СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА СТВОЛА ДЕРЕВА Российский патент 2022 года по МПК G01B5/08 

Изобретение относится к способам для измерения прироста диаметра ствола дерева, и может быть использовано в лесном и лесопарковом хозяйстве для наблюдения за ходом прироста древесины.

Известен способ измерения диаметра с использованием прибора для измерения диаметра ствола по дуге окружности ствола (описание к полезной модели RU 188361, опубликовано 09.04.2019) включающий придвижение мерной вилки к стволу дерева так, чтобы она своим передним краем касалась ствола дерева в месте измерения, поворачивание рычага до тех пор, пока поворотные ножки не станут касаться ствола дерева. В результате этих действий указатель показывает на измерительной ленте диаметр ствола дерева.

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость работ при наблюдении за приростом диаметра ствола дерева во времени. Это обусловлено тем, что для получения объективной картины прироста диаметра ствола дерева требуется снятие показаний как минимум в трех позициях через 120 градусов с последующим вычислением среднего значения, что существенно увеличивает трудоемкость работ. При данном способе каждый раз для измерения диаметра ствола дерева требуется установка прибора с последующим снятием, при этом для получения объективной картины прироста диаметра ствола дерева при каждом измерении, проводимом через определенные промежутки времени, необходимо устанавливать прибор на тоже самое место, что с учетом индивидуальных особенностей различных исследователей и прошествии времени является затруднительной задачей.

Известен способ дистанционного измерения диаметра растущего ствола дерева с использованием прибора (Описание к полезной модели RU 143336, опубликовано 20.07.2014) который содержит шарнирную мерную вилку, снабжен шестом с кронштейном для крепления мерной вилки, измерительным тросом, прикрепленным через кольцо к тросику, соединяющему обе ножки мерной вилки, сделанными поворотными. При данном способе мерная вилка укрепляется с помощью кронштейна на шесте. Длина шеста устанавливается равной высоте измерения. Придвигают прибор вплотную к дереву, так, чтобы нижний конец шеста стоял на земле, касаясь нижней части ствола, а передний край мерной вилки касался ствола дерева в месте измерения. Затем натягивают измерительный трос, который через кольцо натягивает тросик, а тот в свою очередь поворачивает обе ножки мерной вилки до тех пор, пока ножки не станут касаться ствола дерева. В результате этого указатель будет показывать диаметр дерева на шкале диаметров.

Недостатком известного способа дистанционного измерения диаметра растущего ствола дерева является высокая трудоемкость работ при наблюдении за приростом диаметра ствола дерева во времени. Это обусловлено тем, что для получения объективной картины прироста диаметра ствола дерева требуется снятие показаний как минимум в трех позициях через 120 градусов с последующим вычислением среднего значения, что существенно увеличивает трудоемкость работ. При данном способе каждый раз для измерения диаметра ствола дерева требуется установка прибора с последующим снятием, при этом для получения объективной картины прироста диаметра ствола дерева при каждом измерении, проводимом через определенные промежутки времени, необходимо устанавливать прибор на тоже самое место, что с учетом индивидуальных особенностей различных исследователей и прошествии времени является затруднительной задачей.

Известен способ слежения за приростом диаметра ствола дерева с использованием дендрометра De-1 [DE-1M-DE-1-M-Dendrometer-Datasheet.pdf - Электронный ресурс.- Режим доступа: http://phyto-sensor.com/docs/DE-1M-Dendrometer-Datasheet.pdf. Дата обращения: 06.03.2022], включающего корпус с трансформаторным датчиком (LVDT) линейных перемещений, который установлен на стержне, имеющем винтовую нарезку с одной стороны. Датчик линейных перемещений оснащен подпружиненным подвижным штоком. Реализуется известный способ следующим образом. На деревьях с грубой корой необходимо соскоблить наружный слой коры до камбия на участке с размерами 6×5 см². Необходимо в стволе просверлить отверстие диаметром 3,3-3,5 мм на глубину от 3 до 9 см. В данное отверстие ввинчивается стержень с винтовой нарезкой дентромера. Затем устанавливается датчик линейных перемещений таким образом, чтобы его подпружиненный шток касался ствола. Датчик линейных перемещений кабелем связан с электронной вычислительной машиной (ЭВМ) на которой посредством использования специализированной программы расшифровываются его данные.

