新型机电一体静载土壤承压仪的研究

　　0引言

　　土壤圆锥指数是一个重要的土壤综合指标，它在研究军用和农用等越野车辆的行走装置与地面的相互作用，预测地面的支撑能力和土壤的比阻，土壤由于碾压而形成的压板程度以及植物根系的穿透阻力诸方面，都有着广泛的应用。本文研究的是一种结构简单、操作方便、测力范围广、精确性高的新型机电一体的土壤静载承压仪。

　　1新型机电一体静载土壤承压仪的研制

　　研究设计了侧向力消除机构，解决了由于侧向力作用而影响测定值精度的问题。采用压力传感器和光电传感器以及8008单片机作为压力信号和深度信号的采集和处理装置，以替代原来的机械式数据记录装置，解决了原仪器数据处理复杂，不精确的问题。

　　1.1结构

　　新型机电一体静载土壤承压仪由测试机构和8098单片机数据处理系统两大部分组成(见图l)。非工作状态时，导杆6在弹簧14作用下，与下半园块7接触。工作时，在力的作用下，测头随导杆6垂直穿人土壤。土壤反作用力通过导杆6传至下半园块7，上半园块8至压力传感器9。压力传感器将信号输人单片机15，标杆n置于地面保持不动。随着测杆向下深人土壤，光电传感器通过检测标杆上的信号孔，获得深度值。数据经单片机处理后，输出随深度变化的圆锥指数值a(CI=F/S，其中:F为某一深度对应的压力值，S为园锥头底面积)。

　　1.2侧向力消除机构的设计

　　在田间及野外进行圆锥指数测定时，由于诸如导杆对地面非垂直穿人，或者侧面局部一些硬物的突出等原因，而形成了一部分侧向力。在没有侧向力消除机构的情况下，仪器在侧向力作用下，系统几何关系如图2(a)所示，在该状态下，导杆6相对铅垂面有一倾斜。导杆6上端平面与压力传感器9之间有一接触点A，A点有一向上的位移(见图2(a))。由于侧向力所产生的作用力垂直传递至压力传感器9，上述过程将影响测得的圆锥指数值。

　　侧向力消除机构由弹簧14、下半圆块7和上半圆块8所组成(见图1)。仪器受到侧向力作用时，系统几何关系如图2(b)所示。此时，导杆6相对铅垂面产生一倾斜度。导杆上端平面与下半圆块的接触点推动下半圆块，使下半圆块相对A点作一摆动，而后其下半平面继续与导杆上端平面保持接触。而此时下半圆块7上端凸球面与上半圆块8下端的凹球面何只存在有切向滑移，而无向上位移，因而避免了由于侧向力作用而对圆锥指数测定值的影响。

　　分别对有侧向力消除机构和无侧向力消除机构的仪器进行台架标定，结果如图3。

　　1.3信号检测