專利名稱：谷物聯合收割機清選損失檢測方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于谷物聯合收割機損失監測技術領域，具體涉及一種谷物聯合收割機清 選損失實時監測方法與裝置。
背景技術：
目前聯合收割機清選裝置主要采用的是風篩式結構形式，它主要是由風機和振動 清選篩組成。聯合收割機滾筒脫出混合物在風機產生的氣流和清選篩的振動作用下實現 籽粒和雜余的分離，其中籽粒透篩進入糧箱，雜余通過清選篩尾部排出，但是總會有少量的 籽粒夾雜在雜余中，并從清選篩尾部排出造成清選損失。清選損失是聯合收割機田間作業 的主要損失之一，清選損失率則是衡量聯合收割機作業性能的主要性能指標。目前，聯合收 割機清選損失的檢測通常還是采用人工方法，即將清選篩尾部的排出物(包括籽粒、莖稈、 輕雜余等)收集起來進行人工清選分離，得到損失的籽粒量。這種方法工作量大，工作強度 高，耗費時間長，不能實現清選損失的實時監測。聯合收割機田間作業時，主要還依賴操作 人員的經驗，根據田間作物的長勢情況，對聯合收割機工作參數進行主觀調整，很難保證作 業性能和質量，可見，清選損失的實時監測已成為聯合收割機發展亟待解決的難題，迄今為 止，我國尚未見性能穩定的清選損失實時監測的方法與裝置的報道。
發明內容
本發明是為了解決聯合收割機田間正常作業時清選損失準確實時監測的難題，可 以為操作人員提供聯合收割機實時清選損失情況，以保證作業質量，提高作業效率，并可以 為聯合收割機自動控制系統提供清選損失監測信號。為了達到上述目的，本發明采用的技 術方案是在聯合收割機清選篩尾部安裝敏感元件，敏感元件監測落在敏感元件區域內的 籽粒和雜余信號，將籽粒和雜余信號傳輸到信號調制電路，信號調制電路區分出籽粒信號， 將籽粒信號傳輸到二次儀表，二次儀表實時采集傳感器監測的籽粒信號、籽粒流量以及聯 合收割機清選篩振動頻率、振幅、聯合收割機前進速度等參數信息，根據監測區域內的籽粒 量與清選損失量之間的數學模型計算得到聯合收割機田間正常作業時的實時清選損失量 和清選損失率。上述方法具體是在聯合收割機振動篩尾部安裝支架一和支架二，監測傳感器的 敏感元件固定安裝在支架二上，并且在敏感元件與支架二之間加裝柔性減震阻尼片，當清 選篩尾部排出的籽粒和雜余沖擊到敏感元件上時，產生電荷信號，傳感器通過信號調制電 路將籽粒從雜余中區分出來，并輸出標準方波信號給二次儀表，二次儀表以單片機為核心， 通過高速計數器計算傳感器輸出的方波信號個數得到沖擊到傳感器上的籽粒數量，二次儀 表能夠實時采集籽粒流量、清選篩振動頻率、振幅、聯合收割機前進速度等參數，根據建立 的監測區域內籽粒量與清選損失量的數學模型，計算聯合收割機田間正常作業時的實時清 選損失量和清選損失率，計算結果可以通過二次儀表顯示和通訊輸出。所述的敏感元件監測區域內籽粒量與清選損失量的數學模型是在風篩式清選裝置試驗臺上通過臺架試驗建立，在不同作物喂入量、風機轉速、出風口角度、清選篩振動頻 率、振幅等參數條件下，將清選篩尾部排出的籽粒和雜余下落區間分為矩形網格化小區域， 收集各個小區域內的籽粒和雜余，人工清選出各個小區域內包含的籽粒，得到籽粒在清選 篩尾部排出的分布規律，建立敏感元件監測區域內的籽粒量與清選損失量之間的數學模 型，試驗臺架采用與相應聯合收割機清選裝置相同結構參數。本發明的裝置包括螺栓一、螺栓二、支架一、敏感元件、柔性減震阻尼片、信號調制 電路、二次儀表；支架一通過螺栓一固定在清選篩的尾端，支架二通過螺栓二與支架一固定 連接，敏感元件設于支架二上，敏感元件數量為2-4塊，敏感元件與支架二之間加裝柔性減 震阻尼片，螺栓二通過調節支架一與支架二之間的位置調節敏感元件與清選篩的軸向位置 和安裝角度，敏感元件與信號調制電路、二次儀表依次連接。