Недостатком известного способа слежения за приростом диаметра ствола дерева с использованием дендрометра De-1 является сложность его реализации, обусловленная сложностью установки дендрометра De-1 на стволах деревьев, связанной с необходимостью зачистки площадки от коры под датчик, а также сверлением в стволе дерева отверстия. Данные операции кроме повышения трудоемкости работ по установке датчика еще ведут к неизбежному механическому повреждению ствола дерева. Кроме того, при данном способе используется датчик, рассчитанный на измерение суточного прироста древесины и способный определять измеряемую величину в очень узком диапазоне, определяемом микрометрами, что делает его непригодным для использования при длительном наблюдении за приростом ствола дерева, который измеряется сантиметрами. Еще один недостаток заключается в том, что датчик определяет прирост диаметра ствола только в одном направлении, а как известно образующая ствола дерева не носит характер абсолютно цилиндрической поверхности, что говорит о разной величине прироста древесины в различных радиальных направлениях. В результате чего для установления точного значения диаметра ствола рекомендуется проводить измерение как минимум в трех направлениях под углом 120 градусов с последующим вычислением среднего значения. Если придерживаться данной рекомендации, то при данном способе придется использовать три датчика, установленные на одном уровне ствола с разбежкой установки в 120°, и усреднением их показаний, что существенно усложняет реализацию данного способа.

Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является способ измерения диаметра ствола дерева с использованием измерителя диаметров-полнотомера (Описание к полезной модели RU 201572, заявлено 26.08.2020, опубликовано 22.12.2020), включающего в себя корпус, измерительную ленту, фиксатор измерительной ленты, держатель вытяжного конца измерительной ленты. Согласно данного способа измеряющий подходит к стволу выбранного для измерения дерева, вытягивает из корпуса измерительную ленту и оборачивает ее вокруг ствола. По показанию шкалы, нанесенной на ленту, определяет диаметр ствола дерева. После окончания измерения измерительная лента втягивается в корпус.

Недостаток известного способа измерения диаметра ствола дерева заключается в трудоемкости его реализации при длительном наблюдении за приростом диаметра ствола дерева во времени, обусловленной необходимостью установки устройства на тоже самое место, что и при проведении предыдущего измерения, а по прошествии времени и с учетом изменения анатомических характеристик ствола дерева высока вероятность установки прибора со смещением относительно предшествующего места измерения. При данном способе определение значения диаметра ствола дерева осуществляется исследователем путем визуального наблюдения за показаниями измерительной шкалы, следовательно, во-первых, возникает вероятность возникновения ошибки измерения при значении измеряемого диаметра, находящемся между соседними делениями, в зависимости от того в какую сторону исследователь округлит значение, во-вторых, данный способ весьма трудоемок для проведения замеров на высоте выше роста исследователя, так как его реализация потребует использования подъемных устройств для подъема исследователя на нужную высоту. Необходимость постоянного разматывания измерительной ленты, обхвата ею измеряемого ствола дерева и последующего сматывания ленты ведет к увеличению трудоемкости работ при проведении многократных измерений одного и того же ствола дерева во времени.

Технический результат способа измерения диаметра ствола дерева заключается в снижении трудоемкости работ при длительном наблюдении за приростом диаметра ствола дерева, проведении измерения на высоте ствола дерева выше роста исследователя, обеспечении высокой точности проводимых измерений.

Достигается технический результат тем, что в способе измерения диаметра ствола дерева с использованием устройства содержащего измерительную ленту, корпус, выполненный в виде стакана со сквозным отверстием в днище и цилиндрической полостью, в которой установлена цилиндрическая кассета с вмонтированным в нее датчиком угла поворота с линейной характеристикой, фиксатор положения цилиндрической кассеты относительно корпуса, установленный на ручке датчика угла поворота, барабан с намотанной на него измерительной лентой, захват, установленный на свободном конце измерительной ленты, и крепление для захвата измерительной ленты, выполненное на наружной поверхности корпуса, сквозное отверстие, выполненное в боковой стенке корпуса, на уровне расположения барабана, размерами, обеспечивающими свободный проход сквозь него измерительной ленты, установленные на корпус сверху глухую крышку, и снизу крышку со сквозным отверстием, включающем выбор дерева, вытягивание из корпуса измерительной ленты, оборачивание ее вокруг ствола, определение диаметра ствола дерева по длине измерительной ленты, к стволу выбранного дерева посредством хомута крепят корпус, в цилиндрическую полость корпуса вставляют цилиндрическую кассету с вмонтированным в нее датчиком угла поворота с линейной характеристикой, затем на вращающейся ручке датчика угла поворота устанавливают барабан, пропускают свободный конец измерительной ленты через сквозное отверстие боковой стенки корпуса, вытягивают измерительную ленту из корпуса охватывая ею ствол дерева, фиксируют захват измерительной ленты в креплении на наружной поверхности корпуса, вращают цилиндрическую кассету в направлении, обеспечивающем наматывание измерительной ленты на барабан до ее плотного прижатия к стволу дерева, при сохранении положения ручки датчика в положении соответствующем началу отсчета угла поворота, фиксируют фиксатором положение цилиндрической кассеты относительно корпуса, далее сверху на корпус устанавливают глухую крышку, затем к контактам датчика подключают провода, устанавливают снизу на корпус крышку со сквозным отверстием, пропуская при этом через ее сквозное отверстие провода, к проводам подключают аналогово-цифровой преобразователь.

На фиг. 1 представлен вид сверху на установленное на ствол дерева устройство для реализации способа измерения диаметра ствола дерева.

На фиг. 2 представлен разрез устройства для реализации способа измерения диаметра ствола дерева.

Способ измерения диаметра ствола дерева включает выбор дерева для проведения наблюдения за приростом диаметра его ствола 1, крепление к стволу 1 дерева корпуса 2 измерительного устройства. Корпус 2 может быть закреплен на стволе 1 дерева посредством хомута 3, охватывающего одновременно его и ствол дерева. Корпус 2 крепится в вертикальном положении таким образом, чтобы его геометрическая ось 4 была параллельно стволу 1 дерева. Затем в цилиндрическую полость корпуса 2 вставляют цилиндрическую кассету 5 с вмонтированным в нее датчиком 6 угла поворота с линейной характеристикой. Затем на вращающейся ручке 7 датчика угла поворота устанавливают барабан 8, пропуская при этом свободный конец измерительной ленты 9 через сквозное отверстие 10 боковой стенки корпуса 2, и вытягивают измерительную ленту 9 из корпуса 2, оборачивая ею ствол 1 дерева. Затем фиксируют захват 11 измерительной ленты 9 в соответствующем ему креплении 12 на наружной поверхности корпуса 2. Далее вращают цилиндрическую кассету 5 в направлении, при котором измерительная лента 9 наматывается на барабан 8. Вращение осуществляют до полного прижатия измерительной ленты 2 к стволу 1 дерева по всему периметру охвата. При данной операции обеспечивают положение ручки 7 датчика 6 в положении, соответствующем началу отсчета угла поворота. Фиксируют неподвижное положение цилиндрической кассеты 5 относительно корпуса 2 посредством фиксатора 13. Сверху на корпус 2 устанавливают глухую 14 крышку. К контактам 15 датчика 6 подключают провода 16. Снизу на корпус 2 устанавливают крышку 17 со сквозным отверстием, выполненным в центральной ее части, пропуская при этом через ее сквозное отверстие провода 16, соединенные с контактами 15 датчика 6. К проводам 16 подключают аналогово-цифровой преобразователь (на фиг. не показан). Аналогово-цифровой преобразователь определяет значение электрического сопротивления датчика 6 и выводит информацию о соответствующем ему значении диаметра ствола 1.

При росте дерева диаметр его ствола будет увеличиваться, а, следовательно, будет увеличиваться и его периметр. При увеличении диаметра ствола дерева измерительная лента будет автоматически выходить за пределы корпуса на величину, соответствующую увеличению периметра ствола дерева. Выходя за пределы корпуса, измерительная лента будет вращать барабан, а вместе с ним и рукоятку датчика. При вращении рукоятки датчика будет меняться его электрическое сопротивление. По величине изменения электрического сопротивления датчика аналогово-цифровой преобразователь устанавливает угол поворота рукоятки датчика и соответствующее ему удлинение участка измерительной ленты, вышедшего за пределы корпуса. По известным математическим соотношениям по величине изменения периметра, определяют соответствующее ему изменение диаметра ствола.

