一种地表秸秆厚度检测方法及检测仪器

1.本发明属于农业机械技术领域，具体为一种地表秸秆厚度检测方法及检测仪器。


背景技术：

2.秸秆覆盖是保护性耕作的重要特征之一，近年来，随着保护性耕作模式的大量推广应用，出现了大量的免耕播种机械。切断地表覆盖的秸秆是免耕播种机的首道作业工序，但是目前的作业情况是：无论针对多么厚的秸秆覆盖层，免耕播种机上的破茬装置都采用恒定的下压力，整机都以恒定的前进速率作业，如果能够针对不同的秸秆覆盖厚度，调整免耕播种机上破茬装置的下压力与整机的作业速率，则会起到节能降耗以及提高作业质量的效果。作为研发免耕播种机破茬装置的上游技术，我们提出了一种地表秸秆厚度检测方法及检测仪器。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种地表秸秆厚度检测方法及检测仪器。该仪器可以搭载在免耕播种机的前端使用，起到实时检测地表秸秆覆盖厚度的效果。本发明提供如下技术方案：一种地表秸秆厚度检测方法，应该使用地表秸秆厚度检测仪器进行检测，地表秸秆厚度检测仪器包含位姿传感模块、探针组件、轮缘、轴碗、电导率传感模块、轴碗端盖、紧固螺栓；位姿传感模块固接于探针组件上，探针组件的中段镶嵌在轮缘的探针组件镶嵌孔内，探针组件的末端固接于轴碗的探针组件定位孔内，探针组件在轴碗内的末端部分固接有电导率传感模块，2只轴碗端盖分别通过4只紧固螺栓固接于轴碗的端部；
4.检测方法步骤如下：
5.当探针组件与土壤接触时，电导率传感模块检测到的实时电导率值会处于设定的阈值范围内，此时位姿传感模块会记录探针组件与竖直向下方向的夹角。
6.优选地，地表秸秆厚度由下述公式得出：
7.h＝l
×
cosθ-d，
8.其中，h为地表秸秆的厚度，l为安装轴的轴心线到探针组件上入土尖端的距离，θ为当探针组件刚与土壤接触时，位姿传感模块记录的探针组件与竖直向下方向的夹角，d为轮缘的半径。
9.优选地，所述探针组件为奥氏体不锈钢材质，每个探针组件包含4根探针，4根探针呈20mm
×
40mm的矩形排列，每根探针包含入土尖端，探针主体和轴碗固定孔。
10.优选地，所述轮缘由内壁、探针组件镶嵌孔和轮缘主体组成，轮缘主体为环氧树脂材质，探针组件镶嵌孔为8只在轮缘主体上打通的直径为8mm的通孔。
11.优选地，所述轴碗为环氧树脂材质，轴碗包含轴碗主体、探针组件定位孔、轴碗端盖固定孔和探针固定孔组成，探针组件定位孔和探针固定孔均为通孔。
12.优选地，所述轴碗端盖包含螺栓安装通孔和安装轴。
13.与现有技术相比，本发明提供了一种地表秸秆厚度检测方法及检测仪器，具备以
下有益效果：
14.1、本发明能够实时检测地表秸秆的覆盖厚度，在地表秸秆厚度检测仪器作业一周的过程中，可以提供2个秸秆覆盖厚度值。本发明的检测范围可以精确到作业点，而不是针对某一地区秸秆覆盖量的大致统计和粗略估计。此外，本发明还具有检测结果精确的优势，其检测结果可以精确到毫米级别。
15.2、本发明在实际作业过程中，探针组件会先与玉米秸秆接触，然后探针组件会与土壤接触，探针组件的末端连接有电导率传感模块，基于秸秆与土壤的电导率有巨大差异的特点，当探针组件位于秸秆层的时候，电导率传感模块会检测到在一定范围内波动的电导率值，当探针组件与土壤接触的瞬间，电导率传感模块检测到的电导率值会发生阶跃突变，故本发明可以立即感知出秸秆-土壤交界面的位置，因此本发明具有响应迅速的优势。
附图说明
16.图1为本发明的局部爆炸三维结构示意图；
17.图2为本发明的探针组件的三维结构示意图；
18.图3为本发明的轮缘的三维结构示意图；
19.图4为本发明的轴碗的三维结构示意图；
20.图5为本发明的轴碗端盖的三维结构示意图；
21.图6为本发明的工作状态示意图；
22.图7为本发明的检测原理流程框图；
23.图中：1、位姿传感模块；2、探针组件；3、轮缘；4、轴碗；5、电导率传感模块；6、轴碗端盖；7、紧固螺栓；21、入土尖端；22、探针主体；23、轴碗固定孔；31、内壁；32、探针组件镶嵌孔；33、轮缘主体；41、轴碗主体；42、探针组件定位孔；43、轴碗端盖固定孔；44、探针固定孔；61、螺栓安装通孔；62、安装轴。
具体实施方式
24.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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
