基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置研究

谷物水分的快速测量对谷物准确测产、粮食快速收储、精准农业实施具有重要意义。针对联合收获机动态作业条件下小麦水分检测稳定性差、测量精度低等问题,基于小麦介电特性原理,设计一种联合收获机水分在线检测装置,提出一种动态连续取样、静态间歇测量的新方法,实现了联合收获机作业条件下,在线快速稳定检测小麦含水率。在线检测装置由机械动态取样部分、电机控制模块、传感器模块、数据采集模块、卫星定位模块和显示终端组成。其中传感器模块包括水分传感器、温度传感器和料位传感器。开展了静态验证试验和田间动态验证试验。试验结果表明,静态条件下,含水率在线检测误差在3%以内;在田间动态变化条件下,建立了基于介电常数和温度因子的水分检测模型,实测值和检测值相关系数达到0.92,在线检测误差小于5%。采用动态连续采样、静态间歇测量的方法显著提高了含水率在线检测的精度,为实现小麦精准生产提供了一种快速测量手段。     

稻谷干燥含水率在线检测装置设计与试验

为了解决稻谷的形状、厚度、密度、温度波动以及内部水分分布不均等因素影响含水率测量的问题,实现单粒稻谷水分在线精确测量,研究了稻谷干燥水分在线检测技术及装置.利用多路复选测量方案与解析计算相结合的方法,解决了稻谷含水率测量非线性问题.将动态过程中的转换电压时序曲线图峰高作为含水率在23.5%以下时的测量属性;当含水率在23.5%以上时,测量属性采用时序曲线峰面积.分别在夏季高温、高湿、大水分域和冬季低温、高粉尘作业条件下现场在线应用,验证了检测技术和装置的可靠性和实用性,在线检测误差在±0.5%范围内.     

基于介电特性谷物水分在线测量仪的设计与试验

含水率是谷物收获、测产过程中重要的指标,为实现北方寒冷环境下机载收获、快速在线测量,满足玉米籽粒联合收获机收获时测产的要求,设计了一种便于应用在收获机上的基于谷物介电特性的同心圆平面电容水分在线测量仪。STM32F103单片机为水分测量仪的控制单元,同心圆平面电容器和温度传感器测量谷物介电常数和温度。以"登海605"玉米为研究对象,研究不同含水率、不同温度对玉米介电常数的影响规律。利用支持向量机建立玉米水分含量回归预测模型,并对模型进行检验,试验结果表明,在-15℃～40℃,含水率14%～30%范围内,水分测量仪的平均相对误差为1.09%,测量时间小于2.3 s。能够满足谷物水分在线测量的精度,缩短了测量时间。     

基于DSP 的粮食干燥智能控制系统

为了提高粮食的干燥效果,研究了粮食干燥过程含水率的动态变化及其关联因素,提出了粮食干燥系统的智能控制方法,并设计了以DSP为核心的智能控制系统。由此实现了粮食干燥过程中的品质在线检测和识别的有效控制,解决了目前粮食干燥设备中存在的非稳态过程控制精度低、粮食损耗大及费用高等问题。     

新型卧式旋转干燥仓设计与优化

中国粮食干燥设备处于更新换代关键时期。在干燥过程中,干燥设备对粮食籽粒造成的机械损伤不容忽视。为克服传统粮食干燥设备对粮食品质造成的不利影响,本研究设计开发了一种新型卧式旋转干燥仓。该设备的特点是低温干燥,整仓缓慢旋转搅拌粮食,以保证粮食干燥后含水率的均一性,有效降低粮食干燥过程中的机械损伤,确保粮食干燥品质。本文详细介绍了该设备的设计思路和优化过程,并通过系统性试验对优化前后设备的干燥性能进行验证。经过48 h的连续干燥试验,将35 t新收获的24%湿基的高含水率玉米干燥至15%湿基,干燥曲线光滑,干燥过程稳定,干燥后水分不均匀度小于1%,单位能耗约为0.19 kW·h/(1%水分·t)。试验结果表明,干燥后的玉米含水率均匀,干燥过程能耗低。该设备为未来粮食干燥和储存提供了一种新的技术方法和思路。     