Реализуется предлагаемый способ измерения диаметра ствола дерева с использованием устройства, включающего корпус, выполненный в виде стакана с цилиндрической внутренней поверхностью и сквозным отверстием в днище. Сквозное отверстие в днище выполнено диаметром меньшим, чем диаметр внутренней цилиндрической полости корпуса. Внутри корпуса установлена цилиндрическая кассета, имеющая наружный диаметр, соответствующий диаметру цилиндрической внутренней поверхности корпуса. Корпус и цилиндрическая кассета оснащены фиксатором их взаимного положения. Фиксатор может быть выполнен в виде винта, вкручиваемого в сквозное резьбовое отверстие корпуса и упирающегося своим торцом в боковую поверхность цилиндрической кассеты. В цилиндрическую кассету вмонтирован датчик угла поворота с линейной характеристикой. В качестве датчика угла поворота может быть использован известный из уровня развития техники поворотный резистор с линейной характеристикой изменения сопротивления (Резисторы переменные регулировочные. Энциклопедия электроники L7805CV. - Электронный ресурс.- Режим доступа: http://17805cv.ru/resistor-potentiometer.html, дата обращения 26.02.2022]. На вращающейся ручке датчика угла поворота установлен барабан 10 с намотанной на него измерительной лентой.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса, цилиндрическая кассета, ручка датчика угла поворота, барабан установлены соосно. На свободном конце измерительной ленты выполнен захват, а на наружной поверхности корпуса крепление для удержания захвата измерительной ленты. В боковой стенке корпуса на уровне расположения барабана выполнено сквозное отверстие размеры которого обеспечивают свободный проход сквозь него измерительной ленты.

Сверху на корпус установлена глухая крышка, а снизу установлена крышка со сквозным отверстием.

Контакты датчика угла поворота соединены с электрическими проводами, которые выведены наружу за пределы корпуса через сквозное отверстие в крышке. К проводам подключается аналогово-цифровой преобразователь.

Благодаря тому, что к стволу выбранного дерева посредством хомута крепят корпус, обеспечивается возможность многократного измерения диаметра ствола дерева во времени без переустановки устройства. Это способствует: снижению трудоемкости работ при многократном измерении диаметра ствола дерева, а также обеспечивает точность измерений при длительном наблюдении за приростом диаметра ствола дерева в виду того, что устройство постоянно находится на одном месте.

Благодаря использованию датчика угла поворота, обеспечивается возможность определения длины измерительной ленты, вышедшей за пределы корпуса и соответствующей увеличению периметра ствола дерева, по углу поворота барабана, на который она была предварительно намотана. Благодаря использованию датчика угла поворота с линейной характеристикой обеспечивается высокая точность измерения, так как в таком датчике величина электрического сопротивления меняется пропорционально углу поворота его рукоятки. Это также обеспечивает легкость перехода от электрического сопротивления, меняющегося при изменении угла поворота рукоятки датчика к увеличению диаметра ствола дерева через длину дуги окружности, соответствующую углу поворота рукоятки датчика. Использование датчика позволяет автоматизировать процесс установления прироста диаметра ствола дерева, исключить человеческий фактор, заключающийся в субъективизме интерпретации различными исследователями показаний при нахождении измеряемого значения между соседними делениями шкалы, и тем самым обеспечить высокую точность измерения прироста диаметра ствола дерева

Благодаря тому, что в цилиндрическую полость корпуса вставляют цилиндрическую кассету с вмонтированным в нее датчиком угла поворота, на вращающейся ручке датчика угла поворота устанавливают барабан с предварительно намотанной на него измерительной лентой, обеспечивается возможность вытяжки измерительной ленты за пределы корпуса на различную длину в зависимости от диаметра ствола дерева, на которое устанавливается устройство.

Благодаря фиксации относительного положения цилиндрической кассеты и корпуса обеспечивается поворот барабана, а вместе с ним и рукоятки датчика, при вытягивании ленты за пределы корпуса.

