基于CAN总线的冲量式谷物流量联合收割机测产系统

针对精细化农业生产管理发展及智能化农业装备的需求,研究了基于冲量定理及压电传感器的谷物流量检测技术,研制了谷物流量传感装置,并集成CAN总线技术,开发了基于CAN总线的冲量式谷物流量联合收割机测产系统。通过试验与数据分析,冲量式谷物流量传感器静态检测精度稳定、准确,动态测量快速、精准。结合CAN总线工作稳定、实时性强等特点,所设计的谷物流量测产系统具有实时性强、测量误差小和传输稳定的特点,谷物测量误差基本稳定在8%以内,谷物流量定位实时、精确,以此绘制的谷物产量处方图具有一定的可信性和实用性。      

联合收割机谷物流量传感器的现状与分析

介绍了现有联合收割机上使用的体积流式和质量流式谷物流量传感器的结构与特点;重点分析了冲量式谷物流量传感器工作原理,包括压电陶瓷基片式、平行梁冲量式谷物流量传感器等;最后,分析了我国联合收割机谷物流量传感器存在的问题及发展趋势.     

谷物产量智能测产监测器的设计与试验

设计了一种谷物产量智能监测器,它由自主研制的GSM-1型单板冲量式谷物流量传感器、谷物产量采集器和谷物产量监视器组成。在谷物流量传感器试验台上进行了谷物产量实时监测的试验以及谷物产量采集器和监视器的通讯试验。实验结果表明,该装置无线接收性能稳定,试验台产量测量误差≤5.4%。     

冲量法谷物流量测量系统的试验研究

根据精细农业研究的实际要求，首先在不考虑外部振动的情况下设计了一种基于冲量原理的谷物流量测量试验装置。该装置由自行研制的冲量传感器、数据采集器和谷物流动模拟箱体组成。试验结果表明，这种装置测量误差的绝对值小于5%，在此基础上又进行了谷物产量时监测系统的试验研究，试验结果表明，在引入外部机械振动的情况下，经过滤波处理系统测量误差的绝对值小于8%。     

基于激光对射阵列的谷物流量监测装置研究

针对联合收获机刮板式输粮装置内谷物分布不均、流量难以准确测量的问题,开展了刮板式输粮的联合收获机谷物流量监测方法研究,设计了基于激光对射阵列的谷物流量监测装置,主要由激光对射阵列、升运器转速传感器、数据处理模块和谷物流量计量显示终端组成。当升运器刮板输送谷物经过激光对射阵列时,会阻断激光发射器发出的红外光线,激光接收器由于无法接收到红外光信号,输出信号发生变化,通过定时采集激光接收器输出信号变化可获取谷物分布信息;同时,升运器转速传感器输出转速信号,谷物流量数据处理模块将采集到的升运器转速信号和激光对射阵列信号经滤波、整形后,与人工测定的谷物容重信息送至谷物流量计量软件系统,以分层积分法处理后,将谷物流量、谷物容重和升运器转速实时显示在终端上。为了验证基于激光对射阵列原理的谷物流量监测装置性能,选择含水率为14.7%的南梗5055号水稻,开展了室内台架试验。结果表明:谷物含水率相同的情况下,基于激光对射阵列原理的谷物流量监测装置室内台架试验测量结果相对误差≤3.00%,为田间谷物流量在线监测提供了技术基础。     

谷粒冲击压电力敏元件数值模拟与试验

设计了一种冲量式谷物质量流量压电传感器.应用显式动力学软件LS-DYNA建立了谷粒-力敏元件冲击有限单元模型,数值模拟了谷粒冲击力敏元件的过程,研究了力敏元件材料对冲击过程的影响.应用LabView软件和高性能压电陶瓷,开发了谷粒冲击力敏元件的物理样机试验系统,对数值模拟结果进行了检验.数值模拟和试验研究的结果表明:在1Cr18Ni9、聚丙烯和陶瓷(Si3N4)3种力敏材料中,陶瓷(Si3N4)是首选;在测试系统中应用所述压电陶瓷,无须前置放大器即可以满足谷物质量流量测试要求,极大地简化测量电路,提高测量精度,降低测试成本.     

