基于电容法的自走式玉米青饲机质量流量在线检测

为实现自走式青饲机质量流量的在线测量,提出基于电容法的在线检测方法,并设计相应的电容传感器。以电容数字转换芯片AD7745以及51单片机为核心设计电容信号采集电路,实现电容信号的在线采集。搭建室内试验台架,进行相关的台架试验,建立电容值变化量与青饲料质量流量和青饲料含水率之间的二元回归模型,模型决定系数R~2为0.942,并对模型进行验证试验。试验结果表明:所设计的电容传感器以及所建立的关系模型能够较为准确地测量青饲料的质量流量,质量流量测量的平均相对误差为3.52%。     

光电式籽棉质量流量传感器的试验研究

针对籽棉在管道中的输送过程,设计了一种光电式籽棉质量流量传感器,以实现籽棉质量流量的检测。在籽棉质量流量试验台上对该传感器进行了测试与研究,确定了籽棉质量流量和光电传感器输出信号的关系,发现二者的有非常良好的线性关系,并对二者进行了线性拟合,拟合度R2=0.99,表明该传感器是非常具有潜力的。     

基于电容特性的植物叶片含水率无损检测仪

为实现植物叶片含水率的无损和准确检测,利用圆形平行板电容传感器检测植物叶片电容,利用直径为12.7 mm的圆形FSR402型压力传感器测量平行极板对植物叶片的压力,以MSP430型单片机为微控制器,设计了一种基于植物叶片电容检测其含水率的仪器。以玉米叶片为对象,研究了玉米叶片含水率和极板对叶片的压力对电容的影响规律,选取了极板对玉米叶片的最佳压力,建立了最佳压力下玉米叶片的电容与含水率之间的关系模型,并对模型的可靠性进行了检验。结果表明,玉米叶片的电容随含水率和极板对叶片压力的增大而增大,检测玉米叶片电容的最佳压力为4 N。玉米叶片湿基含水率为55%~80%时,所设计检测仪的含水率绝对测量误差为-1.2%~1.7%;在晶振频率为8 MHz下检测含水率的响应时间小于3 s。     

棉花介电常数单因素实验研究

棉花含水率是收购和加工环节的一个重要参数,电容法是检测棉花含水率的有效手段。为了给棉花含水率的在线检测仪器开发提供基础数据,利用单因素试验研究的方法,研究得到了不同的测试频率、测量电压、容积密度、含水率对机采籽棉、手摘籽棉、皮棉的介电常数的影响规律及影响显著性。分析表明:所有试验因素对介电常数的影响均高度显著,并得到了在特定条件下含水率与介电常数的线性回归方程。研究可为开发在线的高精度籽棉含水率检测仪器提供理论基础。     

基于光量阻挡原理的颗粒化肥流量检测方法

针对化肥排施过程流量较大,化肥颗粒相互遮挡导致难以准确检测的问题,提出了基于光量阻挡原理的颗粒化肥流量检测方法,该方法以颗粒流量与传感器响应电压间的相关性为基础建立检测模型;通过理论分析初步确定了该检测方法的可行性;借助离散元仿真分析了化肥排施过程在输肥管中的分布规律,为颗粒流量传感器结构设计和安装位置确定提供了依据;基于上述分析设计了颗粒流量传感器,并搭设了颗粒化肥流量检测试验台;以尿素和复合肥为试验材料,以排肥轮转速为试验因素对上述理论进行了验证,结果表明化肥流量与化肥颗粒流量传感器累计响应电压存在较强的线性相关,各排肥轮转速下,两者相关性决定系数均高于0.992。为确定最优检测模型,建立了各排肥轮转速的检测模型,以平均绝对百分比误差为指标对不同检测模型进行了对比,基于加速组建立的检测模型对尿素和复合肥的平均绝对百分比误差分别为5.18%和4.07%,检测误差低于其他组,确定了最优检测模型。为解决颗粒流量传感器与不同直径输肥管匹配的问题,以敏感元件数量和颗粒流量传感器内径为因素进行试验,结果表明当检测元件密度为0.075~0.75时,对于尿素和复合肥各流量传感器的平均绝对百分比误差分别为4.75%~9.33%和4.07%~9.11%,且平均绝对百分比误差随检测元件密度增大而降低。     

