针均在各自的步进电机的驱动下，对同一处耕深质量进行测量•，滑动杆在接触地面时，由于此时滑动杆接触的为浮土则控制系统中的控制电路板采集的压力传感器数值从零变为一个较小的压力数值；由于测距装置中的磁致伸缩位移传感器随步进电机一起运动，在压力传感器的数值从零变为一个较小的压力数值时，控制电路板记录此时的第一距离值作为基准；多根探针中的滑动杆均同时向下运动，如果任一压力传感器回传的压力信息超过设定的压力阈值，则认为该探针己经穿过浮土接触实地，控制电路板控制步进电机反转的同时，控制电路板记录此时的磁致伸缩位移传感器发回的第二距离值并由控制电路板将多根探针各自的第二距离值与第一距离值做差值，得到对应多根探针的多个距离绝对值;再由控制电路板对该多个距离绝对值进行处理，得出该处旋耕机深耕时的耕深形状数据。[0016]本发明所带来的有益效果为:本发明通过探针向旋耕机深耕过的地面进行耕深测量，采用磁致伸缩位移传感器与压力传感器配合，确定滑动杆的深入距离，确定耕深深度。同样的，采用多根探针中的滑动杆深入距离可以明确旋耕机的耕深形状数据，方便对耕深质量进行评估。本发明具有测量精度高，劳动强度低以及抗干扰能力强的优点。附图说明[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018]图1为本友明的结构示意图。[0019]图2为探针的结构示意图。[0020]图3为清洁装置结构示意图。具体实施方式[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0022]如图1〜3所示，一种探针式耕深测量装置，包括一端与农机连接的三点悬挂挂接器4、一侧与三点悬挂挂接器4另一端连接的固定板5、可拆卸设置在固定板5另一侧的控制系统1和防尘罩2以及设置在防尘罩2内部的多根用于测量旋耕机耕深的探针3,其中，所述的控制系统1用于控制探针3对耕后地表下的旋耕机耕深深度进行测量，其特征在于:所述的探针3包括设置在固定板5上的电机导向滑道3010、与电机导向滑道3010配合使用的滑块302、设置在滑块3〇2上的步进电机303、一端与步进电机303输出轴连接的丝杠304、一端与丝杠304另一端连接的止推轴承305、止推轴承305另一端设置的滑动杆306、滑动杆306上设置的滚珠导向座307、设置在步进电机303和止推轴承305之间的内螺纹导向座308、设置在止推轴承305和滑动杆306之间的压力传感器309以及用于根据压力传感器309采集的滑动杆306端部的压力变化通过控制系统1对步进电机303沿导向滑道301向旋耕机耕深深度方向运动的距离进行计算的测距装置301;[0023]其中，所述的步进电机303输出轴、丝杠304、止推轴承305、滑动杆306均同轴设置；[0024]其中，所述的滚珠导向座307和内螺纹导向座308可拆卸的设置在固定板5上；[0025]其中，所述的多根探针3的轴线形成的平面与固定板5平行。[0026]进一步的，所述的测距装置301包括设置在滑块302上的能够随滑块302运动的磁致伸缩位移传感器3011和设置在电机导向滑道3010上的导向块3012;其中，所述的导向块3012上设置有与磁致伸缩位移传感器3011用于测量距离的测量杆同轴的通孔。[0027]进一步的，所述的滚珠导向座307靠近地面的一侧设置有用于防止泥土进入滚珠导向座307的清洁装置30A;该清洁装置30A包括设置在包括尖帽形外壳30A1、同轴设置在尖帽形外壳30A1内部的密封圈30A2;其中，所述的尖帽形外壳30A1的尖端向地面方向且该尖帽形外壳30A1的中部设置有通过滑动杆306的过孔;所述的密封圈30A2靠近滚珠导向座307设置。