CN103575203B - 一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪及测量方法，涉及一种植物叶片厚度无损测量仪。它是为了在保证植物叶片无损的情况下对植物叶片厚度进行精确测量。本发明设计了一种可进行微量调节的操纵机构控制预压力杆的移动，在预压力杆上安装有压力传感器，传感器传出信号经A/D转换传给单片机，之后单片机传给上位机，经由上位机显示其预压力的大小；将预压力杆固定后，电感式位移传感器的探头接触植物叶片，并随叶片厚度的变化进行微量的位移变化，随着探头移动引起传感器内部电感变化，传感器传出的信号经A/D转换传给单片机，后经由上位机显示其实时的叶厚变化情况。从而进行定预压力下的叶片厚度测量。本发明适用于植物叶片厚度无损测量。

Description

一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及一种植物叶片厚度无损测量仪。

背景技术

现在已有的植物叶片厚度测量仪基本上都是非接触式测量，这种测量方法的测量精度较低而且容易受到外界环境条件如：温度、震动、风速等条件的影响。现在，在接触式无损植物叶片厚度测量仪器方面国内几乎空白，中国计量学院设计过一款接触式叶片厚度测量仪，但是他们的测头是通过重力直接接触，并不能进行精确控制，所以不能做到无损测量，而且测量数据也受到叶片形变的影响。

发明内容

本发明是为了在保证植物叶片无损的情况下对植物叶片厚度进行精确测量，从而提供一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪。

一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪，它包括叶片安放台1、检测装置支架2、电感式位移传感器3、减速步进电机4、梅花形弹性联轴器5、预压力提供机构外盖6、压力传感器8、蜗杆轴9、一号轴承10、齿轮11、齿轮轴12、二号轴承13、蜗轮14、预压力提供机构壳体15、预压力杆16、弹簧17、A/D转换器、单片机和上位机；

检测装置支架2的前端一体固定有叶片安放台1，所述叶片安放台1为半圆环形结构；电感式位移传感器3的主体设置在检测装置支架2内部，电感式位移传感器3的探头伸出检测装置支架2，且位于叶片安放台1的开口区域；减速步进电机4的定子固定在电感式位移传感器3的主体上，预压力提供机构壳体15上相对的侧面对应开有两个通孔，所述二号轴承13固定在其中一个通孔中；所述减速步进电机4的输出轴穿过另一个通孔伸入到预压力提供机构壳体15内部，减速步进电机4的输出轴通过梅花形弹性联轴器5与蜗杆轴9的一端连接；所述蜗杆轴9的另一端与二号轴承13轴承连接；

预压力提供机构壳体15内安装有蜗轮14，所述蜗轮14与蜗杆轴9啮合；蜗轮14的中心位置与齿轮轴12的一端固定连接；所述齿轮轴12的另一端与一号轴承10轴承配合；

预压力提供机构壳体15的底面上开有通孔，在预压力提供机构壳体15内部的顶面上与该通孔对应的位置固定有弹簧限位管，弹簧17位于该弹簧限位管中，预压力杆16的顶端伸入弹簧限位管中且与弹簧17紧密接触；所述预压力杆16的另一端通过预压力提供机构壳体15底面上的通孔伸出预压力提供机构壳体15，所述预压力杆16的另一端位于电感式位移传感器3的探头的正上方；

所述预压力杆16的主体上设置有齿条，齿轮轴12的主体上套装并固定有齿轮11，所述齿轮11与预压力杆16的主体上的齿条啮合；预压力提供机构外盖6将预压力提供机构壳体15封闭；

预压力杆16的底端安装有压力传感器8，所述压力传感器8的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接；所述A/D转换器的信号输出端与单片机的信号输入端连接；所述单片机的信号输出端与上位机的信号输入端连接。

基于上述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪测量植物叶片厚度的方法，它由以下步骤实现：

步骤一、采用减速步进电机控制蜗杆旋转，使预压力杆上升到与叶片安放台相距0.8至1.2cm的位置；

步骤二、将待测植物叶片放到叶片安放台上，并将位移传感器探头接触植物叶片下表面；

步骤三、对压力传感器进行调零操作；

步骤四、采用减速步进电机的控制预压力杆下降；并实时检测预压力值，当预压力值到达预设值时，控制减速步进电机停止运行；

步骤五、对位移传感器进行调零操作，并预设压力下进行叶片厚度测量。

本发明在保证植物叶片无损的情况下对植物叶片厚度进行精确测量，从而得到植物生长周期中的形态学变化。测量精度同比现有技术提高了20%。

附图说明

图1是本发明的分体结构示意图；图2是本发明组装后的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪，它包括叶片安放台1、检测装置支架2、电感式位移传感器3、减速步进电机4、梅花形弹性联轴器5、预压力提供机构外盖6、压力传感器8、蜗杆轴9、一号轴承10、齿轮11、齿轮轴12、二号轴承13、蜗轮14、预压力提供机构壳体15、预压力杆16、弹簧17、A/D转换器、单片机和上位机；