悬臂梁冲量式谷物质量流量传感器阻尼设计

基于悬臂梁受冲击力变形原理开发的联合收获机冲量式谷物质量流量传感器,在应用中测量精度易受到收获机基础振动的影响.对此,分析了测量中产量信号计算模型,指出悬臂梁弹性元件阻尼设计的重要性.提出了通过动力消振原理增加弹性元件阻尼的方法,进行了相应的理论分析.针对阻尼处理前后的弹性元件,开展了冲击响应实验.理论分析和实验结果都说明了该方法的有效性.     

承载板式谷物质量流量传感器设计与试验

设计了不同材料、不同尺寸承载板式谷物质量流量传感器承载板和不同量程的承载板式谷物质量流量传感器弹性元件,在谷物质量流量模拟加载试验装置上进行了试验,试验结果表明测量精度与承载板和弹性元件的参数密切相关。在此试验基础上,研究了谷物流量对测量精度的影响。试验结果表明,谷物流量在0~2kg/s内谷物质量流量测量相对误差不大于2%,精度较高。当谷物流量超过2.5kg/s时,谷物质量流量测量相对误差超过5%。     

平行梁冲量式谷物质量流量传感器田间实验

设计了平行梁冲量式谷物质量流量传感器,以该传感器为核心部件构建了测产系统。针对小麦、水稻两种不同谷物品种,不同联合收获机机型以及不同田间地面状况,于2004年夏秋两季分别在中国科学院栾城农业生态系统实验站和上海五四农场做了精准收获实验。实验结果表明,测产系统可以在正常农田地面状况下可靠地工作,单产和总产测量误差均小于10%,且对联合收获机机型以及谷物品种不敏感。     

冲量式谷物流量传感器性能实验研究

介绍了现有谷物流量传感器的种类、测产系统中所使用的冲量式流量传感器的基本结构和工作原理,对在升运器实验台上安装导流板和未安装导流板冲击式谷物流量传感器的输出信号值进行了比较分析,实验表明安装导流板后,传感器输出电压信号值平均提高30％左右,明显提高了传感器输出信号强度。     

联合收获机粮食产量分布信息获取技

针对精准农业田间信息获取技术的研究,提出了一种基于称重法的联合收获机粮食产量分布信息测量方法,可以提高联合收获机粮食流量监视的准确性.利用传统联合收获机的粮食传输特点,采用螺旋输送称重式原理组成联合收获机产量流量传感计量,解决了计量系统与动力直接传输相结合的技术问题,借助于GPS定位信息实现了联合收获机粮食流量动态计量以及田间粮食产量分布信息的测量.     

联合收割机谷物流量测试装置和性能研究

随着现代化农场管理和农业生产的需要,提出了在作业中的联合收割机上监测谷物流量的要求。本文阐述了一种应用红外光电传感器和微电子技术在联合收割机谷粒升运器上进行谷物流量监测的原理和方法,分析了试验数据,进一步探讨了开发适合联合收割机使用的谷物流量仪的可行性。     

小型U形渠道适宜量水设备浅析

在节水灌溉技术的推广应用中,灌区量水是一项基础的、关键性的技术.灌区量水设施灌区节水、实现水资源高效可持续利用具有重要意义。随着节水农业的发展和水价制度的改革，迫切需要研究并推广可对灌区末级渠系计量的量水设备。抛物线形移动式量水堰板和便携式量水槽是针对小型U形渠道测流而提出的量水设备，具有使用方便，结构简单等优点。通过对2种量水设备的比较，模拟分析了在不同渠道条件下的量水性能指标。结果表明：2种量水设备的量水精度均可满足灌区测流要求；抛物线形移动式量水堰板测流幅度大，渠道适应性好；在可以适用的缓坡渠道条件下，可优选便携式量水槽。     

