专利名称：一种茎秆挠度的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及农业实验用具领域，具体涉及一种茎杆挠度的测量装置。
背景技术：
茎杆作物的倒伏现象不仅严重影响作物的产量，也影响相关收获机械的作业效果，所以提高作物茎杆的抗倒性是育种工作者追求的重要目标之一。国内外相关学者对作物倒伏性作了大量的研究，取得了许多成果。从力学角度看，倒伏就是茎杆这种特殊的“构件”，在载荷作用下失去工作能力的“失效”现象。显然，从宏观上看，茎杆“倒伏”是一种力学现象，所以，应该用力学理论和方法去分析。目前，主要的评价方法和指标主要有以下几种1、以莖杆“倒伏指数”(lodging index)来评价和研究倒伏:这是目前国内外学农学工作者广泛使用的评价指标。由于原理简单，实验方法容易掌握，在农学工作者的研究中得到广泛应用。但是，这类“倒伏指数”，有好多种，不同种类“倒伏指数”的物理含义并不相同。从力学角度仔细分析这些倒伏指数，大多数“倒伏指数”中各力学量的取值都是依据“横力弯曲”模型进行计算或试验获得的，这种“横力弯曲”的力学模型显然与作物茎杆“纵向受压”的实际情况不符。多数“倒伏指数”计算式中只有力、长度这样的基本物理量，说明“倒伏指数”信息含量少；另外这些基本量在计算式中的组成和配置没有经过严密的力学分析，只是依据一些基本力学原理，凭直观推测放入计算式中(如:计算各种力矩时对力臂的取值不严谨)，故“倒伏指数”涵盖的信息含量少、物理含义不清、缺乏力学理论依据，因此“倒伏指数”这种评价指标不能合理地反映各种因素对茎杆倒伏影响的权重。从严谨的力学角度分析“倒伏指数”存在以下其缺陷(I) “倒伏指数”的版本种类较多，物理含义混乱。违背了“有共同特征的失效现象定有共同的原因的基本概念”。因为，力学中用强度理论对构件建立失效条件的基本方法是:认为具有共同特征的失效现象有共同的原因，但是，“倒伏指数”的版本种类较多，即使是对同一种作物的倒伏，不同的研究者，使用的“倒伏指数”的物理含义也不相同。即“倒伏指数”有多种版本的计算式，不同版本的计算式中所用的物理参数不一致，各参数的含义和获取数据实验方法也不相同。 (2) “倒伏指数”所用的力学模型是“横力弯曲”的力学模型，显然，这与作物茎杆“纵、横受压，纵向载荷为主”的实际情况不符。大多数“倒伏指数”中各量的取值都是依据“横力弯曲”模型进行计算和实验获得的，这种“横力弯曲”的力学模型，显然与作物茎杆的实际受力情况不符。另外，这种“横力弯曲”的力学模型与用材料力学实验机测试茎杆的抗弯强度是相同的，所以，“倒伏指数”中所谓的“茎杆机械强度”与茎杆材料的抗弯强度性质一样的，都只是一种强度指标，只能用来评价弯曲强度的失效问题，而作物茎杆主要是在连续的“纵向载荷”作用下，其发生倒伏的现象是主要是稳定性失效的问题。(3) “倒伏指数”计算式中涵盖的参数少，各参数在计算式中的组成和配置没有经过严密的力学分析，所以，不能全面、合理地反映各基本参数影响茎杆倒伏的权重。多数“倒伏指数”计算式中只有力、长度这样的基本物理量，说明“倒伏指数”信息含量少；另外这些基本量在计算式中的组成和配置没有经过严密的力学分析，只是依据一些基本力学原理，凭直观推测放入计算式中使得“倒伏指数”不能合理地反映各基本量影响茎杆倒伏的权重。2、依靠材料力学性能试验机分析作物茎杆材料的力学性能:这种方法主要是力学工作者使用。通常都是依靠材料力学性能试验机，分段测试测试靠近根部(作物倒伏时，茎杆容易折断或折弯的部位)几个茎节的各项力学性能指标，(抗拉、抗压、抗扭、抗弯、抗剪等各项力学性能指标)，然后通过统计分析来评价和研究这些指标与倒伏的相关性。这种方法有一定的效果，但也存在以下几点问题:(I)材料力学性能试验机只能测得茎杆部分材料的各种强度性能指标，而倒伏是植株整体行为，而且主要是稳定性失效的问题。