[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

技術領域

本發明屬于農業機械測量技術研究領域，具體涉及一種陣列紅外光電式谷物流量測量裝置及方法。

背景技術

谷物流量監測是聯合收獲機智能化技術的重要組成部分，也是獲取作物產量空間分布信息的主要途徑。

目前，谷物流量測量主要采用了沖量法和容積法，其中沖擊式谷物流量傳感器一般安裝在谷物升運器出口位置，通過測量沖擊力計算谷物的質量，它容易受到機器振動、地形姿態、谷物沖擊速度等因素的干擾，測量誤差較大、適應性差。

容積式流量測量法是依據在不同介質中傳播時光強隨傳播距離而作指數衰減特性，即通過谷物對光電式傳感器發射光線的遮擋時間測量谷物體積，遮擋時間的確定則是通過設定光電傳感器輸出信號的閾值來實現的，如德國ClassRDS Ceres II System光電測量系統、陳進提出的公開號為CN201610654639.0的“一種基于激光對射式陣列傳感器的谷物流量測量裝置及方法”等。作為一種非接觸測量方法，它對適應農田復雜作業環境的適應性較強，但測量精度也會受到許多因素的影響，如光源對不同品種谷物的穿透和衰減特性的穩定性、光源發生器和接收器表面積灰、升運器速度的波動。此外，由于收獲機作業過程中的振動和機體傾斜等造成谷物在升運器內形狀的不規則也是影響測量精度的重要因素，而現有的通過測量光電信號的遮擋時間的測量方法，對于形狀不規則谷物體積的測量誤差較大。

因此，本發明提出一種新型陣列紅外光電式谷物流量測量方法，并設計了光電信號處理電路和谷物流量監測標定裝置，結合測量采樣頻率的優化調整，綜合提高形狀不規則谷物流量的測量精度和適應性，有著重要的理論研究意義和實用價值，目前未見有公開研究報道。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題提供一種陣列紅外光電式谷物流量測量裝置及方法，在升運器基座左、右側板上分別安裝陣列對射式紅外光電傳感器，通過建立的谷物厚度監測模型測量刮板內不同位置的谷物的厚度，根據谷物厚度變化特征分別建立擬合方程計算谷物的橫截面積；采用位移傳感器測量刮板的位移變化，并根據系統的采樣頻率計算每個周期的位移增量；最終將谷物截面積和位移增量進行積分計算得到瞬時谷物容積，并依據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。

本發明的技術方案是：一種陣列紅外光電式谷物流量測量裝置，包括基座、刮板、紅外線接收器、絲杠、步進電機、位移傳感器、紅外線發生器、滑塊、I/V信號處理電路、控制器和電機驅動器；

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

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

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

所述紅外線接收器通過I/V信號處理電路與控制器連接，所述控制器分別與位移傳感器和電機驅動器連接；所述電機驅動器與步進電機連接；陣列紅外線接收器輸出的光電流信號輸入I/V信號處理電路，I/V信號處理電路輸出的電壓信號輸入控制器；所述位移傳感器輸出的位移信號輸入控制器；所述控制器輸出信號控制電機驅動器驅動步進電機運轉；所述控制器建立有谷物厚度監測模型監測獲得刮板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。

上述方案中，所述紅外線接收器和紅外線發生器在坐標Z方向位置相同；每組位置一一對應的所述紅外線接收器和紅外線發生器中心線一致，紅外線發生器發出的激光信號被對應的紅外線接收器接收；

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

上述方案中，所述I/V信號處理電路包括依次連接的：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。