[发明专利]一种三七种子原位检测装置和检测方法

权利要求书

1.一种三七种子的原位检测装置，其特征在于：由台架(A)、超声波探测仪调整结构(B)、电气控制模块(C)、步进电机I(1)、步进电机Ⅱ(2)、步进电机Ⅲ(3)、步进电机Ⅳ(4)组成，所述的台架(A)由立板组(5)、轮组(6)、下板(7)、立杆组(8)和上板(9)组成，其中下板(7)的中部设有长方孔(7a)，上板(9)的前部设有孔Ⅰ(9a)，上板(9)的后部设有孔Ⅱ(9b)；下板(7)经立杆组(8)的四个立杆与上板(9)固接；轮组(6)的四个轮经立板组(5)的四个立板分别固接于下板(7)的四角下面；所述的超声波探测仪组件(B)由平板(10)、限位座Ⅰ(11a)、限位座Ⅱ(11b)、螺杆Ⅰ(12)、螺母Ⅰ(13a)、螺母Ⅱ(13b)、超声波探测仪Ⅰ(14)、超声波探测仪Ⅱ(15)、超声波探测仪Ⅲ(16)、超声波探测仪Ⅳ(17)、螺杆Ⅱ(18)、手柄Ⅰ(19a)和手柄Ⅱ(19b)组成，超声波探测仪Ⅰ(14)、超声波探测仪Ⅱ(15)、超声波探测仪Ⅲ(16)和超声波探测仪Ⅳ(17)固接于平板(10)中部上面；限位座Ⅰ(11a)固接于平板(10)前端上面，螺杆Ⅰ(12)下端与限位座Ⅰ(11a)活动连接，螺杆Ⅰ(12)上端固接手柄Ⅰ(19a)，螺杆Ⅰ(12)上与螺母Ⅰ(13a)螺纹连接；限位座Ⅱ(11b)固接于平板(10)后端上面，螺杆Ⅱ(18)下端与限位座Ⅱ(11b)活动连接，螺杆Ⅱ(18)上端固接手柄Ⅱ(19b)，螺杆Ⅱ(18)上与螺母Ⅱ(13b)螺纹连接；所述的超声波探测仪I(14)、超声波探测仪Ⅱ(15)、超声波探测仪Ⅲ(16)、超声波探测仪Ⅳ(17)结构相同，均由信号发射端(27)、信号回收端(28)、引线对(31)、阻尼吸收块(32)、压电晶体(33)、试件(34)、耦合剂(35)、隔离层(36)、延迟块(37)和外壳(38)组成，，其中试件(34)、耦合剂(35)和外壳(38)自下而上顺序排列并固接；延迟块(37)、压电晶体(33)和阻尼吸收块(32)自下而上顺序排列，并置于外壳(38)内；信号发射端(27)和信号回收端(28)固接于外壳(38)的右上部外面；引线对(31)的两根引线下端固接于阻尼吸收块(32)和压电晶体(33)的连接处，两根引线上端分别与信号发射端(27)、信号回收端(28)固接；隔离层(36)垂直并固接于耦合剂(35)中部上面，隔离层(36)将延迟块(37)、压电晶体(33)和阻尼吸收块(32)分成左右两部分；所述的电气控制模块(C)由主控制系统(20)、D/A转换电路(21)、显示模块(22)、存储模块(23)、信息输入模块(24)、驱动电路(25)、充放电电路(26)、信号发射端(27)、信号回收端(28)、滤波电路(29)、A/D转换电路(30)组成，其中主控制系统(20)以微控制单元为核心，主控制系统(20)共有三个输出口，其中一个与存储模块(23)连接；一个经D/A转换电路(21)与显示模块(22)连接；驱动电路(25)、充放电电路(26)、信号发射端(27)串联连接，且驱动电路(25)与主控制系统(20)的一个输出口连接；信号回收端(28)、滤波电路(29)、A/D转换电路(30)串联连接后，与主控制系统(20)的一个输入端连接；信息输入模块(24)与主控制系统(20)的另一个输入端连接；步进电机I(1)、步进电机Ⅱ(2)、步进电机Ⅲ(3)、步进电机Ⅳ(4)分别固接于台架(A)中立板组(5)的四个立板内侧；超声波探测仪组件(B)的平板(10)位于台架(A)中下板(7)的长方孔(7a)正上方，超声波探测仪组件(B)的螺母Ⅰ(13a)固接于台架(A)中上板(9)的孔Ⅰ(9a)上面；超声波探测仪组件(B)的螺母Ⅱ(13b)固接于台架(A)中上板(9)的孔Ⅱ(9b)上面；超声波探测仪组件(B)的螺杆Ⅰ(12)与台架(A)中上板(9)的孔Ⅰ(9a)螺纹连接；超声波探测仪组件(B)的螺杆Ⅱ(18)与台架(A)中上板(9)的孔Ⅱ(9b)螺纹连接；电气控制模块(C)固接于台架(A)中上板(9)的上面。

2.一种基于权利要求1所述三七种子原位检测装置的检测方法，其特征在于：包括下列步骤：

2.1通过操作超声波探测仪组件(B)的手柄Ⅰ(19a)和手柄Ⅱ(19b)，调节超声波探测仪组件(B)的平板(10)升降，从而使平板(10)上的超声波探测仪I(14)、超声波探测仪Ⅱ(15)、超声波探测仪Ⅲ(16)、超声波探测仪Ⅳ(17)距离地面的高度h为：5mm-10mm，三七种子的种植工艺要求种子的覆土厚度为10mm，但是超声波信号在不同介质中的传播速度是不同的，声波传播距离S的公式为：

S＝V×t

其中：V为声波传播的速度；t为声波传播的时间；

声波信号在空气中的传播速度V₁为340m/s，在种植三七种子的红壤基质中的传播速度C的公式为：

C＝(B/ρ)^0.5

其中：B是物质的弹性常数；ρ是物质的密度，对于红壤基质弹性系数和密度是已知的，在空气中传播时，由于超声波探测仪调整结构(B)距离地面的高度h₁是能测量的，且声波信号在红壤基质中的传播速度C已知，所以根据下列公式，能得到超声波信号在空气中传播的时间t₁：

t₁＝h₁/V₁

而声波信号的发射和回收时间差为T₁,T₁-t₁＝t₂为声波信号在土壤中的传播时间，根据下列公式，能得到在土壤中的传播距离S₂：

S₂＝C×t₂

利用超声波的a型图像显示原理，能观察图像知道装置行进过程中三七种子的位置信息，综上能确定三七种子在土壤中的位置和数据信息；

2.2在信号输入模块(24)中输入数字信号，控制超声波检测装置沿待测土壤的表层匀速前进，在前进的过程中，经驱动电路(25)和充放电电路(26)持续向土壤中发射超声波信号，并经过滤波电路(29)和A/D转换电路(30)回收红壤---种子反射界面超声波回波信号，经过主控制系统(20)将回波信号的数据存储到存储模块(23)中，通过D/A转换电路(21)将采集的数据，在显示模块(22)上显示波形图；

2.3由于不同介质中的声阻抗不同，故根据声波信号的收发时间差来计算距离，根据波形的峰值情况确定种子的位置信息，从而得到三七种子在土壤中的位置信息。