所述的敏感元件與清選篩之間的軸向位置調節范圍100-400mm和安裝角度調節 范圍0-60°，以保證收獲水稻、小麥、油菜等不同作物時，敏感元件能夠有效監測到清選篩 尾部的籽粒信號。所述的敏感元件可采用PVDF壓電薄膜、壓電陶瓷等材料等壓電類材料，敏感元件 在支架二上的安裝數量可以為2-4塊，每塊的長寬尺寸在100 - 300mm，每片敏感元件(10) 由4-M片矩形PVDF壓電薄膜陣列式排布構成，PVDF壓電薄膜厚度30-100 μ m,當敏感元件 受到機架振動影響以及清選篩尾部分離出的籽粒和其他雜余的沖擊后將產生電荷信號。所述的柔性減震阻尼片可以是低密度海綿或橡膠等減震材料，主要用于將清選篩 引起的敏感元件剛性沖擊變為柔性沖擊，以減小振動干擾信號。所述的傳感器信號調制電路依次由電荷放大器、鑒頻器、絕對值峰值檢波放大 器、包絡線檢波器、電壓比較器和整波電路等組成。電荷放大器由于敏感元件輸出的是電荷信號，不能直接進行測量，需要通過電荷 放大器將其轉換為電壓信號。鑒頻器敏感元件的振動和籽粒沖擊產生的信號頻率不同，通過鑒頻器可以減小 振動的影響。根據聯合收割機工作參數和收獲作物的不同，鑒頻器的閾值頻率可以調節。絕對值峰值檢波放大器籽粒沖擊到敏感元件上具有隨機性，沖擊角度、速度以及 位置的不同，產生電壓信號的峰值可能為正值，也可能為負值，通過絕對值峰值檢波放大器 可以獲取籽粒沖擊信號的絕對峰值，以提高監測精度。包絡線檢波器敏感元件通常為彈性體，受到沖擊后會產生諧振，通過包絡線檢波 器可以得到一次沖擊振動信號的包絡線，消除諧振波信號的干擾。電壓比較器由于籽粒的密度和硬度通常大于其他雜余，其沖擊到敏感元件上產 生的電壓信號的峰值也較大，針對不同作物籽粒沖擊信號的特點，設定合適的電壓比較器 閾值，可以將籽粒沖擊信號和和其他雜余沖擊信號有效區分，提高籽粒計數準確性。整波電路將電壓比較器輸出信號調整為幅值和寬度一致的方波電壓信號，并輸 出給二次儀表，根據收獲作物要求的不同，方波的幅值和寬度可調。所述的二次儀表主要實現方波信號計數、聯合收割機工作參數采集和檢測數學模 型運算，能夠實時顯示清選損失總量和清選損失率計算結果，并能夠將計算結果以通訊形 式輸出°實時采集的聯合收割機工作參數包括籽粒流量、清選篩振動頻率、振幅、聯合收割
4機前進速度、風機轉速、出風口角度等參數，并根據聯合收割機的割幅、作物的產量等信息 計算聯合收割機的谷物喂入速度，為建立清選損失數學模型提供參數。二次儀表通過高速 計數器記錄傳感器輸出的方波個數，并根據所建立的數學模型計算清選損失總量和實時清 選損失率。計算結果的輸出可以是RS232、485或其它總線形式。本發明取得的效果本發明以傳感器技術與計算機技術為基礎，以科學的數學模 型為指導，實現了清選損失總量和清選損失率的實時監測，改變了傳統人工測試清選損失 的方法，節約了人力、物力，實現了清選損失監測實時性，提高了測量精度。本發明可以為操 作人員提供聯合收割機工作過程中實時夾帶損失的狀況，為聯合收割機工作參數的調整提 供依據，可以為聯合收割機工作參數的自動調控系統提供清選損失信號，以提高作業性能 和工作效率。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是敏感元件在清選篩尾部安裝位置的結構示意主視圖。圖2是敏感元件在清選篩尾部安裝位置的結構示意俯視圖。圖3是傳感器信號調制電路原理圖。圖4是二次儀表工作原理圖。圖中1抖動板2風機3吊桿一 4清選篩5吊桿二 6螺栓一 7螺栓二 8支架一 9螺栓三10敏感元件11柔性減震阻尼片12支架二 13信號調制電路14 二次儀表。
