一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置和方法

摘要

一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置和方法属农业机械技术领域，本发明的取样器为正方体框架结构，其底板的下表面与测量器的三角架上表面贴合，三角架的二插板分别与底板的二孔连接，测量器中扇形角度尺固接于支架的圆柱杆近上端，距离尺组件的距离量尺、圆环和角度指针自前至后顺序固接，深度量尺下端固接圆锥定位针，圆环与圆柱杆近上端、扇形角度尺下面活动连接，深度量尺经连接件能与距离量尺形成上下前后的相对移动；本发明的装置结构简单、操作方便，可用于测量苗床土块，又可用于测量其他物品在三维空间的坐标位置，具有通用性，还能实现苗床土块在三维空间的可视化表征，以更直观的方式用于比较不同处理条件下苗床土块的分布情况。

说明书

技术领域

本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置和方法。

背景技术

现有研究表明耕层土壤的状态不仅和播种质量有关，其土壤团聚体分布还直接影响种子发芽和作物产量，且土壤团聚体越小，作物的出苗、生长和产量越好。通过对苗床土块分布信息的评价，可以用于指导苗床土块破碎部件研究。目前对苗床土块破碎效果的评价多采用定量分析法，鲜有关于作业后土块在苗床空间分布可视化的相关研究，因而本发明提出了一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置和方法，通过测量装置实现苗床土块分布信息的获取，结合所提出的苗床土块三维空间分布可视化测量方法可以实现苗床土块在苗床空间分布信息的可视化处理，用于更加直观的对苗床土块分布进行系统评价，可为对比、优化和改进苗床土块破碎部件的作业性能提供依据，对提高播种作业质量和增产增收具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置和方法，通过测量装置对苗床土块分布信息进行获取，结合所提出的可视化测量方法实现苗床土块在三维坐标系内的表征。

本发明的苗床土块三维空间分布可视化测量装置由取样器A和测量器B组成，其中所述的测量器B由距离尺组件H、支架I、角度尺J、深度尺组件K、连接件L、螺钉Ⅰ7、螺钉Ⅱ8、橡胶堵块Ⅰ9和橡胶堵块Ⅱ10组成，其中距离尺组件H由距离量尺16、圆环17和角度指针18组成，且距离量尺16、圆环17和角度指针18自前至后顺序排列并固接，距离量尺16的左面所设尺寸刻度为0～(a+20)mm，距离量尺16的横截面为凹槽形，距离量尺16左端面与圆环17圆心距离为l，距离量尺16的宽度为b，圆环17下表面与距离量尺16下表面距离为b/2；支架I由插板Ⅰ11、插板Ⅱ12、三角架13、圆柱杆14和定位圈15组成，定位圈15固接于圆柱杆14近上端，圆柱杆14下端固接于三角架13的后角上面，插板Ⅰ11垂直固接于三角架13的右角上面，插板Ⅱ12垂直固接于三角架13的左角上面；角度尺J为半圆形，其圆弧面上设有角度刻度19，圆心设有孔Ⅲ20，角度尺J上扇形孔的半径为R，且与孔Ⅲ20同心；深度尺组件K由深度量尺21和圆锥型定位针22组成，且深度量尺21和圆锥型定位针22上下排列并固接，其中圆锥形定位针长度为h，深度量尺21的右面所设尺寸刻度为0～(a+20)mm，深度量尺21的横截面为凹槽形；连接件L由横板23、销25和纵板26组成，横板23左部和纵板26上部经销25呈直角固接；横板23右部沿中线设有螺纹孔Ⅰ24，纵板26下部沿中线设有螺纹孔Ⅱ27。

距离尺组件H的圆环17与支架I的圆柱杆14上部活动连接，且圆环17的下表面紧贴定位圈15的上表面，角度尺J经孔Ⅲ20与支架I的圆柱杆14上部固接，且角度尺J的下表面与定位圈15的上表面距离满足距离尺组件H的圆环17可绕圆柱杆14自由转动。

连接件L的横板23与距离尺组件H中距离量尺16的凹槽滑动连接，橡胶堵块Ⅱ10固接于距离量尺16的凹槽右端。

连接件L的纵板26与深度尺组件K中深度量尺21的凹槽滑动连接，橡胶堵块Ⅰ9固接于深度尺组件K的凹槽上端。

螺钉Ⅰ7与连接件L中纵板26的螺纹孔Ⅱ27螺纹连接，通过调整螺钉Ⅰ7使其与深度量尺21的凹槽表面产生摩擦力以实现连接件L在深度量尺21中的定位。

螺钉Ⅱ8与连接件L中横板23的螺纹孔Ⅰ24螺纹连接，通过调整螺钉Ⅱ8使其与距离量尺16的凹槽表面产生摩擦力以实现连接件L在距离量尺16中的定位。

取样器A中底板G的下表面与测量器B中支架I的三角架13上表面贴合，测量器B中支架I上的插板Ⅰ11与取样器A中底板G的孔Ⅰ3连接，测量器B中支架I的插板Ⅱ12与取样器A中底板G的孔Ⅱ5连接，且插板Ⅰ(11)和插板Ⅱ(12)与孔Ⅰ(3)和孔Ⅱ(5)形状一致，以辅助取样器A和测量器B在装配过程中的定位。

