Пневмогидробур-пробоотборник внутрипочвенных экспресс-мониторинга, обработки и отбора проб почвы Российский патент 2025 года по МПК G01N1/04 G01N33/24 A01C23/02 A01G29/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к устройствам внутрипочвенных экспресс-мониторинга, обработки и отбора проб почвы.

Для роста и развития растения необходимо обеспечение всех факторов жизни, как космических, так и земных независимо от их количества. Отсутствие одного фактора, даже самого малого, приводит к резкому уменьшению урожая и гибели растения. Ни один фактор не заменяется другим. Например, недостаток калия нельзя заменить избытком фосфора; недостаток света – восполнить теплом и т.д. Получение максимально возможных урожаев возможно только при постоянном поступлении всех факторов жизни в достаточном количестве.

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений закладывает материальную основу земледелия: для получения стабильно высоких урожаев необходимо стремиться к обеспечению в полной мере растений всеми факторами. На решение этой задачи и направлено предлагаемое изобретение.

Известен гидробур, содержащий ствол и рукоять с подключенным к ней шлангом для подачи воды. Ствол снабжен наконечником, в котором размещен клапан управления подачей жидкости, в виде штока с конусом. При этом внутри наконечника установлен дополнительный подпружиненный клапан, а наконечник оборудован пластинами рыхлителя (Патент РФ №1407430, МКИ А 01С 23/02, 1988).

Известен гидробур, содержащий ствол с рукоятью, к которой подключен шланг для подачи воды. На конце ствола установлены насадка с цилиндрическим стержнем, коническим наконечником, запорным и нагнетательным клапанами. Нагнетательный клапан снабжен винтовыми канавками, обеспечивающими вращение наконечника и ускорение размыва грунта (Патент РФ №1540696, МКИ А01С 23/02, 1990).

Недостатками этих устройств является отсутствие возможности внутрипочвенной обработки сжатым воздухом, растворами агрохимикатов, проведения экспресс-мониторинга корнеобитаемых горизонтов и отбора проб почвы.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа пневмогидробур, включающий ствол с рукоятью, к которой подключены шланги от источника сжатого воздуха и жидкости, На конце ствола установлен перфорированный наконечник. (Патент РФ №2740805, МКИ А01С 23/02, 2021).

Недостатком известного пневмогидробура является отсутствие технической возможности в режиме реального времени регулировать и обеспечивать заданную глубину погружения превмогидробура в почву, осуществлять экспресс-измерения пенетрации почвы, экспресс-мониторинг влажности, температуры, концентрации ионов, уровня азота, фосфора, калия в почве и устанавливать в онлайн режиме частоту и давление импульсов сжатого воздуха, объем и давление подачи растворов агрохимикатов, в зависимости от результатов измерений параметров почвы. Вследствие этого не обеспечивается качество и энергоэффективность обработки, рациональное распределение растворов агрохимикатов в корнеобитаемых горизонтах почвы, отсутствует возможность мониторинга почвенных параметров, записи этих данных, последующего формирования электронной карты поля и отбора проб почвы.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в обеспечении заданной глубины погружения пневмогидробура в почву, одновременном экспресс-измерении величины пенетрации почвы, экспресс-мониторинг влажности, температуры, концентрации ионов, уровня азота, фосфора, калия, в соответствии с результатами измерений этих параметров, в онлайн режиме осуществлять регулируемую внутрипочвенную подачу импульсов сжатого воздуха и растворов агрохимикатов в корнеобитаемые почвенные горизонты, а также проводить мониторинг агротехнического и агрохимического состава корнеобитаемых горизонтов почвы, записывание, хранение этих данных для формирования электронной карты поля и, при необходимости, производить отбор проб почвы с заданной глубиной почвенных горизонтов.

Технический результат заключается в повышении продуктивности почвы, максимальном сохрании биологических и экологических ее параметров при высоком качестве энергоэффективности процессов обработки.