具體實施例方式
結合圖1、2。支架一 8通過螺栓一 6固定安裝在清選篩4的尾部出草口下方，支架一 8 和支架二 12通過螺栓二 7固定連接，敏感元件10通過螺栓三9固定在支架二 12上，敏感 元件10與支架二 13之間加裝柔性減震阻尼片11。柔性減震阻尼片11可以選用低密度海綿或橡膠等減震材料，主要用于將清選篩4 引起的敏感元件10剛性沖擊變為柔性沖擊，以減小振動干擾信號。改變螺栓二 7在支架一 8和支架二 12上的安裝位置，可以調節敏感元件10與清 選篩4的軸向位置和安裝角度，軸向位置調節范圍100-400mm和安裝角度調節范圍0-60°， 安裝在支架二 12上的敏感元件10數量可以為2-4片，相互之間的徑向位置可以自由調節。敏感元件10形狀為矩形，長度和寬度在100-300mm ；每片敏感元件10由片 矩形PVDF壓電薄膜陣列式排布構成，PVDF壓電薄膜厚度30-100 μ m。結合圖4，傳感器信號調制電路由電荷放大器、鑒頻器、絕對值峰值檢波放大器、包 絡線檢波器、電壓比較器和整波電路依次串聯組成，將籽粒沖擊敏感元件產生的電荷信號 轉換為標準方波電壓信號。每片敏感元件10設計獨立的信號調制電路。結合圖5，二次儀表以單片機為核心，通過高速計數器對傳感器信號調制電路輸出 的標準方波電壓信號進行計數，得到傳感器監測的籽粒數，實時監測籽粒流量、清選篩振動 頻率、振幅、聯合收割機前進速度等參數，根據聯合收割機的割幅、作物的產量等信息計算 聯合收割機的谷物喂入速度，并考慮風機轉速和出風口角度對清選損失檢測模型的影響， 計算得到清選損失總量和實時清選損失率，并能夠顯示和通訊輸出。下面結合實例做進一步的闡述清選篩4通過吊桿一 3和吊桿二 5懸掛在機架上作往復式振動，支架一 8、支架二 12 以及敏感元件10隨之作同頻率振動，風機2安裝在清選篩4的前下方，工作過程中，抖動板 1將聯合收割機滾筒脫出混合物輸送到清選篩4上，在風機2產生的氣流和清選篩4的振動 作用下實現籽粒和雜余的分離，其中籽粒透篩進入糧箱，雜余通過清選篩4尾部排出，少量 籽粒夾雜在雜余中從清選篩4尾端排出造成清選損失。當從清選篩4尾部排出的籽粒和雜余沖擊敏感元件10的表面時，敏感元件10產 生壓電信號，通過電荷放大器將其轉換為電壓信號，根據籽粒、雜余的沖擊信號和聯合收割 機振動信號頻率的不同，設定鑒頻器參數，消除振動影響，通過絕對值峰值檢波放大器和包 絡線檢波器得到一次籽粒沖擊振動信號的包絡線，消除諧振波信號的干擾。由于籽粒的密 度和硬度通常大于其他雜余，其沖擊到敏感元件上產生的電壓信號的峰值也較大，通過設 定合適的電壓比較器閾值，可以將籽粒沖擊信號和和其他雜余沖擊信號有效區分，最后通 過整波電路調整輸出信號的幅值和寬度，從而實現籽粒沖擊一次，傳感器信號調制電路13 輸出一個標準方波電壓。通過清選臺架試驗，在不同作物喂入量、風機轉速、出風口角度、清選篩振動頻率、 振幅等參數條件下，將清選篩4尾部排出的籽粒和雜余下落區間分為矩形網格化小區域， 收集各個小區域內的籽粒和雜余，人工清選出各個小區域內包含的籽粒，得到籽粒在清選 篩4尾部排出的分布規律，建立敏感元件10監測區域內的籽粒量與清選損失量之間的數學 模型，并將其輸入二次儀表14的單片機中，工作過程中，二次儀表14實時監測籽粒流量、清 選篩振動頻率、振幅、聯合收割機前進速度等參數，并根據建立的數學模型計算清選損失總 量和實時清選損失率，結果可以實時顯示，也可以通訊輸出。聯合收割機田間作業時，清選損失實時測量相對誤差小于5%。
