基于加速度补偿的土壤紧实度测量方法与传感器设计.PDF

２０１７年 ４月 农 业 机 械 学 报 第 ４８卷 第 ４期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１７．０４．０３２ 基于加速度补偿的土壤紧实度测量方法与传感器设计 １ １，２ １，２ １，２ １，２ 于文华 　田　昊 　梁　超 　李成豪 　赵燕东 （１．北京林业大学工学院，北京 １０００８３；２．北京林业大学城乡生态环境北京实验室，北京 １０００８３） 摘要：针对目前基于圆锥指数的土壤紧实度测量中，无法消除土壤摩擦力对紧实度测量的影响，要求检测传感器匀 速贯入土壤，因此存在使用不便、精度不高的难题。为了提高土壤紧实度实时测量方法的精度及可操作性，在圆锥 指数方法基础上，设计了土壤紧实度实时检测传感器，并加入了加速度的同步测量，消除了使用过程中金属杆插入 速度不均造成的误差，提高了土壤紧实度测量精度。通过大量试验验证了自制传感器具有较好的静态性能和动态 性能，其测量范围为０～９００ｋＰａ，灵敏度为００４１８９６，稳定性测量标准差为５ｋＰａ，测量精度为 ±００２％ＦＳ，超调量 为７８１％，过渡时间为０６３２ｓ。与美国ＳＣ ９００型土壤紧实度仪对比其准确性的线性拟合决定系数均达到０９６ 以上，结果表明设计的土壤紧实度传感器与 ＳＣ ９００型土壤紧实度仪在实际测量中性能相当，且使用更方便、价格 更低廉。为农林生产、环境保护及生态监测提供了一种具有自主知识产权、精准获取土壤紧实度的有效手段。 关键词：土壤紧实度；传感器；加速度；圆锥指数；静态特性；动态特性 中图分类号：Ｓ１５２９；ＴＵ４３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１７）０４０２５００７ ＳｏｉｌＣｏｍｐａｃｔｎｅｓｓＭｅａｓｕｒｉｎｇＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｓｉｇｎ １ １，２ １，２ １，２ １，２ ＹＵＷｅｎｈｕａ　ＴＩＡＮＨａｏ 　ＬＩＡＮＧＣｈａｏ 　ＬＩＣｈｅｎｇｈａｏ 　ＺＨＡＯＹａｎｄｏｎｇ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ ２．ＢｅｉｊｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｒｂａｎａｎｄＲｕｒａｌＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｅｉｎｄｅｘ，ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｉｌｆｒｉｃｔｉｏｎｏｎｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｓｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅ．Ｉｔｎｅｅｄｓｔｏｅｎｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｉｓｉｎｓｅｒｔｅｄ ｉｎｔｏｔｈｅｓｏｉｌａｔｃｏｎｓｔａｎｔｓｐｅｅｄ，ｔｈｕｓｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｕｓｅａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｉｓｎｏｔｈｉｇｈ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｏｉｌｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ，ａｒｅａｌｔｉｍｅｓｏｉｌ ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｅｉｎｄｅｘ，ａｎｄｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｔｈｅｅｒｒｏｒｃａｕｓｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｔａｌ ｒｏｄｉｎｓｅｒｔｉｎｇｉｎｔｏｓｏｉｌ，ａｓｗｅｌｌａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｏｉ