一種智能測量樹徑工具以及測量樹徑的方法與流程
2023-05-09 03:43:46 1
本發明涉及測距裝置領域，具體為一種智能測量樹徑工具以及測量樹徑的方法。
背景技術：
樹徑是樹木生長中的重要因子，在樹木調查和樹木生長規律研究中佔有舉足輕重的地位，而樹徑測量方法的精確度和方便性仍是一難解的課題，目前一些測量方法和裝置還處於相對落後的現狀，特別是樹木生長因子之間的關係和生長機制的研究，現在還沒有統一的定論，這和測量的精確程度以及測量方法的操作便捷性有很大關係，因此在不破壞樹木的條件下，研製方便安裝和測量、操作簡單、精度高的樹徑測量裝置具有十分重要的意義和研究的價值。
中國專利庫中一種樹徑生長量的自動測量裝置(CN201110365933.7)，通過無線網絡節點遠程監測裝置實現實時監測樹徑的實時生長量和生長狀態；包括裝置固定模塊和測量模塊；裝置固定模塊將測量模塊固定於樹幹上需要測量樹徑變化量的位置上；測量模塊包括帶有彈簧的直線位移傳感器、測頭端滑輪、轉向滑輪、導向滑輪、無彈性細鋼絲繩、卡頭和測頭端滑輪與帶有彈簧的直線位移傳感器的連接部分；無彈性細鋼絲繩通過轉向滑輪、導向滑輪和測頭端滑輪後，無彈性細鋼絲繩環抱於需要測量樹徑的位置上，通過卡頭將無彈性細鋼絲繩兩端卡緊；根據帶有彈簧的直線位移傳感器的位移量來確定樹徑生長的變化量。
中國專利庫中公開了一種植物樹徑生長量精密測量裝置(CN201410240357.7)，裝置能夠實時測量樹木直徑，減少測量誤差。測量裝置包括支架、柵類尺、傳感器夾具、微米級位移傳感器傳感器和信號傳輸處理電路。支架採用三點法測量直徑，由兩個部分組裝成夾角為90°至150°間的V型體，結合安裝在與V型角的對角線重合處的微位移傳感器，實現樹徑的測量。微米級位移傳感器及磁柵尺通過信號傳輸處理電路與上位機間進行遠程數據傳輸。本發明能夠穩定實時地同時測量樹徑及其微變化量，減少測量誤差。該裝置對植物的壓力小，同時結構簡單使用方便，質量輕體積小，易攜帶。
現有的測樹徑工具存在一些問題，測量不精準、體積大、使用不方便等。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的是提供一種智能測量樹徑工具以及測量樹徑的方法，根據鏡像原理，在工具內部設置受力輪、彈簧和測量彈簧形變量的裝置，通過對受力輪移動距離的測量推算出樹徑，樹徑數據通過無線網絡自動上傳到移動終端，工作人員在移動終端上初步處理後自動上傳到雲端備份，移動終端數據和雲端數據自動同步更新。
為了實現上述目的，本發明採用以下方案
根據本發明的第一方面，一種智能測量樹徑工具，其包括，本體1、顯示屏2、發聲器3、確認鍵4、歸零鍵5、電源鍵6、處理器7、數據收發模塊8、電源9、固定壁10、應變量測量裝置11、彈簧12、受力輪13、固定軸14、第一卡子15、第二卡子16、探針17、發電模塊18。
所述本體1一側設置有顯示屏2、發聲器3、確認鍵4、歸零鍵5、電源鍵6，所述本體1另一側設置有第一卡子15、第二卡子16、探針17，所述本體1外側設置有發電模塊18，所述本體1內部設置有處理器7、數據收發模塊8、電源9、固定壁10、應變量測量裝置11、彈簧12、受力柱13、固定軸14，所述固定壁10與本體1內壁固定連接，所述彈簧12一端連接固定壁10，所述彈簧12另一端連接應變量測量裝置11，所述應變量測量裝置11與受力輪13連接，所述受力輪13與固定軸14活動連接，所述第一卡子15與固定軸14連接，所述第二卡子16與固定軸14連接，所述探針17一端與固定軸14連接，所述處理器7分別與顯示屏2、發聲器3、數據收發模塊8、應變量測量裝置11連接，所述電源9分別與顯示屏2、發聲器3、處理器7、數據收發模塊8、應變量測量裝置11、發電模塊18連接。