[0028]进一步的，所述的控制系统1包括箱体101和设置在箱体的内的控制电路板1〇2;该控制电路板102电连接压力传感器309、步进电机3〇3以及测距装置3〇1中的磁致伸缩位移传感器3011;所述的箱体101可拆卸的设置在固定板5上。[0029]优选的，所述的探针3的数量为五根。[0030]一种针对旋耕机耕深的测量方法，其技术方案在于:所述的固定板5与旋耕机的前进方向平行;设置在固定板5上的多根探针3均在各自的步进电机3〇3的驱动下，对一段耕深深度同时进行测量;滑动杆306在接触地面时，由于此时滑动杆3〇6接触的为浮土则控制系统1中的控制电路板102采集的压力传感器3〇9数值从零变为一个较小的压力数值；由于测距装置301中的磁致伸缩位移传感器3011随步进电机303—起运动，在压力传感器309的数值从零变为一个较小的压力数值时，控制电路板102记录此时的第一距离值作为基准;多根探针3中的滑动杆3〇6均同时向下运动，如果任一压力传感器309回传的压力信息超过设定的压力阈值，则认为该探针3已经穿过浮土接触实地，控制电路板102控制步进电机303反转的同时，控制电路板102记录此时的磁致伸缩位移传感器3011发回的第二距离值并由控制电路板102将多根探针3各自的第二距离值与第一距离值做差值，得到对应多根探针3的多个距离绝对值;再由控制电路板102对该多个距离绝对值进行平均值计算，得出该段旋耕机耕深深度。[0031]本发明工作时，如图1，本发明通过三点悬挂挂接器4与耕作装置连接如旋耕机。该耕作装置工作时，本发明处于抬升的不工作状态。当需要测量耕深时，需要将耕作装置停机，以方便耕深测量。测量时，由控制系统1中的控制电路板102驱动步进电机303正转，步进电机303带动探针3的止推轴承305以上的部分转动，通过内螺纹导向座308和丝杠304配合推动滑动杆306向下运动。与此同时，步进电机303上固连的磁致伸缩位移传感器3011—端跟随步进电机303同步运动。滑动杆306继续下降，当滑动杆306底部触碰到浮土时，位于止推轴承305下方的压力传感器309将压力信号输出，记录为第一距离Spi;当压力超过一定压力阈值，控制电路板102记录第二距离SP2,同时步进电机3〇3反转，将探针3提升至初始高度，此时完成一次耕深测量的数据采集。由计算机对数据进行分析，计算出探针绝对位移与压力变化曲线，耕深计算公式为:H=Sp2_Spl;其中，H表示耕深。[0032]以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种探针式耕深测量装置，包括一端与农机连接的三点悬挂挂接器4、一侧与三点悬挂挂接器4另一端连接的固定板5、可拆卸设置在固定板5另一侧的控制系统（1和防尘罩2以及设置在防尘罩2内部的多根用于测量旋耕机耕深的探针3，其中，所述的控制系统（1用于控制探针3对耕后地表下的旋耕机耕深深度进行测量，其特征在于:所述的探针3包括设置在固定板5上的电机导向滑道3010、与电机导向滑道3010配合使用的滑块3〇2、设置在滑块302上的步进电机30¾、一端与步进电机303输出轴连接的丝杠（304、一端与丝杠304另一端连接的止推轴承（305、止推轴承305另一端设置的滑动杆306、滑动杆306上设置的滚珠导向座307、设置在步进电机303和止推轴承305之间的内螺纹导向座C308、设置在止推轴承305和滑动杆306之间的压力传感器3〇9以及用于根据压力传感器3〇9采集的滑动杆306端部的压力变化通过控制系统（1对步进电机303沿电机导向滑道3010向旋耕机耕深深度方向运动的距离进行计算的测距装置301;其中，所述的步进电机303输出轴、丝杠304、止推轴承305、滑动杆306均同轴设置；其中，所述的滚珠导向座307和内螺纹导向座308可拆卸的设置在固定板5上；其中，所述的多根探针3的轴线形成的平面与固定板5平行。