Благодаря тому, что к контактам датчика подключают провода и, пропуская их через сквозное отверстие в крышке, устанавливаемой со стороны днища корпуса, выводят их за пределы корпуса, обеспечивается возможность подключения к датчику аналогово-цифрового преобразователя, который по сигналу с датчика определяет измеряемую величину. Также благодаря наличию проводов обеспечивается возможность легкого снятия показаний с устройства при размещении его даже на высоте значительно выше роста исследователя.

Вся совокупность заявленных признаков изобретения позволяет обеспечить снижение трудоемкости работ при длительном наблюдении за приростом диаметра ствола дерева, проведение измерения на высоте ствола дерева выше роста исследователя, обеспечить высокую точность проводимых измерений.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам измерения диаметра ствола дерева. Способ реализуется с использованием устройства, содержащего измерительную ленту, корпус, фиксатор положения цилиндрической кассеты относительно корпуса, крепление для захвата измерительной ленты. К стволу выбранного дерева крепят корпус в цилиндрическую полость корпуса. Вставляют цилиндрическую кассету с вмонтированным в нее датчиком угла поворота с линейной характеристикой. На вращающейся ручке датчика угла поворота устанавливают барабан. Пропускают свободный конец измерительной ленты через сквозное отверстие боковой стенки корпуса. Вытягивают измерительную ленту из корпуса, охватывая ею ствол дерева. Фиксируют захват измерительной ленты в креплении на наружной поверхности корпуса. Вращают цилиндрическую кассету в направлении, обеспечивающем наматывание измерительной ленты на барабан до ее плотного прижатия к стволу дерева. При сохранении положения ручки датчика в положении, соответствующем началу отсчета угла поворота, фиксируют фиксатором положение цилиндрической кассеты относительно корпуса. Сверху на корпус устанавливают глухую крышку. К контактам датчика подключают провода. Устанавливают снизу на корпус крышку со сквозным отверстием, пропуская при этом через ее сквозное отверстие провода, к проводам. Подключают аналогово-цифровой преобразователь. Достигается снижение трудоемкости измерительных работ. 2 ил.

Способ измерения диаметра ствола дерева с использованием устройства, содержащего измерительную ленту, корпус, выполненный в виде стакана со сквозным отверстием в днище и цилиндрической полостью, в которой установлена цилиндрическая кассета с вмонтированным в нее датчиком угла поворота с линейной характеристикой, фиксатор положения цилиндрической кассеты относительно корпуса, установленный на ручке датчика угла поворота барабан с намотанной на него измерительной лентой, захват, установленный на свободном конце измерительной ленты, и крепление для захвата измерительной ленты, выполненное на наружной поверхности корпуса, сквозное отверстие, выполненное в боковой стенке корпуса, на уровне расположения барабана, с размерами, обеспечивающими свободный проход сквозь него измерительной ленты, установленные на корпус сверху глухую крышку и снизу крышку со сквозным отверстием, включающий выбор дерева, вытягивание из корпуса измерительной ленты, оборачивание ее вокруг ствола, определение диаметра ствола дерева по длине измерительной ленты, отличающийся тем, что к стволу выбранного дерева посредством хомута крепят корпус, в цилиндрическую полость корпуса вставляют цилиндрическую кассету с вмонтированным в нее датчиком угла поворота с линейной характеристикой, затем на вращающейся ручке датчика угла поворота устанавливают барабан, пропускают свободный конец измерительной ленты через сквозное отверстие боковой стенки корпуса, вытягивают измерительную ленту из корпуса, охватывая ею ствол дерева, фиксируют захват измерительной ленты в креплении на наружной поверхности корпуса, вращают цилиндрическую кассету в направлении, обеспечивающем наматывание измерительной ленты на барабан до ее плотного прижатия к стволу дерева, при сохранении положения ручки датчика в положении, соответствующем началу отсчета угла поворота, фиксируют фиксатором положение цилиндрической кассеты относительно корпуса, далее сверху на корпус устанавливают глухую крышку, затем к контактам датчика подключают провода, устанавливают снизу на корпус крышку со сквозным отверстием, пропуская при этом через ее сквозное отверстие провода, к проводам подключают аналогово-цифровой преобразователь.