通过材料力学性能试验机所测得的这些力学性能指标，主要涉及的是茎杆的(拉伸强度、压缩强度、剪切强度、扭转强度、弯曲强度等)各种强度性能指标。而事实上(也有研究表明)，作物茎杆的倒伏是主要是稳定性失效的问题。同时也有强度失效的成分。(2)材料力学性能试验机所只能将茎杆分成小段，逐段则试，而且一般只能测靠近根部的几个茎节，不能以整个活体植株为测试对象。通过材料力学性能试验机来测茎杆的这些力学性能指标，必须除去穗、叶，将茎杆分成小段，逐段则试。由于各种实验机的量程、精度所限，不是每一段都能测，主要测试的只是茎杆靠近根部的几个茎节。然而，作物的倒伏是作物整个植株的整体行为，应与整个植株各部位的性能及整体结构形状够有关，力学理论早已将杆件整体弯曲、垮塌现象归类为稳定性失效的问题。而材料力学性能试验机是不能以整个活体植株为测试对象的。另外，这种方法，需对逐段测得的离散性信息作各种统计分析，才能确定这些指标与倒伏的相关性。这样有可能使得各种信息失真、丢失或扭曲，从而出现判断和评价的误差，甚至做出误判。另外，这种方法要求使用者有一定基础的力学知识和数学知识。(3)材料力学试验机体积庞大，价格昂贵且不能在无电力能源的田间进行现场测试。实验要用材料力学试验机，要较多的时间，研究人员也要具备力学、作物学、数学等多方面的知识技能，难以让多数田间生产操作人员掌握，又由于材料力学试验机价格昂贵且不能在无电力能源的田间进行测试。以上这些都限制了这种方法的应用范围和推广。3、以茎杆的“临界力”为指标来评价和研究倒伏:这种方法和理论只在部分从事基础力学的学者们的研究中采用过(见几种农业工程类刊物)，而在农学家们的研究(见各类作物学报和刊物)中几乎没有被使用。这种方法的主要问题是:(I)这种“临界力”所用力学模型是“理想中心压杆”，与作物茎杆差距太大。
目前评价倒伏的“临界力”是以“理想中心压杆”为茎杆的力学模型，按小挠度理论，用能量法推导出来的。也就是说，此“临界力”是使“理想中心压杆”压杆发生微小弯曲或倾斜的最小纵向压力p&。因为，“理想中心压杆”(也称完善压杆)认为的压杆是无初曲率、没有压力偏心、材料均匀、没有任何缺陷的理想压杆，这与实际作物茎杆的差异较大。所以，用这种理想模型的“临界力”作为评价作物茎杆倒伏的指标，显然不妥。(2) “理想中心压杆”的“临界力”只能用于第一类稳定性的失效问题，又称分支点失稳(bifurcated buckling)的问题，其对应的“临界力”，只有在压杆发生“小挠度”的理想情况下才有意义。显然，作物茎杆倒伏时的“挠度”不可能是“小挠度”，所以，这种“理想中心压杆”的“临界力”不能用于评价作物茎杆的倒伏。(3)这种“理想中心压杆”的“临界力”没有试验和测试方法，只是理论推导得出的结果，所以，这种指标难以被广泛应用。(4)这种“理想中心压杆”的“临界力”多数是用“能量法”推导的表达式中得到的。用“能量法”推导此类“临界力”的表达式时，需要预先假定一条反映作物茎杆形状的“挠曲线”方程。该方程应与茎杆实际弯曲形状越相符，得到结果越准确。而不同作物茎杆生长时的“挠曲线”的形状(方程)是不同的。目前有关“临界力”的研究中，均没有对作物茎杆生长的实际“挠曲线”形状作过研究。所预先假定的“挠曲线”的形状(方程)均没有任何依据，这使得这种所谓“临界力”的可信度下降。
发明内容
