摘要
田間採土作業使用人力，相當耗時與費力，為解決此問題，使用自動化機械採土樣是必要且可行。本研究係研製應用在土壤檢測車之採土機構及近紅外光系統架設於土壤檢測車上之減振機構，以取代傳統田間採土作業。採土機構透過可程式控制器，使其採土作業自動化；減振機構設置目的，降低近紅外光系統受振動之影響，並提高量測光譜之準確度。
本系統之雛型機經試驗得到初步結果顯示，採土系統之油壓迴路加裝洩壓閥，使控制油壓泵浦最大出力為5.5 N/mm2，以確保採土管結構之安全；而採土系統之夾土機構，在取樣田之表土與底土平均含水率分別為21.5%與22.77%情況下，夾土機構夾取表土與底土成功率分別為50%與100%，且採土機構採土效率為人力以鐵鎚敲擊採土管方式之5.6倍。
在車體振動情況下，近紅外光系統之檢測盒－有固定光纖探頭較無固定光纖探頭光譜量測結果誤差較小；近紅外光之檢測盒下方－有無裝置阻尼(壓縮泡棉)情形下，受採土車上之發電機運轉或與引擎同時運轉之振動情形下，其無阻尼量測光譜誤差大於有阻尼量測光譜誤差，因此，有阻尼情況下可減少光譜量測值之誤差。

Abstract
Using the human power to sample soil in the field takes time and tremendous effort. To solve this problem, soil sampling automation is essential and workable. The objectives of this study were to develop a soil sampling system and NIR system of diminish vibration mechanism applied on a soil sampling vehicle to replace traditional work in the field. The soil sampling system using the PLC makes the automatic possible. The purpose of setting the diminish vibration mechanism is to reduce the vibration on the NIR system to ensure the accuracy of the measuring spectrum value.
The prototype of soil sampling system was developed and tested in the field. A relief valve was installed in the hydraulic system having a maximum hydraulic pump power of 5.5 N/mm2 to ensure the safety. For the test of soil grabbing mechanism, the moisture contents for surface and bottom layer soil in the sampling field were 21.5% and 22.77%, and the successful rate were 50% and 100%, respectively. The efficiency of the soil digging mechanism was 5.6 times higher than labor work.
Under vibration condition to test the NIR system, constrained optical instruments had less error than non-constrain type. As the generator and the engine of the soil sampling vehicle worked at the same time, a damper was designed and installed under the NIR box could help reduce measuring errors.

目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 前言與研究目的 1
1-1前言 1
1-2研究目的 2
第二章 文獻探討 4
2-1土壤採樣點設計與採土深度及注意事項 4
2-1-1土壤採樣點設計 4
2-1-2土壤採樣深度 5
2-1-3採取土樣注意要點 6
2-2土壤組成份與影響其土壤應變之原因 6
2-2-1土壤組成 6
2-2-2影響其土壤應變之原因 8
2-3土壤強度與壓密 8
2-3-1土壤強度 9
2-3-2土壤壓密 11
2-4採土機具發展設計 11
2-4-1採土機具發展 11
2-4-2採土方式 14
2-4-3採土管頭設計 18
2-5振動阻尼 19
2-6 振動破壞 20
2-7有限元素法在工程上應用 20
2-8可程式控制器在農業上應用 21
第三章 材料與方法 23
3-1採土機系統介紹 23
3-2採土系統 24
3-3採土系統設計 24
3-4可程式控制器 32
3-4-1可程式控制器動作原理 32
3-4-2程式的撰寫 33
3-5採土作業流程 33
3-6有限分析實驗設備 36
3-7有限元素分析軟體ANSYS 36
3-8採土管強度設計 42
3-9振動模擬實驗設備 45
3-10近紅外光檢測系統之構成要件 49
3-11量測採土車激振訊號實驗 54
3-12模擬近紅外光光譜量測受振動影響之實驗 55
3-13夾土成功率分析實驗 58
3-14採土效率實驗 58
第四章 結果與討論 60
4-1採土管結構強度分析 60
4-2採土系統雛形機介紹 63
4-3夾土成功率分析 68
4-3-1取樣田區之土壤含水率 68
4-3-2夾土成功率 71
4-4量測採土車振動訊號 72
4-5模擬近紅外光光譜量測受振動之分析 73
4-6採土效率分析 75
第五章 結論與建議 77
5-1結論 77
5-2建議 79
參 考 文 獻 80
附錄一控制接線圖 84
附錄二PLC輸入接點配置 85
附錄三PLC控制程式 87
附錄四採土管尺寸圖 93
圖目錄
圖2-1三種採樣設計，由左至右為隨機，分層隨機及系統採樣 5
圖2-2土壤三相系統 7
圖2-3 直接剪力裝置 10
圖2-4 測定伸長強度之間接張力法 10
圖2-5鏟土器 12
圖2-6 人力驅動採土器 13
圖2-7履帶自動機械採土機 14
圖2-8螺旋式採土器之剖面圖 15
圖2-9打擊式取土器示意圖 16
圖2-10引擎驅動打擊採土器 17
圖2-11輕便型油壓式採土器之結構 18
圖2-12 草皮無性繁殖用中空管各式切口形狀 19
圖3-1油壓採土機 23
圖3-2 採土車外觀 24
圖3-3取土機構設計示意圖 25
圖3-4採土管設計示意圖 26
圖3-5夾土機構設計示意圖 27
圖3-6夾持裝置示意圖 28
圖3-7撥桿機構設計示意圖 29
圖3-8洩壓閥 30
圖3-9控制箱 31
圖3-10土壤樣品杯放置機構設計示意圖 32
圖3-11控制程式架構 33
圖3-12採土作業流程圖(模式一) 34
圖3-13採土作業流程圖(模式二) 35
圖3-14有限元素分析分析流程 41
圖3-15採土管夾持點與所受負荷分析圖 43
圖3-16動平衡校正儀 45
圖3-17加速規 46
圖3-18激振器 46
圖3-19功率放大器 47
圖3-20訊號產生器 48
圖3-21阻尼材料（壓縮泡棉） 48
圖3-22光偵測器 51
圖3-23單光儀 51
圖3-24光源 52
圖3-25光纖 52
圖3-26濾光鏡片 53
圖3-27檢測盒 53
圖3-28標準白板 54
圖3-29激振器模擬採土車振動實驗 57
圖4.1採土管應力分佈圖(情況一) 61
圖4.2採土管應力分佈圖（情況二） 62
圖4-3取土機構 63
圖4-4採土管 64
圖4-5夾土機構 65
圖4-6撥桿機構 66
圖4-7土壤樣品杯放置機構 67
圖4-7有無固定光纖探頭光譜量測誤差百分比 74
表目錄
表3.1油壓泵浦出力最大時採土管所受應力 44
表3.2洩壓閥控制油壓泵浦出力時採土管所受應力 44
表4.1採土管所使用金屬材料力學性質 61
表4.2採土管分析結果 62
表4.3表土含水率 69
表4.4底土含水率 70
表4.5平均含水率 71
表4.6夾土成功率 71
表4.6無阻尼情況下車體振動訊號 72
表4.7有阻尼情況下車體振動訊號 72
表4.8無阻尼情況量測光譜值誤差 74
表4.9有阻尼情況量測光譜值 74
表4.10人力與採土車採土所需時間 76

參 考 文 獻
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