2.根据权利要求1所述的一种探针式耕深测量装置，其特征在于：所述的测距装置301包括设置在滑块302上的能够随滑块302运动的磁致伸缩位移传感器3011和设置在电机导向滑道3〇1〇上的导向块3012;其中，所述的导向块3012上设置有与磁致伸缩位移传感器3011用于测量距离的测量杆同轴的通孔。3.根据权利要求1所述的一种探针式耕深测量装置，其特征在于:所述的滚珠导向座307靠近地面的一侧设置有用于防止泥土进入滚珠导向座307的清洁装置30A;该清洁装置30A包括设置在包括尖帽形外壳30A1、同轴设置在尖帽形外壳30A1内部的密封圈（30A2;其中，所述的尖帽形外壳30A1的尖端向地面方向且该尖帽形外壳30A1的中部设置有通过滑动杆306的过孔;所述的密封圈（30A2靠近滚珠导向座307设置。4.根据权利要求1所述的一种探针式耕深测量装置，其特征在于:所述的控制系统（1包括箱体（101和设置在箱体的内的控制电路板（102;该控制电路板102电连接压力传感器309、步进电机303以及测距装置301中的磁致伸缩位移传感器3011;所述的箱体101可拆卸的设置在固定板5上。5.根据权利要求1所述的一种探针式耕深测量装置，其特征在于:所述的探针3的数量为五根。6.—种使用权利要求1所述的探针式耕深测量装置对旋耕机耕深的测量方法，其特征在于:所述的固定板5与旋耕机的前进方向平行;设置在固定板5上的多根探针3均在各自的步进电机303的驱动下，对一段耕深深度同时进行测量;滑动杆306在接触地面时，由于此时滑动杆306接触的为浮土则控制系统（1中的控制电路板（102采集的压力传感器309数值从零变为一个较小的压力数值；由于测距装置301中的磁致伸缩位移传感器3011随步进电机303—起运动，在压力传感器309的数值从零变为一个较小的压力数值时，控制电路板（102记录此时的第一距离值作为基准；多根探针（3中的滑动杆306均同时向下运动，如果任一压力传感器309回传的压力信息超过设定的压力阈值，则认为该探针3已经穿过浮土接触实地，控制电路板（102控制步进电机303反转的同时，控制电路板102记录此时的磁致伸缩位移传感器3011发回的第二距离值并由控制电路板（102将多根探针3各自的第二距离值与第一距离值做差值，得到对应多根探针3的多个距离绝对值;再由控制电路板102对该多个距离绝对值进行平均值计算，得出该段旋耕机耕深深度。7.—种使用权利要求1所述的探针式耕深测量装置对旋耕机深耕质量的检测方法，其特征在于:所述的固定板5与旋耕机的前进方向垂直;设置在固定板5上的多根探针3均在各自的步进电机303的驱动下，对同一处耕深质量进行测量;滑动杆306在接触地面时，由于此时滑动杆306接触的为浮土则控制系统（1中的控制电路板（102采集的压力传感器309数值从零变为一个较小的压力数值；由于测距装置301中的磁致伸缩位移传感器3011随步进电机303—起运动，在压力传感器3〇9的数值从零变为一个较小的压力数值时，控制电路板（102记录此时的第一距离值作为基准；多根探针3中的滑动杆306均同时向下运动，如果任一压力传感器309回传的压力信息超过设定的压力阈值，则认为该探针（3已经穿过浮土接触实地，控制电路板（1〇2控制步进电机303反转的同时，控制电路板（102记录此时的磁致伸缩位移传感器3〇11发回的第二距离值并由控制电路板（102将多根探针（3各自的第二距离值与第一距离值做差值，得到对应多根探针3的多个距离绝对值;再由控制电路板（102对该多个距离绝对值进行处理，得出该处旋耕机深耕时的耕深形状数据。

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