本发明目的是提供一种茎杆挠度的测量装置，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。为了解决背景技术中所存在的问题，它包含支架杆，该支架杆的一侧的上面固定有支座，其下面固定有滚轮，所述支架杆的另一侧的底部通过滚柱轴承与电子秤接触，该电子秤的中部开设有上下贯通的通孔，该通孔内插有托盘，所述托盘圆心处向上延伸出天平支座，该天平支座的上端与天平支撑杆的下端固定，所述天平支撑杆的上端与平衡杆的中点铰接，所述的平衡杆的两侧镜像设有下挂的盘，其两侧的端部设有微调螺母，所述支座的上端固定有竖标尺，该竖标尺上分别套有与其滑动配合的上标尺滑块和下标尺滑块，所述上标尺滑块内设有一根与其抽拉配合的上标尺，所述下标尺滑块内设有一根与其抽拉配合的下标尺。所述平衡杆上端的中心位置设有夹持装置。所述上标尺的一端套接有与其滑动配合的上转角盘，该上转角盘内设有一根与其抽拉配合的上探针。所述下标尺的一端套接有与其滑动配合的下转角盘，该下转角盘内设有一根与其抽拉配合的下探针。所述的平衡杆上设有平衡水泡。由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果:结构简单、设计合理、构思巧妙，可对整株活体作物样本进行检测试验，且检测出的结果稳定可靠。
为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中实施例1的操作示意图；图3是本发明中实施例1的内麦9号茎杆的挠曲线变化图；图4是本发明中实施例1的绵杂168茎杆的挠曲线变化图；图5是本发明中实施例1的中川育23茎杆的挠曲线变化图；图6是实施例2中的测量示意图；图7是实施例2中的测量方法示意图；图8是实施例2中的试样图；图9是实施例2中的茎杆内力图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，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。参看图1，本具体实施方式
是采用以下技术方案予以实现，它包含支架杆1，该支架杆I的一侧的上面固定有支座2，其下面固定有滚轮3，所述支架杆I的另一侧的底部通过滚柱轴承4与电子秤5接触，该电子秤5的中部开设有上下贯通的通孔，该通孔内插有托盘6，所述托盘6圆心处向上延伸出天平支座7，该天平支座7的上端与天平支撑杆8的下端固定，所述天平支撑杆8的上端与平衡杆9的中点铰接，所述的平衡杆9的两侧镜像设有下挂的盘10，其两侧的端部设有微调螺母12，所述支座2的上端固定有竖标尺13，该竖标尺13上分别套有与其滑动配合的上标尺滑块14和下标尺滑块15，所述上标尺滑块14内设有一根与其抽拉配合的上标尺16，所述下标尺滑块15内设有一根与其抽拉配合的下标尺17。所述平衡杆9上端的中心位置设有夹持装置11。所述上标尺16的一端套接有与其滑动配合的上转角盘18，该上转角盘18内设有一根与其抽拉配合的上探针19。所述下标尺17的一端套接有与其滑动配合的下转角盘20，该下转角盘内设有一根与其抽拉配合的下探针21。所述的平衡杆9上设有平衡水泡。下面结合说明书附图对本具体实施方式
的工作原理和操作过程作进一步阐述:将采集到的作物保持活体(包括茎、穗、叶、根及部分根部泥土在内)移植到一小容器内，将小容器放置在夹持装置11内并夹紧，通过平衡杆9上的盘10、夹持装置11、微调螺母12和水泡调整好平衡杆9的水平，使其能够更好的模仿作物在田间生长过程中的状态；然后滑动上标尺16和下标尺17并转动或滑动上探针19和下探针21至上探针19或下探针21的针尖指到茎杆某一点，便可读算出该点的坐标的数值，测量时，要先测量O点的坐标，并以此点为原点(0，0)来计算其他各点的相对坐标(ω，χ)，在滑动上标尺16和下标尺17过程中，使上探针19和下探针21可从不同的叶片间隙探到茎杆，以避免测量时碰触叶片，使茎杆摆动不停而影响探测数据。支座2通过滚轮3可带动各标尺可绕竖直轴X转动，这样不论作物茎杆绕X轴线摆动到什么位置，各标尺都可以转到与茎杆挠度曲线共平面的位置，以保证探测到各点的最大挠度及其对应的纵坐标X。实施例1参看图2，以乳熟期内的3个不同品种小麦:绵杂168、内麦9号和川育23为实验样本，各被测品种的平均株高分别为870mm、848mm和778mm。