優選地，所述本體1邊緣設置有掛繩。
優選地，所述本體1底部設置有支架。
優選地，所述顯示屏2為液晶顯示屏。
優選地，所述數據收發模塊8為網絡模塊，所述數據收發模塊13與移動終端通過行動網路連接，包括2G、3G和4G。
優選地，所述應變量測量裝置11為位移傳感器，所述位移傳感器為磁致位移傳感器或直線位移傳感器。
優選地，所述第一卡子15、第二卡子16、探針17都為可伸縮設計。
優選地，所述探針17外側一端設置為滾輪，方便上下滑動。
優選地，所述發電模塊18為手搖發電裝置，依靠搖把轉動發電，為電源9補充電能。
根據本發明的第二方面，使用一種智能測量樹徑工具測量樹徑的方法，包括以下步驟：
(1)將本體1緩緩靠近樹幹，待探針17與樹幹接觸時停止；
(2)操作第一卡子15、第二卡子16與樹幹接觸；
(3)按動電源鍵6，處理器7根據受力數值和固定數值計算出樹幹直徑並在顯示屏2上顯示出來；
(4)待顯示屏2上顯示的受力數值不在變化時按動確認鍵4，發聲器3讀出數據同時樹徑數據通過數據收發模塊8自動上傳到移動終端；
(5)工作人員在移動終端上確定後數據自動上傳到雲端，移動終端數據和雲端數據自動同步更新。
胡克定律，曾譯為虎克定律，是力學彈性理論中的一條基本定律，表述為：固體材料受力之後，材料中的應力與應變(單位形變量)之間成線性關係，公式表述為F＝k×x，其中，F為應力，x為應變量，滿足胡克定律的材料稱為線彈性或胡克型(英文Hookean)材料，彈簧就是典型的胡克型材料。
工作原理
已知探針17的長度L、受力輪13的半徑r，設定受力輪13到固定軸14的距離為S、樹幹半徑為R、第一卡子15與探針17之間的夾角為α，當受力輪13受力向下時，彈簧12受到擠壓產生形變量為x，彈簧形變量x等於受力輪13到固定軸14的距離S，x＝S，應變量測量裝置11測得形變量x。已知sinα＝R÷(R+L),而α與第一卡子15與探針17延長線之間的夾角角度相等，所以sinα＝r÷(r+S)，由R÷(R+L)＝r÷(r+S)
可推算出R＝L×r÷S＝L×r÷x
樹徑d＝2×R＝2×L×r÷S＝2×L×r÷x，
在實際操作中，L、r都是常量，L×r也是常量，設置L×r為整數，在運算中，只需要獲取形變量x即可快速計算出樹徑。
所述應變量測量裝置11測量彈簧12受壓後的形變量，所述應變量測量裝置11可以選用位移傳感器，優選為磁致位移傳感器或直線位移傳感器，也可以選用雷射測距裝置、微波測距裝置。
本發明的有益效果是：該裝置結構合理，安裝方便、可靠性高，測量的精度高；操作簡易方便，測量樹徑時單人操作，按下測量按鍵就可自動測量、液晶屏實時顯示並自動記錄；設備成本低廉，可大範圍推廣；該裝置也可以運用於其他領域的測量工作；測量樹徑時，數據同時保存在雲端，既做了數據備份又方便遠端的人員查看；移動終端數據和雲端數據自動同步更新，保證數據的一致性和準確性。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的測量原理圖；
圖3為本發明測樹徑的原理框圖。
圖1中，1-本體、2-顯示屏、3-發聲器、4-確認鍵、5-歸零鍵、6-電源鍵、7-處理器、8-數據收發模塊、9-電源、10-固定壁、11-應變量測量裝置、12-彈簧、13-受力輪、14-固定軸、15-第一卡子、16-第二卡子、17-探針、18-發電模塊。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好的理解本申請中的技術方案，下面將結合附圖、實施例來對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請的一部分實施例，基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。
