[發(fā)明專利]一種籽棉流量測量裝置及方法

有效

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• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103048025A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 馬蓉;沈磊;岑紅蕾
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 主分類號: G01F1/80
• 分類號: G01F1/80
• 代理公司: 北京中恒高博知識產(chǎn)權代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

技術領域

本發(fā)明涉及稀相輸送過程中，對氣固兩相流固體的質(zhì)量流量進行測量的技術，具體的說是一種應用于棉花質(zhì)量流量進行測量的裝置和方法。?

背景技術

在精細農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，采用采棉機收獲棉花時，需要對收獲的棉花進行實時稱重，以獲得棉花的產(chǎn)量及各小區(qū)的差異。由于棉花不同于谷物及類似作物的流動特性，像沖擊式、光電式容積式及刮板輪式容積流量傳感器都不適合棉花及類似作物的產(chǎn)量測量。光學傳感器測量方法及測量裝置可以通過測量棉花流過傳感器截面時引起的光強衰減，探測器將光強變化轉(zhuǎn)化為頻率信號的變化，從而研究單位時間內(nèi)流過管道的棉花質(zhì)量與接收到的累積光強之間的關系，建立棉花質(zhì)量流量在線測量模型。光學法測量為非接觸式測量，因此具有快速、準確的優(yōu)點。?

發(fā)明內(nèi)容

針對目前棉花等類似作物產(chǎn)量測量的問題，本發(fā)明的目的是提供一種抗干擾能力強、計量準確的籽棉流量測量裝置。?

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來具體實現(xiàn)：?

一種籽棉流量測量裝置，包括作為發(fā)射端的發(fā)射器陣列、作為接收端的探測器陣列和控制模塊，發(fā)射器陣列和探測器陣列安裝于輸棉通道兩側(cè)，所述發(fā)射器陣列和探測器陣列正對應設置，所述探測器陣列中的每個探測器內(nèi)部設有一個光/頻轉(zhuǎn)換器，所有所述光頻轉(zhuǎn)換器與數(shù)字輸出電路連接，并且所述數(shù)字輸出電路與計數(shù)器接口電路連接，所述發(fā)射器陣列、探測器陣列以及與它們連接的電路均由控制模塊進行控制。

探測器陣列與發(fā)射器陣列平行安裝于輸棉通道上，且探測器陣列的各探測器與發(fā)射器陣列的各發(fā)射器一一對正。?

所述發(fā)射器陣列中的每個發(fā)射器內(nèi)部設有降壓穩(wěn)壓電路；所述探測器陣列中的每個探測器內(nèi)部設有抗干擾電路。?

所述抗干擾電路中采用隔離DC-DC模塊，將模擬電路與數(shù)字電路分開，模擬地與數(shù)字地僅在唯一點相連，電源線和地線同時加粗；并在易受到電磁干擾的部位增設地線或用寬地線環(huán)繞。?

發(fā)射器陣列是由5個LED燈管組成的陣列，提供穩(wěn)定光源。探測器是由5個光頻轉(zhuǎn)換電路構成的陣列，將光量變化轉(zhuǎn)換成頻率變化。發(fā)射器單元5個LED燈管共用兩根線（一根電源線，一根地線），電壓是通過SP7656降壓型穩(wěn)壓器把采棉機的12V電源轉(zhuǎn)化成的5V電壓。探測器的信號輸出有5根信號線，分別接向微處理器的計數(shù)器端口，一根公共電源線接向微處理器5V電源接口，一根公共地線接向微處理器的地線接口。?

光電接收器的靈敏度直接影響測量的精度，本發(fā)明中采用的是光/頻轉(zhuǎn)換器TSL235，具有接口簡單、安裝方便的特點，其只有一根信號線，只需提供+5V的電源就可輸出頻率信號且信號傳輸距離遠。?

探測器陣列各光頻電路的感應來自各對應LED的光照水平變化。?

發(fā)射器陣列與探測器陣列之間的多個發(fā)射器-探測器通道均勻分布于輸棉通道的寬度方向或高度方向，即位于兩端的發(fā)射器-探測器通道分別靠近輸棉通道的左右兩側(cè)或上下兩側(cè)，位于中間的發(fā)射器-探測器通道均勻分布。?

一種籽棉流量測量方法，包括：?

由發(fā)射端發(fā)射信號，由接收端接收信號，并對接收的信號進行光/頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并對數(shù)字信號按單位時間進行累積，得到棉花質(zhì)量流量。

根據(jù)該流量測量裝置發(fā)射器-探測器副接收單元輸出的頻率，采集一系列p_i值，取出p_i的最大值b_i（一般取沒有棉花流過管道時的探測器頻率輸出值作為基準值），對采集的一系列p_i值歸一化處理，得出歸一化差值x_i（即x_i=(b_i-p_i)/?b_i），然后由歸一化差值x_i及相關需校正參數(shù)可以推算出輸棉管道的棉花質(zhì)量流量M：?

式中

M——物料的總質(zhì)量流量；

K——需要通過實驗校正得出的標量值；

m——傳感器元件內(nèi)的發(fā)射器—探測器副的數(shù)目；

C_i——第i個發(fā)射器—探測器副的權重系數(shù)（通過校正確定），補償管道截面上流速的變異；

x_i——第i個發(fā)射器—探測器副的歸一化差值；即x_i=(b_i-p_i)/?b_i；

u——描述流量關于x_i函數(shù)的變化比率冪指數(shù)。