主动屏蔽式平面探头水分在线传感器研究

设计了一种主动屏蔽的平面探头水分在线电容传感器.硬件方面设计了主动屏蔽式极板,从敏感区域聚集电场,减小了杂散电容对传感器测量精度的影响;平面探头及其传感器振荡电路避免了屏蔽极板对驱动极板的影响.有限元法分析表明,主动屏蔽极板的采用提高了传感器测量精度和灵敏度.软件方面由谷物含水率测量试验装置进行了一系列试验,实现了测试水分时温度自动补偿,其含水率测试的相对误差由传统传感器的5%降低到1%. 鉴定结果表明,此谷物含水率传感器相对误差在±1%范围内,含水率测量范围6%～36%,适用温度范围-10～80℃,基本克服了传统国产电容水分传感器精度低、温度影响大、安装困难等缺点.     

同面弧面电容式种子水分传感器的研究

种子烘干机的关键在于利用种子水分传感器来实现种子含水率的在线无损检测,优化种子水分传感器的结构,提高传感器的测量性能,对提升种子烘干机的烘干质量和工作效能具有重要作用。为此,研究了一种同面弧面电容式种子水分传感器,结合COMSOL有限元仿真软件,采用数值求解的方法计算传感器的电容值,着重考察传感器的极板尺寸、极板间距对传感器性能的影响,以此实现对传感器结构参数的优化,并试制传感器原型进行试验验证。初步试验结果表明:根据优化结构参数设计的电容传感器在测量精度上有所提高,在0~20%的含水率范围内以1%的绝对精度实现对蔬菜种子含水率的测量,符合实际应用要求,验证了检测方法的可靠性。     

水分在线测量仪器在谷物干燥过程中的应用

谷物干燥过程的自动控制对保证谷物烘后品质,降低干燥作业成本及提高生产率具有重要意义,而快速、准确地测量谷物水分是实现谷物干燥过程自动控制的关键。谷物水分测量的主要方法可分为直接测量和间接测量两大类。直接法是通过干燥或化学反应直接测得谷物绝对水分含量的一种方法,其测量精度高,但测量时间长,可作为基准法用于谷物水分测定仪的检验和标定;间接法是通过测量与谷物水分变化相关的物理量的变化,来间接测量谷物水分含量的方法,特点是测量速度快,适用于干燥过程中谷物的在线检测。     

联合收获机电容式稻谷含水率在线检测装置设计与试验

针对联合收获机稻谷含水率实时检测过程中因样本含杂率高而导致精度和稳定性差的问题,搭建了兼具二次筛分除杂功能的稻谷实时采样台架,基于采样台架采用电容法设计了联合收获机稻谷含水率在线检测系统。设计了检测系统硬件电路,开发了上位机监控界面,实现了上位机和下位机之间的通信。分析了温度和含杂率变化对电容差值的影响规律,进行了采样台架性能试验,建立了电容差值、温度和稻谷含水率输出的关系模型,其二阶模型决定系数为0.986 6,并对模型进行了验证。结果表明:采样台架筛分后的稻谷含杂率均小于1.2%;室内试验时,检测系统最大误差为0.42%,平均误差为0.22%,检测装置平均相对误差不大于1.25%;田间试验时,检测装置相对误差小于3%,有效提高了在线检测精度。本研究可为稻谷含水率的在线获取提供参考。     

基于电阻法针刺式在体玉米水分测量仪的设计

目前我国对玉米水分测量的研究多集中于脱粒后玉米籽粒的水分测量,对于田间在体玉米籽粒的水分判定还主要依赖人工生产经验,针对这一现状,本文研究田间在体玉米籽粒电阻与含水率和温度之间的函数关系模型,设计一种手持探针刺入式玉米籽粒水分测量仪,实现对田间在体玉米籽粒的水分测量,对实时监测田间玉米水分提供参考。试验结果表明,该水分测量仪对田间在体玉米籽粒的水分测量准确率高,模型拟合度大于0.9,水分测量仪单次测量响应时间不大于1.5 s,能够满足田间玉米籽粒水分测量的要求。