石堅

摘 要：對樹皮厚度進(jìn)行分析之后，能對病蟲害起到防治作用，也能用于樹林生長以及遺傳變異等情況的判定。以往的樹皮厚度測量方法工作效率不高，且會對樹皮造成較為嚴(yán)重的損傷，需要研制新的測量工具適應(yīng)現(xiàn)實測量情況。

關(guān)鍵詞：容柵技術(shù)；電子；樹皮測量儀

樹皮對樹體起到保護(hù)作用，檢測樹皮厚度對樹木的整個生長過程起到重要作用，不僅能對樹木是否發(fā)生病蟲害進(jìn)行判定，也可分析樹木中存在的能創(chuàng)造經(jīng)濟效益的成分。我國使用手工卡尺進(jìn)行測量，誤差較大，也會讓樹皮遭受損傷，研究新型測量工具勢在必行。

1 容柵技術(shù)的電子樹皮測量儀簡介和工作機理

1.1 容柵傳感器

此類傳感器是以特殊類型的電容式傳感器為參照，使用先進(jìn)技術(shù)研發(fā)而成的傳感器，能在多極電容的支持下，實現(xiàn)平均效應(yīng)，并集中了電容式傳感器的優(yōu)勢，電路以閉環(huán)反饋等形式進(jìn)行設(shè)計，有效應(yīng)對寄生電容的干擾，讓測量精度達(dá)到新的水平。與光柵等類型的傳感器相比，其具有外形小、內(nèi)部構(gòu)成不復(fù)雜、精準(zhǔn)度和分辨率均較高的特點，能適應(yīng)各種環(huán)境，在電子測量領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用[1]。

1.2 工作原理

此感應(yīng)器和電容兩極板的間隙與電常數(shù)等存在關(guān)聯(lián)，在一定條件下，電容變化量與耦合面積的變化量保持正相關(guān)。

2 容柵技術(shù)的電子樹皮測量儀的設(shè)計

2.1 設(shè)備整體框架

傳感器的左側(cè)是十字插刀，與動?xùn)畔噙B，動?xùn)胚B接在容柵傳感器上，單片機同時與容柵傳感器和液晶相連，液晶又和容柵傳感器連接[2]。動?xùn)?、液晶等部分可直接進(jìn)行選型。在對樹皮厚度進(jìn)行測量時，操作的關(guān)鍵點是對單片機進(jìn)行控制，傳感器對電路和機械部件實施調(diào)整也是測試過程中的重點[3]。

2.2 設(shè)備機械構(gòu)造

測量儀包括測尺、限位套和手柄等部分。在測量時，讓需要測試的一側(cè)和手柄連接在一起，將另外一側(cè)連接在插刀上。測尺可以分為有刻度和無刻度兩個部分，前者安置了顯示屏，后者則在外部設(shè)置了彈簧。彈簧的一側(cè)連接在手柄之上，另一側(cè)則和電子顯示屏連接在一起。在電子顯示屏的左側(cè)設(shè)置擋塊，右側(cè)則有限位套，將最前側(cè)套在插刀的刀刃部位。顯示屏的右側(cè)和有刻度部分的零刻度線保持一致，顯示屏數(shù)據(jù)顯示部分包括尺身、定柵、動?xùn)?、液晶等?/p>

2.3 設(shè)備信號傳輸機制

為達(dá)到測距的目的，需要對定柵和動?xùn)胚M(jìn)行如下設(shè)定：將定柵節(jié)與節(jié)之間的距離設(shè)定在5.08mm，動?xùn)艅t將此設(shè)定為0.635mm，定柵的節(jié)距是動?xùn)诺?倍，具體而言就是8節(jié)動?xùn)畔喈?dāng)于1節(jié)定柵，但單個定柵節(jié)距中有接近50%屬于屏蔽板，如此僅有4節(jié)接收板能和定柵結(jié)合在一起。接收板長度為25.4mm，僅能和5節(jié)定柵結(jié)合在一起。在動?xùn)派显O(shè)定了6組極板，每組的工作狀態(tài)保持一致，則挑選其中的1組開展分析。1組之中有8塊發(fā)射極板，只要驅(qū)動電路能發(fā)送方波等信號，即可收到。按照45°的相位漸次遞增。在一定位置會出現(xiàn)寬度較大的凸波，也會在某處出現(xiàn)寬度較大的凹波。

3 容柵技術(shù)的電子樹皮測量儀實驗檢驗

3.1 所得數(shù)據(jù)

需要對設(shè)備測量的精度和可靠性進(jìn)行判定，將此種測量方式和以往的游標(biāo)卡尺樹皮測量方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。為了起到對比效果，每個樹種各選擇10棵進(jìn)行測量，在對馬占相思、非洲楝和面包樹進(jìn)行測量時，使用電子厚度儀和游標(biāo)卡尺測得的各組結(jié)果分別如下（表1）。

3.2 結(jié)果和精度分析

精確度是樣本進(jìn)行反復(fù)測定后得到的結(jié)果的重復(fù)性和集中性的體現(xiàn)。對上述數(shù)據(jù)實施分析之后發(fā)現(xiàn)，每個樹種在使用電子厚度儀器進(jìn)行測量后，得到的厚度結(jié)果的偏差均比使用游標(biāo)卡尺獲得的結(jié)果低，標(biāo)準(zhǔn)偏差的水平越低，說明與平均值之間的偏差就越小。每個樹種的測量范圍保持一致，但由于測量工具存在誤差，造成測量的平均值存在差異。在不同測量限制條件下，獲得的數(shù)據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)差造成較大的影響，使用變異系數(shù)則能較好地解決這個問題。結(jié)果表明，使用電子測量工具獲得精度更高。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，電子厚度測試儀獲得的數(shù)據(jù)波動幅度較小，數(shù)據(jù)分布集中性較佳，在偶然情況下會出現(xiàn)誤差，所測的結(jié)果與平均值的誤差處于較低水平。而且新設(shè)計的電子測量工具在測量時間上比傳統(tǒng)方法少，測量效率大幅度提升。

4 總結(jié)

根據(jù)容柵傳感器的原理，設(shè)計一個專用于樹皮厚度測量的電子工具。為了判定設(shè)計工具的使用效果，開展專項實驗，將獲得的結(jié)果與傳統(tǒng)的測量方法進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)新設(shè)計的電子測量工具在精度上有更好的表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張燕，蔡維，史留勇.基于容柵傳感機理的橡膠樹皮厚度測量儀特性實驗分析[J].中國農(nóng)機化學(xué)報，2015，36（6）：235-237.

[2]張燕，蔡維，史留勇.基于容柵技術(shù)的橡膠樹樹皮厚度測量裝置研制[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（13）：3258-3261.

[3]蘇英樟，徐文兵，張果麗，等.林區(qū)測量中全站儀無棱鏡測距精度研究[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2015，32（3）：376-383.

（作者單位：桂林市晶瑞傳感技術(shù)有限公司）