检测装置支架2的前端一体固定有叶片安放台1，所述叶片安放台1为半圆环形结构；电感式位移传感器3的主体设置在检测装置支架2内部，电感式位移传感器3的探头伸出检测装置支架2，且位于叶片安放台1的开口区域；减速步进电机4的定子固定在电感式位移传感器3的主体上，预压力提供机构壳体15上相对的侧面对应开有两个通孔，所述二号轴承13固定在其中一个通孔中；所述减速步进电机4的输出轴穿过另一个通孔伸入到预压力提供机构壳体15内部，减速步进电机4的输出轴通过梅花形弹性联轴器5与蜗杆轴9的一端连接；所述蜗杆轴9的另一端与二号轴承13轴承连接；

预压力提供机构壳体15内安装有蜗轮14，所述蜗轮14与蜗杆轴9啮合；蜗轮14的中心位置与齿轮轴12的一端固定连接；所述齿轮轴12的另一端与一号轴承10轴承配合；

预压力提供机构壳体15的底面上开有通孔，在预压力提供机构壳体15内部的顶面上与该通孔对应的位置固定有弹簧限位管，弹簧17位于该弹簧限位管中，预压力杆16的顶端伸入弹簧限位管中且与弹簧17紧密接触；所述预压力杆16的另一端通过预压力提供机构壳体15底面上的通孔伸出预压力提供机构壳体15，所述预压力杆16的另一端位于电感式位移传感器3的探头的正上方；

所述预压力杆16的主体上设置有齿条，齿轮轴12的主体上套装并固定有齿轮11，所述齿轮11与预压力杆16的主体上的齿条啮合；预压力提供机构外盖6将预压力提供机构壳体15封闭；

预压力杆16的底端安装有压力传感器8，所述压力传感器8的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接；所述A/D转换器的信号输出端与单片机的信号输入端连接；所述单片机的信号输出端与上位机的信号输入端连接。

工作原理：本发明设计了一种基于电感原理的可调预压力下的接触式叶片厚度测量仪。在这个装置中设计了一种可进行微量调节的操纵机构控制预压力杆的移动，在预压力杆上安装有压力传感器，传感器传出信号经A/D转换传给单片机，之后单片机传给上位机，经由上位机显示其预压力的大小；将预压力杆固定后，电感式位移传感器的探头接触植物叶片，并随叶片厚度的变化进行微量的位移变化，随着探头移动引起传感器内部电感变化，传感器传出的信号经A/D转换传给单片机，后经由上位机显示其实时的叶厚变化情况。从而进行定预压力下的叶片厚度测量。

本发明中电感式位移传感器3安装于检测装置支架2内；预压力杆16安装于预压力提供机构中通过弹簧17消除其安装间隙，并使预压力杆在弹簧力的作用下稳定在机构中；预压力杆上安装有齿条，使其与小齿轮11啮合；小齿轮11和蜗轮14经齿轮轴12联接，并且进行联动；压力传感器8安装于预压力杆16的端部；减速电动机4通过联轴器5与蜗杆9相联接并控制其旋转从而控制整个预压力提供机构的升降。

由于蜗轮直径大于小齿轮直径并且为一定比，而且小齿轮与蜗轮为同轴联动机构；当涡轮带动小齿轮转动时，两个齿轮线位移的比值为其直径的反比；由于预压力杆是通过齿条与小齿轮啮合，从而实现在小齿轮的带动下进行升降的,所以当电动机控制蜗轮蜗杆进行运动时，预压力杆在小齿轮的带动下只会进行小距离的移动，从而实现预压力杆的微量调节。

由于预压力可调，本发明的测量仪可使预压力杆与植物叶片处于接触但不施加力的状态，从而使测量仪在这种近似理想的情况下进行叶片厚度的无损测量。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪的区别在于，它还包括紧固螺栓7，所述预压力提供机构外盖6通过紧固螺栓7将预压力提供机构壳体15封闭。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪的区别在于，减速步进电机4是PG28行星减速步进电机。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪的区别在于，蜗轮14的直径是齿轮11直径的四倍。

具体实施方式五、基于具体实施方式一所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪测量植物叶片厚度的方法，它由以下步骤实现：