测量器B中支架I的圆柱杆14近上端卡于取样器A中后板E的U形缺口1，圆柱杆14的中心线与后板E内侧距离为l，与距离量尺16左端面至圆环17圆心距离相等，以此保证距离尺组件H读数可从0开始，距离尺组件H中角度指针18的下端面与后板E上端面距离为h，与圆锥形定位针长度相等，以此保证深度尺组件K读数可以从0开始，距离尺组件H中角度指针18尖端外缘至圆环17圆心距离为R，与角度尺J上扇形孔的半径相等，该种设置可以便于角度指针18对角度值的读取。

所述的取样器A由前板C、左板D、后板E、右板F和底板G组成，其中前板C、左板D、后板E和右板F的侧面首尾均成90度固接，形成正方体框架结构，正方体的边长a为300～800mm；后板E的上边沿中心设有U形缺口1；底板G的前端设有挡板4，底板G的右侧前部设有孔Ⅰ3，底板G的左侧前部设有孔Ⅱ5，底板G的上面近右侧设有凹槽Ⅰ2，底板G的上面近左侧设有凹槽Ⅱ6；左板D下端与底板G的凹槽Ⅱ6滑动连接；右板F下端与底板G的凹槽Ⅰ2滑动连接。

本发明的苗床土块三维空间分布可视化的测量方法包括下列步骤：

3.1样本采集：将取样器A中由前板C、左板D、后板E和右板F固接而成的正方体框架结构自上至下插入苗床指定位置的指定深度a后，底板G上凹槽Ⅱ6和凹槽Ⅰ2沿左板D和右板F下端由前至后水平插入；

3.2建立三维坐标系：将取样器A与测量器B按权利要求1所述进行安装，以测量器B中支架I的定位圈15上表面的圆心为坐标原点O，以测量器B中支架I的圆柱杆14中轴线由下至上为Y轴正方向，以O点为原点由后至前为X轴正方向、由左至右为Z轴正方向；

3.3在步骤3.1和3.2基础上，对于坐标系内的任一土块P

3.4以步骤3.1至3.3为依据，对于土块P

3.5根据步骤3.1-3.4所述的土块重塑过程，对坐标系内满足既定要求的土块进行重塑，并在三维坐标系中表征。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、所发明的苗床土块三维空间分布可视化的测量装置结构、操作简单，除了可用于测量苗床土块外，也可以用于测量其他物品在三维空间的坐标位置，具有通用性。

2、所提出的苗床土块三维空间分布可视化的测量方法可以实现苗床土块在三维空间的可视化表征，以更直观的方式用于比较不同处理条件下苗床土块的分布情况。

附图说明

图1为苗床土块三维空间分布可视化的测量装置的结构示意图

图2为取样器A的结构示意图

图3为测量器B的爆炸图

图4为测量器B的右视图

图5为测量器B的左视图

图6为支架I的结构示意图

图7为距离尺组件H的结构示意图

图8为距离尺组件H的前视图

图9为距离尺组件H的放大图

图10为角度尺J的结构示意图

图11为深度尺组件K的结构示意图

图12为深度尺组件K的仰视图

图13为连接件L的主视图

图14为连接件L的侧视图

图15为取样器A与测量器B局部位置关系示意图

图16为土块三维空间分布测量装置测量方法示意图

图17为任一土块三维空间分布可视化方法示意图

图18为苗床土块三维空间分布可视化方法示意图

其中：A.取样器B.测量器C.前板D.左板E.后板F.右板G.底板H.距离尺组件I.支架J.角度尺K.深度尺组件L.连接件1.U形缺口2.凹槽Ⅰ3.孔Ⅰ4.挡板5.孔Ⅱ6.凹槽Ⅱ7.螺钉Ⅰ8.螺钉Ⅱ9.橡胶堵块Ⅰ10.橡胶堵块Ⅱ11.插板Ⅰ12.插板Ⅱ13.三角架14.圆柱杆15.定位圈16.距离量尺17.圆环18.角度指针19.扇形刻度20.孔Ⅲ21.深度量尺22.圆锥型定位针23.矩形板Ⅰ24.螺纹孔Ⅰ25.销轴26.矩形板Ⅱ27.螺纹孔Ⅱ

