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。     

温度对果蔬介电特性影响的试验研究-基于无线装置

真空冻干水分的在线监测对进行低能耗冻干工艺的优化有着重要意义,因此在探索应用介电常数检测真空冷冻水分时需要研究温度对果蔬介电常数的影响。现有介电特性测量装置需要加长导线将探针置入冻干箱内实现在线测量,导致测量结果不稳定,所以采用自制的无线测量装置检测果蔬介电特性。选取苹果和土豆为试材,在试材含水率为10%、20%、30%、40%、50%时,测试不同冻干温度下的相对介电常数。试验结果表明:在相同含水率时,温度是影响果蔬相对介电常数的关键因素,且含水率越高时温度对果蔬相对介电常数影响越大。     

浮地式粮食水分在线检测装置设计与试验

基于非接触式平行极板浮地电容测量原理,设计了一种适用于恶劣环境的电容式粮食水分检测装置,结合静态批次测量法,以提高测量的重复精度;设计了定位充料器,消除了因堆积方式不同引起空隙率变化对测量造成的误差。采用无线通信技术,实现传感器与计算机客户端的实时数据传输,克服了干燥现场恶劣工况对数据信号传输的影响,适用于干燥机干燥过程中的粮食水分在线实时检测。在连续式干燥机上,在线检测玉米的试验结果显示,温度在15~50℃,相对湿度在80%~100%,玉米含水率范围在14%~21%动态变化的条件下,在线检测结果与国标规定的烘箱法测量相比,最大偏差小于±0.4%。采用定位充料,批次稳态测量,无线通讯保证了在线检测的精度和可靠性,为实现粮食干燥过程自适应控制提供了含水率在线检测技术手段。     

稻谷含水率分布及变化规律

利用计算机和单粒水分测定装置,测定稻谷干燥、缓苏、混合过程中稻谷的含水率分布,研究了稻谷与稻谷、稻谷与介质之间的水分交换机理和宏观运动规律。结果表明,在干燥初始阶段,如果谷层较厚或风量较小,高湿稻谷含水率偏差可能会随着干燥过程的进行而有增大的趋势,但最终的稻谷含水率趋向一致,加大风量可以提高干燥的均匀性;干湿稻谷混合后,稻谷含水率偏差随着混合时间的增加,按指数规律减小,稻谷的平均含水率越低,混合后的含水率偏差就越小。     

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.     

基于视觉识别技术稻谷品质分析装置与试验研究

随着人们对稻谷品质要求越来越高,检测品质识别技术在农业中得到多方面使用。为此,针对检测稻谷品质精度和质量的设备单一、人工干预较多等问题,设计了一种基于视觉识别技术的稻谷品质分析装置,并分别介绍了装置的工作原理和重要部件。同时,利用MatLab软件建立相应函数和Canny边缘检测算法模型,并对稻谷数目精准检测和烘干后产生爆腰粒的识别及在线称重,结果表明:提高稻谷品质装置的自动化检测水平和工作效率,对其提升稻谷爆腰率检测及高效识别数目有重要的研究意义。     

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。     

高湿稻谷多段逆流干燥缓苏解析模型研究

为了获得高湿稻谷逆流干燥层内的水分分布,实现干燥过程动态跟踪和调控,基于干燥水分扩散模型和深层干燥质量平衡方程,在线解析稻谷逆流干燥水分变化,给出了稻谷多段逆流干燥、缓苏复杂工艺条件下,层内含水率分布及干燥速率解析式,验证了风量谷物比为4,温度50℃的热风流过0.5 m厚的逆流层后,仍具有较强的干燥能力,解析结果与实测的干燥机出粮口水分偏差在±0.5%范围内,证实了解析模型的可靠性。     

农产品滚筒式均质干燥装置的设计与试验研究

针对物料在干燥过程中无法在线测量水分、物料加热不均匀等问题,设计了一种由PLC控制的新型在线测水物料干燥装置,并分别介绍了烘干机的工作原理和PLC控制系统。对干燥装置进行性能试验,结果表明：装置能保证物料水分达到安全储藏范围,解决了干燥装置对物料加热不均匀的问题,能够准确实现温湿度和质量的在线检测,提高了干燥装置的智能化水平,对提升烘干效率及谷物品质具有重大意义。