[發明專利]一種陣列紅外光電式谷物流量測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201710992713.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107873233A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 趙湛;雷朝鵬;田春杰;劉金凱
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01D41/12
• 分類號: A01D41/12;G01F1/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種陣列紅外光電式谷物流量測量裝置，其特征在于，包括基座(1)、刮板(2)、紅外線接收器(3)、絲杠(5)、步進電機(7)、位移傳感器(8)、紅外線發生器(9)、蓋板(10)、滑塊(11)、I/V信號處理電路(12)、控制器(13)和電機驅動器(14)；

所述基座(1)的底板中心線方向安裝滑臺底座(4)，所述步進電機(7)安裝在基座(1)的上側板、且步進電機(7)的輸出軸通過聯軸器(6)連接絲杠(5)的一端，絲杠(5)的另一端穿過滑塊(11)的內螺紋，所述刮板(2)為U型，刮板(2)的側面固定安裝于滑塊(11)的外端面，在步進電機(7)的驅動和絲杠(5)和滑塊(11)構成螺紋傳動機構作用下，所述刮板(2)可在基座(1)內沿中心線作水平直線運動；

所述位移傳感器(8)的底座固定安裝于基座(1)的底板，位移傳感器(8)的測量端固定連接于刮板(2)，并隨著刮板(2)作同步直線運動，用于測量刮板(2)的位移；

陣列紅外線接收器(3)和陣列紅外線發生器(9)的數量為n組，陣列紅外線接收器(3)和陣列紅外線發生器(9)分別安裝在所述基座(1)的左、右側板上、且每組紅外線接收器(3)和紅外線發生器(9)的位置一一對應；基座(1)上端面安裝蓋板(10)，整個測量裝置為長方體封閉結構；

所述紅外線接收器(3)通過I/V信號處理電路(12)與控制器(13)連接，所述控制器(13)分別與位移傳感器(8)和電機驅動器(14)連接；所述電機驅動器(14)與步進電機(7)連接；陣列紅外線接收器(3)輸出的光電流信號輸入I/V信號處理電路(12)，I/V信號處理電路(12)輸出的電壓信號輸入控制器(13)；所述位移傳感器(8)輸出的位移信號輸入控制器(13)；所述控制器(13)輸出信號控制電機驅動器(14)驅動步進電機(7)運轉；所述控制器(13)建立有谷物厚度監測模型監測獲得刮板(2)內不同位置的谷物的厚度，通過計算谷物的橫截面積，將谷物截面積和由采樣周期內的谷物位移增量進行乘積得到瞬時谷物容積，瞬時谷物容積乘以谷物容重系數計算得到瞬時谷物流量，對瞬時谷物流量進行時間積分得到谷物流量。

2.根據權利要求1所述的陣列紅外光電式谷物流量測量裝置，其特征在于，所述紅外線接收器(3)和紅外線發生器(9)在坐標Z方向位置相同；每組位置一一對應的所述紅外線接收器(3)和紅外線發生器(9)中心線一致，紅外線發生器(9)發出的激光信號被對應的紅外線接收器(3)接收；

陣列紅外線接收器(3)和陣列紅外線發生器(9)在坐標X方向均勻分布在刮板(2)的寬度范圍內，間距為l。

3.根據權利要求1所述的陣列紅外光電式谷物流量測量裝置，其特征在于，所述I/V信號處理電路(12)包括依次連接的：由運算放大器A組成的T型反饋電流-電壓轉換電路、由運算放大器B組成的比例放大電路和由運算放大器C組成電壓跟隨器電路。

4.根據權利要求1所述的陣列紅外光電式谷物流量測量裝置，其特征在于，還包括顯示器(15)；所述顯示器(15)與控制器(13)連接；所述控制器(13)輸出的瞬時谷物流量和刮板(2)內谷物的流量輸出給顯示器(15)顯示。

5.一種根據權利要求1-4任意一項所述陣列紅外光電式谷物流量測量裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

所述控制器(13)控制步進電機(7)驅動絲杠(5)和滑塊(11)構成的螺紋傳動機構運動，帶動谷物在刮板(2)內沿基座(1)中心線作水平直線運動，控制器(13)采集位移傳感器(8)輸出的位移信號，計算得到刮板(2)運動速度v₀，并根據采樣頻率f的優化方法確定采樣頻率f₀和谷物位移增量Δz；

陣列紅外線接收器(3)接收紅外線發生器9的信號并將輸出的光電流信號輸入I/V信號處理電路(12)，I/V信號處理電路(12)輸出的電壓信號V_out輸入控制器(13)；所述控制器(13)根據谷物厚度監測模型監測獲得不同時間內刮板(2)里不同位置的谷物的厚度d，通過計算谷物的橫截面積，將谷物截面積和采樣周期內的谷物位移增量Δz進行乘積得到瞬時谷物容積dV，瞬時谷物容積dV乘以谷物容重系數k計算得到瞬時谷物流量dm，對瞬時谷物流量dm進行時間積分得到谷物流量m。