一种激光卡尺及其测量树径的方法与流程

本发明涉及测距装置领域，具体为一种激光卡尺及其测量树径的方法。

背景技术：

在林业工作中，经常需要测量树径等数据，现在主要是依靠工作人员使用直尺等工具测量，在大范围的测量中，这种方法效率太低，因此研制方便安装和测量、操作简单、精度高的树径测量装置具有十分重要的意义和研究的价值。

中国专利库中一种树径生长量的自动测量装置(CN201110365933.7)，通过无线网络节点远程监测装置实现实时监测树径的实时生长量和生长状态；包括装置固定模块和测量模块；装置固定模块将测量模块固定于树干上需要测量树径变化量的位置上；测量模块包括带有弹簧的直线位移传感器、测头端滑轮、转向滑轮、导向滑轮、无弹性细钢丝绳、卡头和测头端滑轮与带有弹簧的直线位移传感器的连接部分；无弹性细钢丝绳通过转向滑轮、导向滑轮和测头端滑轮后，无弹性细钢丝绳环抱于需要测量树径的位置上，通过卡头将无弹性细钢丝绳两端卡紧；根据带有弹簧的直线位移传感器的位移量来确定树径生长的变化量。

中国专利库中公开了一种折叠式树径生长量实时精密测量仪(CN201410551262.7)，该装置能够实时精确地测量树木直径，且体积小巧可折叠，方便携带。测量装置包括支架、栅类尺、传感器夹具、微米级位移传感器传感器和信号传输处理电路。装置采用多点定位、三点测量直径的方式，由两个部分组装成夹角为90°至150°间的V型体，结合安装在与V型角的对角线重合处的微位移传感器，实现树径的测量。微米级位移传感器及磁栅尺通过信号传输处理电路与上位机间进行远程数据传输。本发明能够稳定实时地同时测量树径及其微变化量，减少测量误差。该装置采用可折叠式方便携带，而且使用方便并且质量轻体积小，夹具对树干伤害小。

现有的测树径工具存在一些问题，测量不精准、体积大、使用不方便等。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种激光卡尺及其测量树径的方法，将激光卡尺上的可移动激光点对应物体照射，当激光点移动到物体边缘时激光度数超过设定阈值，通过测量激光点在卡尺上的移动量得出物体的厚度，激光卡尺可应用到测量物体的厚度、圆柱体的直径等方面，特别是应用到测量树径方面。

为了实现上述目的，本发明采用以下方案

根据本发明的第一方面，一种激光卡尺，其包括，卡尺支架1、尖端2、竖轨3、横轨4、测距盒5、步进电机6、激光器7、显示屏8、按键区9、水平仪10、电源11、处理器12、数据收发模块13、发电模块14。

所述卡尺支架1下部设置有尖端2，所述卡尺支架1上部外表面设置有显示屏8、按键区9，所述卡尺支架1顶部设置有水平仪10，所述卡尺支架1外部设置有发电模块14，所述卡尺支架1内部设置有电源11、处理器12、信息收发模块13，所述卡尺支架1与竖轨3固定连接，所述竖轨3与横轨4固定连接，所述横轨4与测距盒5滑动连接，所述测距盒5内部设置有步进电机6，所述测距盒5上部设置有激光器7，所述电源11分别与步进电机6、激光器7、显示屏8、按键区9、处理器12、数据收发模块13、发电模块14连接，所述处理器12分别与步进电机6、激光器7、显示屏8、按键区9、数据收发模块13连接，所述数据收发模块13与单独设置的移动终端无线连接。

