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专利号: 2019111487786
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种轻型水田承载力测量装置,其特征在于:包括机架(3)、探针组件(4)及安装在所述机架(3)端部的传感器组件(1);

所述传感器组件(1)包括滑杆(8)、一端铰接在所述滑杆(8)上的连杆(9)、与所述连杆(9)另一端铰接的磁致位移伸缩传感器(6)及固定在所述滑杆(8)末端的触泥板(12),以及均安装在传感器安装板(7)上的北斗/GPS传感器(10)与姿态传感器(11),且所述磁致位移伸缩传感器(6)连接在传感器安装板(7)上,所述滑杆(8)卡在传感器安装板(7)上的直线轴承内;

所述探针组件(4)包括多组探针单元,多组探针单元呈阵列布置,每组所述探针单元包括连接板(16)、压力传感器(17)及探针(18),所述压力传感器(17)一端通过螺栓与连接板(16)连接,所述压力传感器(17)另一端通过螺栓与探针(18)一端连接,所述连接板(16)安装在机架(3)的上纵梁(20)上,所述探针(18)的另一端穿过机架下纵梁(21)的导向孔。

2.根据权利要求1所述轻型水田承载力测量装置,其特征在于:还包括安装在所述机架(3)上的信号采集箱(2),所述磁致位移伸缩传感器(6)、北斗/GPS传感器(10)、姿态传感器(11)和压力传感器(17)均与所述信号采集箱(2)电连。

3.根据权利要求1所述轻型水田承载力测量装置,其特征在于:还包括两套分别安装在所述机架两侧面的快拆移动组件(5),每套所述快拆移动组件(5)包括快拆支架(15)和安装在快拆支架(15)底部的地轮(14),所述快拆支架(15)的两个侧板上均开设有弧形缺口(13),一套所述快拆移动组件(5)通过弧形缺口(13)与所述机架(3)一侧面的支撑杆快速安装与拆卸,另一套所述快拆移动组件(5)通过弧形缺口(13)与机架(3)另一侧面的支撑杆(19)快速安装与拆卸。

4.根据权利要求1所述轻型水田承载力测量装置,其特征在于:所述机架(3)下纵梁(21)上开设有多个均布的导向孔。

5.根据权利要求1所述轻型水田承载力测量装置,其特征在于:所述滑杆(8)上且沿滑杆(8)的长度方向均布有安装孔,所述连杆(9)一端与滑杆(8)的安装孔铰接。

6.一种如权1所述轻型水田承载力测量装置的测量方法,其特征在于:所述测量方法如下:

1)测量装置通过安装快拆移动组件(5),运输至田中测量位置,放下滑杆(8)至触泥板(12)与泥层接触,磁致位移伸缩传感器(6)检测初始高度,姿态传感器(11)检测初始姿态,北斗/GPS传感器(10)记录测量位置;

2)测量装置平稳后,卸下快拆移动组件(5),机架(3)通过自身重力带动探针深入到泥土中,当探针接触到硬底层,或磁致位移伸缩传感器到达行程最大值,结束记录,信号采集箱(2)同时采集各压力传感器(17)压力变化数据、磁致位移伸缩传感器(6)距离变化数据以及姿态传感器(11)姿态变化数据;测量结束后,通过液压换向阀控制双作用液压油缸(3)伸出杆收缩,将探针从泥土中拔出,探针完全拔出后,安装快拆移动组件(5),完成测量,运输设备离开测量位置;

3)对采集到的数据进行处理得到承载力-深度数据关系,根据作业水田拖拉机地点及条件下发对应参数,用于水田叶轮拖拉机动力分配,实现防滑提效。

7.根据权利要求6所述轻型水田承载力测量装置的测量方法,其特征在于:所述步骤3)中,首先对采集的磁致位移伸缩传感器进行预测处理,结合姿态传感器姿态数据,得到接近实际情况的距离值,具体过程如下:由于前后相邻测量在时间上具有独立性,只需要前一时刻的距离数据就可以用于整个系统模型的计算,故系统模型的状态方程和测量方程为:sk=Ask-1+wk-1  (1)

式中:sk为k时刻系统模型的预测值,sk-1为k-1时刻系统模型的分析值,A为系统模型转移矩阵,wk-1为观测噪声;

ck=Hsk+vk  (2)

式中:ck为k时刻系统模型的测量值,H为系统模型测量矩阵,vk为测量噪声,假设wk-1和vk是互不影响且为零其方差分别为Q和R的高斯白噪声;

通过给定的初值,采用前向参数递推方法得出k+1时刻的协方差更新和状态更新,包括预报和更新两个步骤,预报阶段分为三步:(1)状态预测:

s(k+1|k)=A·s(k|k)  (3)

(2)协方差预测:

p(k+1|k)=A·p(k|k)·AT+Q  (4)

(3)Kalman滤波增益系数K计算:

K(k+1)=p(k+1|k)·H(k+1)T·(H·(k+1|k)·HT+R)-1  (5)更新阶段分为两步:

(1)协方差更新:

p(k+1|k+1)=(1-K(k+1)·H)p(k+1|k)-1  (6)(2)状态更新:

s(k+1|k+1)=s(k+1|k)+K(k+1)·(c(k+1)-H·s(k+1|k))  (7)。