步骤一、采用减速步进电机控制蜗杆旋转，使预压力杆上升到与叶片安放台相距0.8至1.2cm的位置；

步骤二、将待测植物叶片放到叶片安放台上，并将位移传感器探头接触植物叶片下表面；

步骤三、对压力传感器进行调零操作；

步骤四、采用减速步进电机的控制预压力杆下降；并实时检测预压力值，当预压力值到达预设值时，控制减速步进电机停止运行；

步骤五、对位移传感器进行调零操作，并预设压力下进行叶片厚度测量。

具体实施方式六、根据具体实施方式五所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪测量植物叶片厚度的方法的区别在于，步骤一中预压力杆与叶片安放台的距离为1.0cm。

Claims (6)

1.一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪，其特征是：它包括叶片安放台(1)、检测装置支架(2)、电感式位移传感器(3)、减速步进电机(4)、梅花形弹性联轴器(5)、预压力提供机构外盖(6)、压力传感器(8)、蜗杆轴(9)、一号轴承(10)、齿轮(11)、齿轮轴(12)、二号轴承(13)、蜗轮(14)、预压力提供机构壳体(15)、预压力杆(16)、弹簧(17)、A/D转换器、单片机和上位机；

检测装置支架(2)的前端一体固定有叶片安放台(1)，所述叶片安放台(1)为半圆环形结构；电感式位移传感器(3)的主体设置在检测装置支架(2)内部，电感式位移传感器(3)的探头伸出检测装置支架(2)，且位于叶片安放台(1)的开口区域；减速步进电机(4)的定子固定在电感式位移传感器(3)的主体上，预压力提供机构壳体(15)上相对的侧面对应开有两个通孔，所述二号轴承(13)固定在其中一个通孔中；所述减速步进电机(4)的输出轴穿过另一个通孔伸入到预压力提供机构壳体(15)内部，减速步进电机(4)的输出轴通过梅花形弹性联轴器(5)与蜗杆轴(9)的一端连接；所述蜗杆轴(9)的另一端与二号轴承(13)轴承连接；

预压力提供机构壳体(15)内安装有蜗轮(14)，所述蜗轮(14)与蜗杆轴(9)啮合；蜗轮(14)的中心位置与齿轮轴(12)的一端固定连接；所述齿轮轴(12)的另一端与一号轴承(10)轴承配合；

预压力提供机构壳体(15)的底面上开有通孔，在预压力提供机构壳体(15)内部的顶面上与该通孔对应的位置固定有弹簧限位管，弹簧(17)位于该弹簧限位管中，预压力杆(16)的顶端伸入弹簧限位管中且与弹簧(17)紧密接触；所述预压力杆(16)的另一端通过预压力提供机构壳体(15)底面上的通孔伸出预压力提供机构壳体(15)，所述预压力杆(16)的另一端位于电感式位移传感器(3)的探头的正上方；

所述预压力杆(16)的主体上设置有齿条，齿轮轴(12)的主体上套装并固定有齿轮(11)，所述齿轮(11)与预压力杆(16)的主体上的齿条啮合；预压力提供机构外盖(6)将预压力提供机构壳体(15)封闭；

预压力杆(16)的底端安装有压力传感器(8)，所述压力传感器(8)的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接；所述A/D转换器的信号输出端与单片机的信号输入端连接；所述单片机的信号输出端与上位机的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪，其特征在于它还包括紧固螺栓(7)，所述预压力提供机构外盖(6)通过紧固螺栓(7)将预压力提供机构壳体(15)封闭。

3.根据权利要求1所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪，其特征在于减速步进电机(4)是PG28行星减速步进电机。

4.根据权利要求1所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪，其特征在于蜗轮(14)的直径是齿轮(11)直径的四倍。

5.基于权利要求1所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪测量植物叶片厚度的方法，其特征是：它由以下步骤实现：

步骤一、采用减速步进电机控制蜗杆旋转，使预压力杆上升到与叶片安放台相距0.8cm至1.2cm的位置；

步骤二、将待测植物叶片放到叶片安放台上，并将电感式位移传感器探头接触植物叶片下表面；

步骤三、对压力传感器进行调零操作；

步骤四、采用减速步进电机控制预压力杆下降；并实时检测预压力值，当预压力值到达预设值时，控制减速步进电机停止运行；

步骤五、对电感式位移传感器进行调零操作，并在预设压力下进行叶片厚度测量。

6.根据权利要求5所述的一种可调预压力的植物叶片厚度无损测量仪测量植物叶片厚度的方法，其特征在于步骤一中预压力杆与叶片安放台的距离为1.0cm。