优选地，所述卡尺支架1的高度为1.0-1.5m。

优选地，所述竖轨3与横轨4连接处设置有固定装置。

优选地，所述按键区9包括电源键、测量键、确定键、调节键。

优选地，所述数据收发模块13为Wi-Fi模块，移动终端作为共享热点，所述数据收发模块13与移动终端通过wifi连接。

优选地，所述数据收发模块13与移动终端采用卫星通信。

优选地，所述发电模块14为太阳能发电装置，依靠太阳光照射发电，为电源11补充电能。

根据本发明的第二方面，一种利用激光卡尺测量树径的方法，包括以下步骤：

(1)将卡尺支架1下部的尖端2插入待测量树附近的地面，根据水平仪10来调节水平一致，卡尺支架1的位置尽量靠近待测量的树；

(2)打开按键区9中的电源键，根据预测的最大树径来设置激光器7的测量阈值，一般情况下设置阈值比最大树径大10cm；

(3)按动按键区9中的测量键，测距盒5在横轨4上水平移动，完成测量树径并将数据显示在显示屏8上；

(4)工作人员确定无误后按动按键区9中的确定键，树径数据通过数据收发模块13上传到移动终端；

(5)工作人员在移动终端上确定后数据自动上传到云端，移动终端数据和云端数据自动同步更新。

优选地，

工作原理

按动按键区9中的测量键，测距盒5在横轨4上移动，激光器7测量距离并将数据上传到处理器12，当激光器7测量的数据大于阈值时，可认定激光器对应树的边缘，处理器12控制步进电机6反转，激光器7反方向水平移动，当激光器7测量的数据再次大于阈值时，可认定激光器对应树的另一边缘，两个边缘之间的距离就是树干横截面的直径，两个边缘之间的距离等于测量值在两个阈值之间的过程中激光器7移动的距离，设定步进电机6的步距角为T，细分倍数为x，电机轴的周长为L，步进电机6的步距角T、细分倍数x、电机轴的周长L都是已知确定的，一个脉冲的线位移等于L÷[(360÷t)×x],处理器12获取到测量过程中步进电机6转动的脉冲数n,由此树的直径的计算公式：d＝n×L÷[(360÷t)×x]。

本发明的有益效果是：该装置结构合理，可靠性高，测量精度高；操作简易方便，测量树径时单人操作，按下测量按键就可自动测量、液晶屏实时显示并自动记录；设备成本低廉，可大范围推广；该装置也可以运用于其他领域的测量工作；测量树径时，数据同时保存在云端，既做了数据备份又方便远端的人员查看；移动终端数据和云端数据自动同步更新，保证数据的一致性和准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明测树径的原理框图。

图1中，1-卡尺支架、2-尖端、3-竖轨、4-横轨、5-测距盒、6-步进电机、7-激光器、8-显示屏、9-按键区、10-水平仪、11-电源、12-处理器、13-数据收发模块、14-发电模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合附图、实施例来对本发明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申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，所述卡尺支架1下部设置有尖端2，所述卡尺支架1上部外表面设置有显示屏8、按键区9，所述卡尺支架1顶部设置有水平仪10，所述卡尺支架1外部设置有发电模块14，所述卡尺支架1内部设置有电源11、处理器12、信息收发模块13，所述卡尺支架1与竖轨3固定连接，所述竖轨3与横轨4固定连接，所述横轨4与测距盒5滑动连接，所述测距盒5内部设置有步进电机6，所述测距盒5上部设置有激光器7，所述电源11分别与步进电机6、激光器7、显示屏8、按键区9、处理器12、数据收发模块13、发电模块14连接，所述处理器12分别与步进电机6、激光器7、显示屏8、按键区9、数据收发模块13连接，所述数据收发模块13与单独设置的移动终端无线连接。

如图2所示，测量树径时，包括若干个测径激光卡尺、移动终端，移动终端可以是手机或平板电脑，一台移动终端可配合多个测径激光卡尺使用，当测径激光卡尺测出数据后，通过无线网络自动上传到移动终端，移动终端进行初步整理后自动上传到云端备份，移动终端数据和云端数据自动同步更新。

实施例1

林区为速生林，预估最大树径为50cm，设置激光器7的阈值为60cm，步进电机6的步距角T为1.8，细分倍数x为1，电机轴的周长L为1.8cm，转动的脉冲数n为5000，树的直径d＝n×L÷[(360÷t)×x]＝45cm。

实施例2

林区为速生林，预估最大树径为50cm，设置激光器7的阈值为60cm，步进电机6的步距角T为0.9，细分倍数x为2，电机轴的周长L为1.8cm，转动的脉冲数n为184000，树的直径d＝n×L÷[(360÷t)×x]＝41.4cm。

实施例3

使用测径激光卡尺测量树径的方法，包括以下步骤：

(1)将卡尺支架1下部的尖端2插入待测量树附近的地面，根据水平仪10来调节水平一致，卡尺支架1的位置尽量靠近待测量的树；

(2)打开按键区9中的电源键，根据预测的最大树径来设置激光器7的测量阈值，一般情况下设置阈值比最大树径大10cm；

(3)按动按键区9中的测量键，测距盒5在横轨4上水平移动，完成测量树径并将数据显示在显示屏8上；

(4)工作人员确定无误后按动按键区9中的确定键，树径数据通过数据收发模块13上传到移动终端；

(5)工作人员在移动终端上确定后数据自动上传到云端，移动终端数据和云端数据自动同步更新。

测树径的工作原理

按动按键区9中的测量键，测距盒5在横轨4上移动，激光器7测量距离并将数据上传到处理器12，当激光器7测量的数据大于阈值时，可认定激光器对应树的边缘，处理器12控制步进电机6反转，激光器7反方向水平移动，同时处理器12开始计时，当激光器7测量的数据再次大于阈值时，可认定激光器对应树的另一边缘，处理器12停止计时，两个边缘之间的距离就是树干横截面的直径，两个边缘之间的距离等于测量值在两个阈值之间的过程中激光器7移动的距离，设定步进电机6的步距角为T，细分倍数为x，电机轴的周长为L，步进电机6的步距角T、细分倍数x、电机轴的周长L都是已知确定的，一个脉冲的线位移等于L÷[(360÷t)×x],处理器12获取到测量过程中步进电机6转动的脉冲数n,由此树的直径的计算公式：d＝n×L÷[(360÷t)×x]。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。