单穗玉米水分、质量连续测量及封装系统设计

设计了基于电容式水分测量装置的考种设备,可以自动连续测量单穗玉米籽粒的水分、质量的数据,并对测量完的整穗玉米籽粒进行封装喷码。整机由斗式送料机构、电容式水分测量仪、翻转模块、封装机及控制部分组成。根据整机的工作原理,采用带传动和料斗组合实现籽粒的输送,LDS-1G型电容式水分测量装置来获取籽粒水分、质量参数;配备自动封装的模块,利用SIEMENS LOGO!逻辑控制器来实现各个环节的控制,配合籽粒参数的测量。针对玉米籽粒试验验证表明:其最大测量速度为12s/穗,处理最大通量可达7 200穗/天。     

弹簧板式明渠测流装置的水力特性

为提高灌区精准量水技术,设计了一种基于弹簧形变量与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流装置.该装置的模型试验在矩形渠道中,选定流量范围为20~85 m³/h,共在14个流量工况下进行.结合理论分析及数值模拟对该装置的流量公式、测流精度、水头损失等量测特性进行分析.研究结果表明:渠道过水断面瞬时流量Q同形变量d与参数C₁之和呈5/6次方关系,在量测板板宽为30,40,50,60 mm时Q与d+C₁的5/6次方的线性相关性良好;拟合得到弹簧板式测流装置的流量公式,公式计算流量和试验时的实测流量相吻合,最大相对误差为4.56%,其中板宽40 mm时的最大相对误差为1.43%;量测板上游水位的模拟值和实测值最大相对误差为4.54%,模拟结果与实测结果吻合;量测板产生的水头损失随着板宽的增加而增加,在板宽小于40 mm时,水头损失占比总水头均小于10%.研究成果为弹簧板式测流装置在灌区的应用提供了理论依据.     

谷物联合收割机清选筛筛面气流分布试验及分析

针对轴流式谷物联合收割机脱粒方式的清选装置效率不足的问题,设计了双风机振动筛式清选装置,前风机采用3风道结构。试验时在清选筛筛面上设置若干个测量点,采用风速仪测定各个测量点处的气流速度值,分析筛面气流分布状况。试验结果表明:前风机从3风道吹出的气流大小及分布能满足纵向轴流式脱粒方式对清选装置气流分布的需要;后风机能有效辅助清选筛排出短茎秆,提高清选效果。      

基于近红外光电效应的联合收获机谷物厚度测量方法

谷物在刮板升运器中的堆积状态是影响光电式流量测量精度的重要因素。为了提高联合收获机容积式谷物流量传感器的测量精度,开展了基于近红外光电效应的谷物厚度测量方法及其传感器的研究。通过激光发射器生成850～980 nm的近红外光,采用硅光电池接收透射谷物的红外光线,根据光强的变化获取谷物的厚度。设计了以T型反馈网络为核心的I/V转换处理电路,根据试验测量的输出电压与谷物厚度的变化关系,拟合建立了Gaussian函数方程,分析了激光发射器功率、红外线波长对不同品种水稻厚度测量性能的影响。结果表明:当红外线波长为940 nm时,回归方程的拟合精度最高,水稻厚度测量误差小于0. 5 mm;随着激光发射器功率的增加,水稻厚度测量量程随之增大,当功率为500 m W时,谷物厚度的有效测量距离约为50 mm;红外线的穿透能力随着波长的增加而增强,随着籽粒含水率的降低而减弱。提出的谷物厚度测量方法可以提高容积式谷物流量测量精度。     

一种采用无线数据传输方式的储粮仓群测温系统

基于无线收发芯片和1-Wire总线数字温度传感器,实现了可进行无线数据传输的大型储粮仓群温度监测系统。该系统包括主机和信号采集分机,主机负责管理每个粮仓的温度信号采集分机,定时或根据操作者指令向分机发出数据传输指令,各个粮仓分机根据收到的指令进行温度数据的传输。该系统在继承了全数字粮仓测温系统硬件结构简单、安装及维修方便等优点的基础上,实现了测温数据的无线传输,适于在大型分散式储粮仓群以及不便于布线的粮库中应用。