基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置研制

发布时间：2020-06-28 09:02

【摘要】：谷物流量在线监测是获取谷物产量信息的关键环节,通过研究谷物产量差异性分布和农业生产资料投入情况,有助于分析不同农业生产资料对作物生长的影响,既是对当前农田作业管理效益的表征,也是下一轮农田作业精准管理的决策依据。目前,谷物流量监测系统已成为国外大型联合收获机的标准配件,且系统性能良好,而国内谷物流量监测技术研究起步较晚,仍处于试验阶段。国外谷物流量监测系统主要用于大型联合收获机上,且价格昂贵,不适合我国中小型收获机引进使用。国内刮板式输粮装置的联合收获机已有谷物流量监测系统主要采用单一红外光结构,无法完整表征刮板上不规则分布谷物信息。针对上述情况,本文设计了基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置,实现谷物流量相关信息的实时监测、显示与存储。本文主要研究内容和成果如下:1)基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置硬件设计。研究影响激光对射阵列的谷物流量在线监测装置性能的因素,针对其影响因素进行了总体方案设计、传感器固定支架设计及测量电路设计。在线监测装置主要由对射式激光传感器、速度传感器、GPS有源天线和GPS模块、升运器转速传感器和前进速度传感器信号处理电路、GPS模块信号处理电路、CAN通讯电路及显示模块等组成。特别对激光对射阵列排列方式进行了设计,为获取最佳表征谷物分布的激光对射阵列,选取4种不同的激光对射阵列排列方式,进行了单因素体积测量试验。2)基于激光对射阵列的谷物流量监测方法研究。分析谷物流量监测方法及原理,针对联合收获机刮板式输粮装置内谷物分布不均、流量难以测量的问题,提出了采用激光对射阵列进行谷物流量监测的方法。利用分层积分原理将谷物体积测量转化为对激光对射阵列和升运器转速传感器信号测量,结合谷物容重计算谷物质量。为了研究刮板式输粮装置内谷物分布情况,利用EDEM离散元仿真分析软件进行了水稻颗粒堆积仿真试验,并通过MATLAB软件对水稻颗粒堆积角进行测定,获取体积补偿参数。3)基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置软件设计。针对装置功能设计要求,对基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置进行软件设计。系统软件设计主要包括:主程序、速度采集与处理程序、参数设置程序、流量数据采集与处理程序、定位信息接收与解析程序、LCD显示程序和CAN通讯程序。其中,速度采集与处理程序实现联合收获机前进速度和刮板输粮装置升运速度的获取;参数设置程序实现谷物容重信息设置。4)基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置台架性能试验。在完成谷物流量在线监测装置软、硬件设计和谷物流量监测方法研究的基础上,进行了刮板式输粮装置的谷物流量标定试验台设计,并开展了室内台架试验。台架试验结果表明,在试验台空载运行条件下,升运器转速传感器测量结果相对误差≤2.00%;在谷物含水率相同的情况下,基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置测量结果相对误差≤4.00%,基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置在台架试验条件下可实现谷物流量在线监测及显示,为刮板式输粮装置的联合收获机流量在线监测和在线测产提供技术支撑。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S225.3
【图文】：

原理图,测量原理,动量原理

c)γ射线式传感器测量原理 d)容积式传感器测量原理图 1.1 谷物流量测量原理图Fig.1.1 Principle Diagram of Grain Flow Measurement研究现状内谷物流量实时监测技术研究起步较晚，谷物流量监测系统尚处于研未实现标准化生产。随着精准农业概念的引进以及各大研究所和高校，国内谷物流量监测系统研究也取得了一定的研究成果和产品研发经国农业大学研发了基于动量原理的冲量式谷物流量传感器，该传感器敏感梁上的应变片感应敏感梁形变，将谷物流对受力板的冲击力转化输出，而输出电压信号大小与谷物流量成线性关系，通过测量输出电谷物流量测量[22-25]。崔迪[26]等提出采用光电对射开关测量谷物流量麦喂入量在 0.1-0.2kg/s 之间时，测量误差≤3.00%。除此之外，中还进行了基于γ射线衰减原理的谷物流量在线监测方法研究[27-28]。苏大学陈树人等采用双板差分消振原理进行了基于动量原理的谷物

在线监测装置,联合收获机,田间作业,监测方案

图 1.2 谷物流量在线监测装置研究路线图Fig.1.2 Research Road Map of Grain Flow Online Monitoring Devic 所示为基于激光对射阵列的谷物流量在线监测装置研究骤进行：国外关于谷物流量监测系统研究成果的相关文献，对比分测系统技术的优缺点，结合国内联合收获机田间作业实际情的刮板式输粮装置的联合收获机谷物流量监测方案。国内已有谷物流量在线监测装置的研究成果，分析其优点

【参考文献】