如圖1所示，所述本體1一側設置有顯示屏2、發聲器3、確認鍵4、歸零鍵5、電源鍵6，所述本體1另一側設置有第一卡子15、第二卡子16、探針17，所述本體1外側設置有發電模塊18，所述本體1內部設置有處理器7、數據收發模塊8、電源9、固定壁10、應變量測量裝置11、彈簧12、受力柱13、固定軸14，所述固定壁10與本體1內壁固定連接，所述彈簧12一端連接固定壁10，所述彈簧12另一端連接應變量測量裝置11，所述應變量測量裝置11與受力輪13連接，所述受力輪13與固定軸14活動連接，所述第一卡子15與固定軸14連接，所述第二卡子16與固定軸14連接，所述探針17一端與固定軸14連接，所述處理器7分別與顯示屏2、發聲器3、數據收發模塊8、應變量測量裝置11連接，所述電源9分別與顯示屏2、發聲器3、處理器7、數據收發模塊8、應變量測量裝置11、發電模塊18連接。
如圖3所示，測量樹徑時，包括若干個測量樹徑工具、移動終端，移動終端可以是手機或平板電腦，一臺移動終端可配合多個測量樹徑工具使用，當測量樹徑工具後，通過無線網絡自動上傳到移動終端，移動終端進行初步整理後自動上傳到雲端備份，移動終端數據和雲端數據自動同步更新。
實施例1
林區為速生林，探針17的長度L為8cm，受力輪13的半徑r為4cm，測得x為1.5cm，樹的直徑d＝2×R＝2×L×r÷S＝2×L×r÷x＝42.7cm。
實施例2
林區為速生林，探針17的長度L為10cm，受力輪13的半徑r為5cm，測得x為2.7cm，樹的直徑d＝2×R＝2×L×r÷S＝2×L×r÷x＝37cm。
實施例3
測量樹徑的方法，包括以下步驟：
(1)將本體1緩緩靠近樹幹，待探針17與樹幹接觸時停止；
(2)操作第一卡子15、第二卡子16與樹幹接觸；
(3)按動電源鍵6，處理器7根據受力數值和固定數值計算出樹幹直徑並在顯示屏2上顯示出來；
(4)待顯示屏2上顯示的受力數值不在變化時按動確認鍵4，發聲器3讀出數據同時樹徑數據通過數據收發模塊8自動上傳到移動終端；
(5)工作人員在移動終端上確定後數據自動上傳到雲端，移動終端數據和雲端數據自動同步更新。
胡克定律，曾譯為虎克定律，是力學彈性理論中的一條基本定律，表述為：固體材料受力之後，材料中的應力與應變(單位形變量)之間成線性關係，公式表述為F＝k×x，其中，F為應力，x為應變量，滿足胡克定律的材料稱為線彈性或胡克型(英文Hookean)材料，彈簧就是典型的胡克型材料。
工作原理
已知探針17的長度L、受力輪13的半徑r，設定受力輪13到固定軸14的距離為S、樹幹半徑為R、第一卡子15與探針17之間的夾角為α，當受力輪13受力向下時，彈簧12受到擠壓產生形變量為x，彈簧形變量x等於受力輪13到固定軸14的距離S，x＝S，應變量測量裝置11測得形變量x。已知sinα＝R÷(R+L),而α與第一卡子15與探針17延長線之間的夾角角度相等，所以sinα＝r÷(r+S)，由R÷(R+L)＝r÷(r+S)
可推算出R＝L×r÷S＝L×r÷x
樹徑d＝2×R＝2×L×r÷S＝2×L×r÷x，
在實際操作中，L、r都是常量，L×r也是常量，設置L×r為整數，在運算中，只需要獲取形變量x即可快速計算出樹徑。
所述應變量測量裝置11測量彈簧12受壓後的形變量，所述應變量測量裝置11可以選用位移傳感器，優選為磁致位移傳感器或直線位移傳感器，也可以選用雷射測距裝置、微波測距裝置。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。