堆肥物料容重、温度对频域反射传感器检测模型的影响

为探究堆肥物料容重和温度对频域反射法(FDR)含水率检测结果的综合影响规律,以猪粪和秸秆混合物料为研究对象,以基于FDR技术的FDS-100型水分传感器为检测仪器,研究了堆肥物料的含水率(35%～65%)、容重(602.41～758.58 kg/m~3)和温度(25～65℃)对传感器检测精度的影响,建立了传感器检测值与物料含水率、容重及温度之间的响应曲面模型,并对模型进行可行性分析。通过烘干法检测值与模型计算值建立了FDR水分传感器检测值与物料含水率之间的综合检测数学模型,并验证了模型准确性。结果表明:根据模型计算值与实际含水率的绝对误差范围为-1.1%～4.3%,平均绝对值误差为2.27%。本研究对开发具有容重和温度补偿功能的FDR堆肥物料含水率传感器的综合检测模型有指导作用。     

基于微波多普勒法的施肥质量流量检测系统研究

为了实现施肥量的精确检测,本文构建了基于微波多普勒雷达以及振动干扰抑制方法的肥料质量流量检测系统。由多普勒信号经过快速傅里叶变换处理获得肥料颗粒速度和浓度。定义速度和浓度乘积为传感器输出值,并使用最小二乘法建立传感器输出值和肥料质量流量的线性回归模型。通过对信号的统计规律进行分析,将功率谱的5倍平均值用作区分振动干扰和流量信号的阈值。在实验平台上,使用2种复合肥进行了检测,实验结果表明,肥料质量流量最大检测值可达2629.9g/min,检测相对误差不大于5％。此外,将检测系统安装在施肥机上,在水泥路上使用第3种复合肥进行了测试,由于振动影响,检测系统最大检测误差达到21.57%。使用提出的振动干扰抑制方法进行处理后,肥料质量流量检测范围在1429.1~2976.9g/min之间,相对误差不大于10.04％。因此,结合振动抑制方法,微波多普勒法的质量流量检测系统能够精确检测实验平台上和施肥机上不同肥料的质量流量。     

电容法粮食物料含水率与介电常数关系研究

粮食物料含水率是影响其介电特性的主要因素,电容法是通过粮食的介电特性来测定含水率的间接方法.试验采用圆筒式电容传感器,研究了3种粮食物料含水率与其相对介电常数的关系.试验表明,含水率与相对介电常数之间有较好的线性相关性,可以建立两者之间的数学模型.同时,不M种粮食物料的关系模型不同,相关性程度也有差异.需要建立含水率与介电常数、容积密度及环境因素等多参数之间的关系模型,才能提高电容法检测的精确度.     

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。     

土壤剖面水分传感器探头仿真与试验

为准确掌握土壤墒情信息,针对农田环境下不同作物根区土壤含水率变化难以实时观测的问题,对土壤剖面水分传感器探头进行了仿真,并通过试验验证,给出了传感器探头设计尺寸的优选方案。在建立传感器探头微量化平面电容二维模型的基础上,分析了传感器探头结构变化对探头微量化平面电容周围电场强度和电容变化的影响,确定了探头结构尺寸的最优组合。当探头铜环电极外径40 mm、内径38.4 mm、轴向长度20 mm、轴向间距15 mm时,探头的灵敏性和探测范围最优。试验结果表明,本文研究的土壤剖面水分传感器测量精度为±1.42%,具有很高的稳定性和一致性。所设计的传感器探头可以根据实际测量深度需要任意组合,满足不同作物根区深度的土壤含水率测量需求。