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1、图3至图15所示，本发明的苗床土块三维空间分布可视化的测量装置由取样器A和测量器B组成，其中所述的测量器B由距离尺组件H、支架I、角度尺J、深度尺组件K、连接件L、螺钉Ⅰ7、螺钉Ⅱ8、橡胶堵块Ⅰ9和橡胶堵块Ⅱ10组成，其中距离尺组件H由距离量尺16、圆环17和角度指针18组成，且距离量尺16、圆环17和角度指针18自前至后顺序排列并固接，距离量尺16的左面所设尺寸刻度为0～a+20mm，距离量尺16的横截面为凹槽形，距离量尺16左端面与圆环17圆心距离为l，距离量尺16的宽度为b，圆环17下表面与距离量尺16下表面距离为b/2；支架I由插板Ⅰ11、插板Ⅱ12、三角架13、圆柱杆14和定位圈15组成，定位圈15固接于圆柱杆14近上端，圆柱杆14下端固接于三角架13的后角上面，插板Ⅰ11垂直固接于三角架13的右角上面，插板Ⅱ12垂直固接于三角架13的左角上面；角度尺J为半圆形，其圆弧面上设有角度刻度19，圆心设有孔Ⅲ20，角度尺J上扇形孔的半径为R，且与孔Ⅲ20同心；深度尺组件K由深度量尺21和圆锥型定位针22组成，且深度量尺21和圆锥型定位针22上下排列并固接，其中圆锥形定位针长度为h，深度量尺21的右面所设尺寸刻度为0～a+20mm，深度量尺21的横截面为凹槽形；连接件L由横板23、销25和纵板26组成，横板23左部和纵板26上部经销25呈直角固接；横板23右部沿中线设有螺纹孔Ⅰ24，纵板26下部沿中线设有螺纹孔Ⅱ27；距离尺组件H的圆环17与支架I的圆柱杆14上部活动连接，且圆环17的下表面紧贴定位圈15的上表面，角度尺J经孔Ⅲ20与支架I的圆柱杆14上部固接，且角度尺J的下表面与定位圈15的上表面距离满足距离尺组件H的圆环17可绕圆柱杆14自由转动；连接件L的横板23与距离尺组件H中距离量尺16的凹槽滑动连接，橡胶堵块Ⅱ10固接于距离量尺16的凹槽右端；连接件L的纵板26与深度尺组件K中深度量尺21的凹槽滑动连接，橡胶堵块Ⅰ9固接于深度尺组件K的凹槽上端；螺钉Ⅰ7与连接件L中纵板26的螺纹孔Ⅱ27螺纹连接；螺钉Ⅱ8与连接件L中横板23的螺纹孔Ⅰ24螺纹连接；取样器A中底板G的下表面与测量器B中支架I的三角架13上表面贴合，测量器B中支架I上的插板Ⅰ11与取样器A中底板G的孔Ⅰ3连接，测量器B中支架I的插板Ⅱ12与取样器A中底板G的孔Ⅱ5连接，且插板Ⅰ11和插板Ⅱ12与孔Ⅰ3和孔Ⅱ5形状一致；测量器B中支架I的圆柱杆14近上端卡于取样器A中后板E的U形缺口1，圆柱杆14的中心线与后板E内侧距离为l，与距离量尺16左端面至圆环17圆心距离相等，距离尺组件H中角度指针18的下端面与后板E上端面距离为h，与圆锥形定位针长度相等，距离尺组件H中角度指针18尖端外缘至圆环17圆心距离为R，与角度尺J上扇形孔的半径相等。

如图2所示，所述的取样器A由前板C、左板D、后板E、右板F和底板G组成，其中前板C、左板D、后板E和右板F的侧面首尾均成90度固接，形成正方体框架结构，正方体的边长a为300～800mm；后板E的上边沿中心设有U形缺口1；底板G的前端设有挡板4，底板G的右侧前部设有孔Ⅰ3，底板G的左侧前部设有孔Ⅱ5，底板G的上面近右侧设有凹槽Ⅰ2，底板G的上面近左侧设有凹槽Ⅱ6；左板D下端与底板G的凹槽Ⅱ6滑动连接；右板F下端与底板G的凹槽Ⅰ2滑动连接。

本发明的苗床土块三维空间分布可视化的测量方法,包括下列步骤：

3.1样本采集：将取样器A中由前板C、左板D、后板E和右板F固接而成的正方体框架结构自上至下插入苗床指定位置的指定深度a后，底板G上凹槽Ⅱ6和凹槽Ⅰ2沿左板D和右板F下端由前至后水平插入；

3.2建立三维坐标系：将取样器A与测量器B按权利要求1所述进行安装，以测量器B中支架I的定位圈15上表面的圆心为坐标原点O，以测量器B中支架I的圆柱杆14中轴线由下至上为Y轴正方向，以O点为原点由后至前为X轴正方向、由左至右为Z轴正方向；

3.3在步骤3.1和3.2基础上，对于坐标系内的任一土块P

3.4以步骤3.1至3.3为依据，对于土块P

3.5根据步骤3.1-3.4所述的土块重塑过程，对坐标系内满足既定要求的土块进行重塑，并在三维坐标系中表征。