石堅(jiān)

摘 要：對(duì)樹(shù)皮厚度進(jìn)行分析之后，能對(duì)病蟲(chóng)害起到防治作用，也能用于樹(shù)林生長(zhǎng)以及遺傳變異等情況的判定。以往的樹(shù)皮厚度測(cè)量方法工作效率不高，且會(huì)對(duì)樹(shù)皮造成較為嚴(yán)重的損傷，需要研制新的測(cè)量工具適應(yīng)現(xiàn)實(shí)測(cè)量情況。

關(guān)鍵詞：容柵技術(shù)；電子；樹(shù)皮測(cè)量?jī)x

樹(shù)皮對(duì)樹(shù)體起到保護(hù)作用，檢測(cè)樹(shù)皮厚度對(duì)樹(shù)木的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程起到重要作用，不僅能對(duì)樹(shù)木是否發(fā)生病蟲(chóng)害進(jìn)行判定，也可分析樹(shù)木中存在的能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的成分。我國(guó)使用手工卡尺進(jìn)行測(cè)量，誤差較大，也會(huì)讓樹(shù)皮遭受損傷，研究新型測(cè)量工具勢(shì)在必行。

1 容柵技術(shù)的電子樹(shù)皮測(cè)量?jī)x簡(jiǎn)介和工作機(jī)理

1.1 容柵傳感器

此類(lèi)傳感器是以特殊類(lèi)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(shí)現(xiàn)平均效應(yīng)，并集中了電容式傳感器的優(yōu)勢(shì)，電路以閉環(huán)反饋等形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效應(yīng)對(duì)寄生電容的干擾，讓測(cè)量精度達(dá)到新的水平。與光柵等類(lèi)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(diǎn)，能適應(yīng)各種環(huán)境，在電子測(cè)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(shù)皮測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備整體框架

傳感器的左側(cè)是十字插刀，與動(dòng)?xùn)畔噙B，動(dòng)?xùn)胚B接在容柵傳感器上，單片機(jī)同時(shí)與容柵傳感器和液晶相連，液晶又和容柵傳感器連接[2]。動(dòng)?xùn)拧⒁壕У炔糠挚芍苯舆M(jìn)行選型。在對(duì)樹(shù)皮厚度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，操作的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，傳感器對(duì)電路和機(jī)械部件實(shí)施調(diào)整也是測(cè)試過(guò)程中的重點(diǎn)[3]。

2.2 設(shè)備機(jī)械構(gòu)造

測(cè)量?jī)x包括測(cè)尺、限位套和手柄等部分。在測(cè)量時(shí)，讓需要測(cè)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(cè)尺可以分為有刻度和無(wú)刻度兩個(gè)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(dòng)?xùn)?、液晶等?/p>

2.3 設(shè)備信號(hào)傳輸機(jī)制

為達(dá)到測(cè)距的目的，需要對(duì)定柵和動(dòng)?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(dòng)?xùn)艅t將此設(shè)定為0.635mm，定柵的節(jié)距是動(dòng)?xùn)诺?倍，具體而言就是8節(jié)動(dòng)?xùn)畔喈?dāng)于1節(jié)定柵，但單個(gè)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(zhǎng)度為25.4mm，僅能和5節(jié)定柵結(jié)合在一起。在動(dòng)?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(kāi)展分析。1組之中有8塊發(fā)射極板，只要驅(qū)動(dòng)電路能發(fā)送方波等信號(hào)，即可收到。按照45°的相位漸次遞增。在一定位置會(huì)出現(xiàn)寬度較大的凸波，也會(huì)在某處出現(xiàn)寬度較大的凹波。

3 容柵技術(shù)的電子樹(shù)皮測(cè)量?jī)x實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

3.1 所得數(shù)據(jù)

需要對(duì)設(shè)備測(cè)量的精度和可靠性進(jìn)行判定，將此種測(cè)量方式和以往的游標(biāo)卡尺樹(shù)皮測(cè)量方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。為了起到對(duì)比效果，每個(gè)樹(shù)種各選擇10棵進(jìn)行測(cè)量，在對(duì)馬占相思、非洲楝和面包樹(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，使用電子厚度儀和游標(biāo)卡尺測(cè)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(cè)定后得到的結(jié)果的重復(fù)性和集中性的體現(xiàn)。對(duì)上述數(shù)據(jù)實(shí)施分析之后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)樹(shù)種在使用電子厚度儀器進(jìn)行測(cè)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(shuō)明與平均值之間的偏差就越小。每個(gè)樹(shù)種的測(cè)量范圍保持一致，但由于測(cè)量工具存在誤差，造成測(cè)量的平均值存在差異。在不同測(cè)量限制條件下，獲得的數(shù)據(jù)對(duì)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(gè)問(wèn)題。結(jié)果表明，使用電子測(cè)量工具獲得精度更高。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，電子厚度測(cè)試儀獲得的數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度較小，數(shù)據(jù)分布集中性較佳，在偶然情況下會(huì)出現(xiàn)誤差，所測(cè)的結(jié)果與平均值的誤差處于較低水平。而且新設(shè)計(jì)的電子測(cè)量工具在測(cè)量時(shí)間上比傳統(tǒng)方法少，測(cè)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(jì)一個(gè)專(zhuān)用于樹(shù)皮厚度測(cè)量的電子工具。為了判定設(shè)計(jì)工具的使用效果，開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將獲得的結(jié)果與傳統(tǒng)的測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)的電子測(cè)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(jī)理的橡膠樹(shù)皮厚度測(cè)量?jī)x特性實(shí)驗(yàn)分析[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2015，36（6）：235-237.

[2]張燕，蔡維，史留勇.基于容柵技術(shù)的橡膠樹(shù)樹(shù)皮厚度測(cè)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(cè)量中全站儀無(wú)棱鏡測(cè)距精度研究[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，32（3）：376-383.

（作者單位：桂林市晶瑞傳感技術(shù)有限公司）