25.请参阅附图1-7。将本发明中的安装轴62安装于承托其的免耕播种机的特设机构上，本发明的一种地表秸秆厚度检测仪器即可在免耕播种机的推动下滚动。如附图6所示时刻，探针组件2刚好穿透秸秆覆盖层，而后与土壤接触，在这个过程中，电导率传感模块5检测到的电导率值由秸秆的电导率变化为土壤的电导率，此时，位姿传感模块1将记录探针组件2与竖直向下方向的夹角θ。对于本发明的一种地表秸秆厚度检测仪器，轮缘3的半径d、以及安装轴62的轴心线到探针组件2上入土尖端21的距离l是已知的，通过公式
26.h＝l
×
cosθ-d，
27.可实时得到地表秸秆的厚度，其中，h为地表秸秆的厚度。
28.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种地表秸秆厚度检测方法，其特征在于：应该使用地表秸秆厚度检测仪器进行检测，地表秸秆厚度检测仪器包含位姿传感模块(1)、探针组件(2)、轮缘(3)、轴碗(4)、电导率传感模块(5)、轴碗端盖(6)、紧固螺栓(7)；位姿传感模块(1)固接于探针组件(2)上，探针组件(2)的中段镶嵌在轮缘(3)的探针组件镶嵌孔(32)内，探针组件(2)的末端固接于轴碗(4)的探针组件定位孔(42)内，探针组件(2)在轴碗(4)内的末端部分固接有电导率传感模块(5)，2只轴碗端盖(6)分别通过4只紧固螺栓(7)固接于轴碗(4)的端部；检测方法步骤如下：当探针组件(2)与土壤接触时，电导率传感模块(5)检测到的实时电导率值会处于设定的阈值范围内，此时位姿传感模块(1)会记录探针组件(2)与竖直向下方向的夹角。2.根据权利要求1所述的一种地表秸秆厚度检测方法，其特征在于：地表秸秆厚度由下述公式得出：h＝l
×
cosθ-d，其中，h为地表秸秆的厚度，l为安装轴(62)的轴心线到探针组件(2)上入土尖端(21)的距离，θ为当探针组件(2)刚与土壤接触时，位姿传感模块(1)记录的探针组件(2)与竖直向下方向的夹角，d为轮缘(3)的半径。3.一种地表秸秆厚度检测仪器，其特征在于：包含位姿传感模块(1)、探针组件(2)、轮缘(3)、轴碗(4)、电导率传感模块(5)、轴碗端盖(6)、紧固螺栓(7)；位姿传感模块(1)固接于探针组件(2)上，探针组件(2)的中段镶嵌在轮缘(3)的探针组件镶嵌孔(32)内，探针组件(2)的末端固接于轴碗(4)的探针组件定位孔(42)内，探针组件(2)在轴碗(4)内的末端部分固接有电导率传感模块(5)，2只轴碗端盖(6)分别通过4只紧固螺栓(7)固接于轴碗(4)的端部。4.根据权利要求3所述的一种地表秸秆厚度检测仪器，其特征在于：所述探针组件(2)为奥氏体不锈钢材质，每个探针组件(2)包含4根探针，4根探针呈20mm
×
40mm的矩形排列，每根探针包含入土尖端(21)，探针主体(22)和轴碗固定孔(23)。5.根据权利要求3所述的一种地表秸秆厚度检测仪器，其特征在于：所述轮缘(3)由内壁(31)、探针组件镶嵌孔(32)和轮缘主体(33)组成，轮缘主体(33)为环氧树脂材质，探针组件镶嵌孔(32)为8只在轮缘主体(33)上打通的直径为8mm的通孔。6.根据权利要求3所述的一种地表秸秆厚度检测仪器，其特征在于：所述轴碗(4)为环氧树脂材质，轴碗(4)包含轴碗主体(41)、探针组件定位孔(42)、轴碗端盖固定孔(43)和探针固定孔(44)组成，探针组件定位孔(42)和探针固定孔(44)均为通孔。7.根据权利要求3所述的一种地表秸秆厚度检测仪器，其特征在于：所述轴碗端盖(6)包含螺栓安装通孔(61)和安装轴(62)。

技术总结
本发明属于农业机械技术领域，且公开了一种地表秸秆厚度检测方法及检测仪器，包括位姿传感模块、探针组件、轮缘、轴碗、电导率传感模块、轴碗端盖、紧固螺栓。本发明能够实时检测地表秸秆的覆盖厚度，在地表秸秆厚度检测仪器作业一周的过程中，可以提供2个秸秆覆盖厚度值。其检测范围可以精确到作业点，而不是针对某一地区秸秆覆盖量的大致统计和粗略估计。作业过程中，本发明的探针组件会先与秸秆接触，然后探针组件会与土壤接触，探针组件的末端连接有电导率传感模块，基于秸秆与土壤的电导率有巨大差异的特点，当探针组件与土壤接触的瞬间，本发明可以立即感知出秸秆-土壤交界面的位置，因此本发明具有响应迅速的优势。因此本发明具有响应迅速的优势。因此本发明具有响应迅速的优势。


技术研发人员：王刚 屈明浩 付明刚 周德义 黄东岩 袁洪方 贾洪雷
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/2/18