Технический результат достигается тем, что предполагаемый пневмогидробур-пробоотборник внутрипочвенных экспресс-мониторинга, обработки и отбора проб почвы, включающий ствол с перфорированным наконечником и рукоятью, к которой подключены шланги от источников сжатого воздуха и жидкости, характеризующийся тем, что рукоять оснащена электропневмоклапанами воздуха и жидкости, ствол снабжен блоком управления, пенетрометром с тензометрическим датчиком силы и датчиками влажности, температуры, концентрации ионов, уровней азота, фосфора, калия в почве, связанными с размещенными в блоке управления цифровыми измерительными системами и записывающими устройствами, неподвижным и подвижным упорами, размещенным на концах измерительного стержня, возвратной пружиной, установленной между упорами, верхний конец стержня снабжен магнитом и выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, верхняя часть ствола оснащена линейкой в виде герконов, а средняя снабжена пневмоцилиндром, связанным с пробоотборным кольцом, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом пенетрометр и герконы связаны с блоком управления.

Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 – общий вид пневмогидробура-пробоотборника внутрипочвенных экспресс-мониторинга, обработки и отбора проб почвы; фиг. 2 – схема отделения монолит пробы почвы на заданной глубине почвенного горизонта.

Устройство содержит ствол 1 с перфорированным наконечником 2, полой рукоятью 3, с подключенными к ней через воздушный электропневмоклапан 4 шлангом 5 сжатого воздуха, а через электропневмоклапан 6 шлангом 7 жидкости. Ствол 1 снабжен блоком управления 8, пенетрометром 9 с тензометрическим датчиком силы 10, датчиками влажности 11, температуры 12, концентрации ионов 13, уровня азота 14, фосфора 15, калия 16, цифровыми измерительными системами 17 и записывающими устройствами 18, размещенными в блоке управления 8, оснащен неподвижным упорам 19, возвратной пружиной 20, измерительным стержнем 21, на нижнем конце которого закреплен подвижный упор 22, а верхний конец снабжен магнитом 23, измерительный стержень 21 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Верхняя часть ствола 1 оснащена линейкой 24 в виде герконов 25, а средняя снабжена пневмоцилиндром 26, связанным с пробоотборным кольцом 27, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль ствола 1. При этом пенетрометр 9 и герконы 25 связаны с блоком управления 8.

Пневмогидробур-пробоотборник работает следующим образом.

Ствол 1 погружают вертикально в почву, при этом перфорированный наконечник 2 преодолевает пенетрацию корнеобитаемых горизонтов почвы, деформирует упругий элемент тензометрического датчика силы 10, который создает электрический сигнал, в прямо пропорциональной зависимости от величины силы пенетрации почвы. Одновременно подвижный упор 22 под воздействием почвы поднимает измерительный стержень 21 вверх вдоль линейки 24 с герконами 25. Под действием магнитного поля магнита 23 срабатывает геркон 25, который в данный момент находится в сфере действия магнита. Контакты геркона замыкаются и электрический сигнал поступает в блок управления 8, который при достижении заданной глубины перфорированным наконечником 2 подает сигнал и погружение прекращается.

Включаются датчики влажности 11, температуры 12, концентрации ионов 13, уровня азота 14, фосфора 15, калия 16, которые осуществляют измерение соответствующих показателей почвы на заданной глубине, в диапазоне от 2 до 3 секунды с погрешностью ±0,2-0,4 единицы и подают каждый свой электрический сигнал в свою цифровую измерительную систему 17, которая трансформирует величину этого сигнала в количественное значение измеряемого показателя почвы, выводит его на дисплей блока управления 8 и записывающее устройство 18. Экспресс-мониторинг измерения показателей почвы закончен.

Одновременно, в зависимости от величины электрических сигналов, поступивших от датчиков 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, блок управления 8, устанавливает посредством воздушного электропневмоклапана 4 частоту и величину давления импульсов сжатого воздуха, которые по шлангу 5, стволу 1 и перфорированному наконечнику 2 поступают в почву, затем блок управления 8 посредством электропневмоклапана жидкости 6 устанавливает величину давления растворов аргохимикатов и по шлангу 7, стволу 1 и перфорированному наконечнику 2 осуществляется подача растворов агрохимикатов непосредственно к корневой системе растений. По окончанию обработки пневмогидробур-пробоотборник извлекают из почвы, возвратная пружина 20 опускает подвижный упор 22 и измерительный стержень 21 в исходное положение.

При необходимости взятия проб почвы, подачу импульсов сжатого воздуха и растворов агрохимикатов не осуществляют.

По завершении погружения перфорированного наконечника 2 на заданную глубину, включают подачу сжатого воздуха в пневмоцилиндр 26, который перемещает пробоотборное кольцо 27 вдоль ствола 1, которое отделяет от почвенного горизонта на заданной глубине монолит пробы почвы цилиндрической формы объемом не менее 100 см³.

Пневмогидробур-пробоотборник извлекают из почвы, включают обратный ход пневмоцилиндра 26 и, перемещая почвоотборное кольцо 27 вверх вдоль ствола 1, выталкивают наконечником 2 пробу в виде почвенного монолита.

Полученная проба почвы упаковывается, транспортируется и хранится в зависимости от цели и метода анализа в соответствии с требованиями пунктов 8.1.2-8.1.5 межгосударсвенного стандарта ГОСТ 17.4.3.01-2017.

Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность погружения перфорированного наконечника с размещенными в нем датчиками на заданную глубину с одновременным определением величины ее пенетрации, проводить последующие внутрипочвенные экспресс измерения влажности, температуры, концентрации ионов, уровня азота, фосфора, калия. В соответствии с результатами измерений этих параметров в онлайн режиме осуществлять регулируемую внутрипочвенную подачу импульсов сжатого воздуха и растворов агрохимикатов в корнеобитаемые почвенные горизонты, осуществлять экспресс-мониторинг агротехнического и агрохимического состава корнеобитаемых горизонтов почв, формировать электронную карту поля и, при необходимости, производить отбор проб почвы с заданной глубины почвенных горизонтов.

Подача сжатого воздуха через перфорированный наконечник позволяет осуществить внутрипочвенное рыхление, формирование в почве системы каналов и пустот, одновременной аэрацией воздухом, и последующим заполнением водой, растворами удобрений корнеобитаемых горизонтов почвы, что обеспечивает поддержание благоприятного для корневой системы растений водно-воздушного, агрохимического режимов и позволяет повысить продуктивность почвы, максимально сохранить биологические и экологические ее параметры при высоком качестве энергоэффективности процессов обработки.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Раскрыт пневмогидробур-пробоотборник внутрипочвенных экспресс-мониторинга, обработки и отбора проб почвы, включающий ствол с перфорированным наконечником и рукоятью, к которой подключены шланги от источников сжатого воздуха и жидкости. При этом рукоять выполнена полой, оснащена электропневмоклапанами воздуха и жидкости, ствол снабжен блоком управления, пенетрометром с тензометрическим датчиком силы и датчиками влажности, температуры, концентрации ионов, уровней азота, фосфора, калия в почве, которые связаны с размещенными в блоке управления цифровыми измерительными системами и записывающими устройствами, ствол оснащен неподвижным упорами, возвратной пружиной и измерительным стержнем, на нижнем конце которого закреплен подвижный упор, а верхний конец снабжен магнитом, измерительный стержень установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, верхняя часть ствола оснащена линейкой в виде герконов, а средняя снабжена пневмоцилиндром, связанным с пробоотборным кольцом, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом пенетрометр и герконы связаны с блоком управления. Изобретение обеспечивает повышение продуктивности почвы, максимальное сохранение биологических и экологических ее параметров при высоком качестве энергоэффективности процессов обработки. 2 ил.

Пневмогидробур-пробоотборник внутрипочвенных экспресс-мониторинга, обработки и отбора проб почвы, включающий ствол с перфорированным наконечником и рукоятью, к которой подключены шланги от источников сжатого воздуха и жидкости, отличающийся тем, что рукоять выполнена полой, оснащена электропневмоклапанами воздуха и жидкости, ствол снабжен блоком управления, пенетрометром с тензометрическим датчиком силы и датчиками влажности, температуры, концентрации ионов, уровней азота, фосфора, калия в почве, которые связаны с размещенными в блоке управления цифровыми измерительными системами и записывающими устройствами, ствол оснащен неподвижным упорами, возвратной пружиной и измерительным стержнем, на нижнем конце которого закреплен подвижный упор, а верхний конец снабжен магнитом, измерительный стержень установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, верхняя часть ствола оснащена линейкой в виде герконов, а средняя снабжена пневмоцилиндром, связанным с пробоотборным кольцом, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом пенетрометр и герконы связаны с блоком управления.