每个品种在米样面积IOmX 20m内进行随机抽样，各取10株，均采集整株小麦，保留根、叶鞘、叶片和麦穗，根部要保留适量的土壤，将整株小麦连同土壤移植于Φ60Χ50(πιπι)的容器30内，土壤应填满容器。测量前，应在泥土上放置压板31，并加5kg重物压5 10分钟，以使各试样根部泥土的紧实度基本相同，可认为各个试样根部具有相同的锚固程度。根据各式样的平均株高，对每个试样，从根部起，沿作物实际茎杆曲线方向量取长I = 600mm，并每隔120mm料做一标记，共5段，从上往下各标记分别计为A、B、C、D、E、0。将作了标记后的活体作物同容器30放在夹持装置11上夹紧；同时用下探针21 配合调整6和夹持装置11，尽量使被测茎杆下端几个茎节保持在竖直线的位置。准备完成后，先测量初始状态时试样各个标记点的(ω，χ)，然后，在茎杆A端悬挂的小袋内加细沙，重物要逐级增加，每次增加2g，待茎杆摆动停止后，探测试样各标记点的坐标(ω，X)，各点探测完后，继续加载再探测，直至试样被压垮。数据处理:以同一品种各试样在相同载荷作用下，同一标记点的横、纵坐标的平均值，作为该
品种茎杆各标记点平均坐标，记为(5Γ，3Γ )，将相同载荷下，同一品种茎杆各标记点的平
均坐标连接起来，所得图线可作为该品种茎杆的“平均挠曲线”。参看图3-5，各图样可直观地反映出各品种茎杆的“挠曲线”随载荷变化的情况，图中所列的公式为平均坐标( Γ,χ )的计算式，式中是载荷为P」时探测到的试样总数。其中内麦9号的试验结果见表I ;绵杂168的试验结果见表2 ;川育23的试验结果见表3。表I内麦9号的试验结果
权利要求
1.一种茎杆挠度的测量装置，其特征在于它包含支架杆，该支架杆的一侧的上面固定有支座，其下面固定有滚轮，所述支架杆的另一侧的底部通过滚柱轴承与电子秤接触，该电子秤的中部开设有上下贯通的通孔，该通孔内插有托盘，所述托盘圆心处向上延伸出天平支座，该天平支座的上端与天平支撑杆的下端固定，所述天平支撑杆的上端与平衡杆的中点铰接，所述的平衡杆的两侧镜像设有下挂的盘，其两侧的端部设有微调螺母，所述支座的上端固定有竖标尺，该竖标尺上分别套有与其滑动配合的上标尺滑块和下标尺滑块，所述上标尺滑块内设有一根与其抽拉配合的上标尺，所述下标尺滑块内设有一根与其抽拉配合的下标尺。
2.根据权利要求1所述的一种茎杆挠度的测量装置，其特征在于所述平衡杆上端的中心位置设有夹持装置。
3.根据权利要求1所述的一种茎杆挠度的测量装置，其特征在于所述上标尺的一端套接有与其滑动配合的上转角盘，该上转角盘内设有一根与其抽拉配合的上探针。
4.根据权利要求1所述的一种茎杆挠度的测量装置，其特征在于所述下标尺的一端套接有与其滑动配合的下转角盘，该下转角盘内设有一根与其抽拉配合的下探针。
5.根据权利要求1所述的一种茎杆挠度的测量装置，其特征在于所述的平衡杆上设有平衡水泡。
全文摘要
本发明公开了一种茎秆挠度的测量装置，它包含支架杆，该支架杆的一侧的上面固定有支座，其下面固定有滚轮，所述支架杆的另一侧的底部通过滚柱轴承与电子秤接触，该电子秤的中部开设有上下贯通的通孔，该通孔内插有托盘，所述托盘圆心处向上延伸出天平支座，该天平支座的上端与天平支撑杆的下端固定，所述天平支撑杆的上端与平衡杆的中点铰接，所述的平衡杆的两侧镜像设有下挂的盘，其两侧的端部设有微调螺母，所述支座的上端固定有竖标尺，该竖标尺上分别套有与其滑动配合的上标尺滑块和下标尺滑块，所述上标尺滑块内设有一根与其抽拉配合的上标尺，所述下标尺滑块内设有一根与其抽拉配合的下标尺。本发明结构简单、设计合理、构思巧妙，可对整株活体作物样本进行检测试验，且检测出的结果稳定可靠。
文档编号G01B5/30GK103206911SQ20131002905
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者吴晓强, 佘跃辉, 杨文钰, 田孟良, 付凤玲, 刘卫国 申请人:四川农业大学