權利要求
1.一種谷物聯合收割機谷物清選損失檢測方法，其特征在于，在聯合收割機清選篩 (4)尾部安裝敏感元件(10)，敏感元件(10)監測落在敏感元件(10)區域內的籽粒和雜余信 號，將籽粒和雜余信號傳輸到信號調制電路(13)，信號調制電路(13)區分出籽粒信號，將 籽粒信號傳輸到二次儀表(14)，二次儀表(14)實時采集傳感器監測的籽粒信號、籽粒流量 以及聯合收割機工作參數信息，根據監測區域內的籽粒量與清選損失量之間的數學模型計 算得到聯合收割機田間正常作業時的實時清選損失量和清選損失率。
2.根據權利要求1所述的谷物聯合收割機谷物清選損失檢測方法，其特征在于，所述 敏感元件(10)監測區域內的籽粒量與清選損失量之間的數學模型為在風篩式清選裝置試 驗臺上通過臺架試驗建立，臺架的主要結構參數與相應聯合收割機清選裝置相同；將清選 篩(4)尾部排出的籽粒和雜余下落區間分為矩形網格化小區域，收集各個小區域內的籽粒 和雜余，人工清選出各個小區域內包含的籽粒，得到籽粒在清選篩(4)尾部排出的分布規 律，建立敏感元件(10)監測區域內的籽粒量與清選損失量之間的數學模型，模型引入作物 喂入量、風機轉速、出風口角度、清選篩振動頻率、振幅等工作參數的影響。
3.實施權利要求1所述谷物聯合收割機谷物清選損失檢測方法的裝置，其特征在于， 包括螺栓一(6)、螺栓二(7)、支架一(8)、敏感元件(10)、柔性減震阻尼片(11)、信號調制電 路(13)、二次儀表(14)；支架一(8)通過螺栓一(6)固定在清選篩(4)的尾端，支架二(12) 通過螺栓二(7)與支架一(8)固定連接，敏感元件(10)設于支架二(12)上，敏感元件(10) 數量為2-4塊，敏感元件(10)與支架二(12)之間加裝柔性減震阻尼片(11)，螺栓二(7)通 過調節支架一(8)與支架二(12)之間的位置調節敏感元件(10)與清選篩(4)的軸向位置 和安裝角度，敏感元件(10)與信號調制電路(13)、二次儀表(14)依次連接。
4.根據權利要求3所述的谷物聯合收割機谷物清選損失檢測裝置，其特征在于，所述 敏感元件(10)形狀為矩形，長度和寬度在100-300mm ；每片敏感元件(10)由4- 片矩形 PVDF壓電薄膜陣列式排布構成，PVDF壓電薄膜厚度30-100 μ m。
5.根據權利要求3所述的谷物聯合收割機谷物清選損失檢測裝置，其特征在于，所述 敏感元件(10)形狀為矩形，長度和寬度在100-300mm ；每片敏感元件(10)由4- 片矩形 壓電陶瓷陣列式排布構成。
6.根據權利要求3所述的谷物聯合收割機谷物清選損失檢測裝置，其特征在于，所述 調節敏感元件(10)的軸向位置調節范圍100-600mm和安裝角度調節范圍0-60°。
7.根據權利要求3所述的谷物聯合收割機谷物清選損失檢測裝置，其特征在于，所述 信號調制電路(13)依次由電荷放大器、鑒頻器、絕對值峰值檢波放大器、包絡線檢波器、電 壓比較器和整波電路串聯組成，敏感元件(10)監測到一次籽粒沖擊，信號調制電路(13)輸 出一個標準方波電壓信號。
8.根據權利要求3所述的谷物聯合收割機谷物清選損失檢測裝置，其特征在于，所述 二次儀表(14)以單片機為核心，通過高速計數器記錄信號調制電路(13)輸出的標準方波 電壓信號，并實時監測籽粒流量、清選篩振動頻率、振幅、聯合收割機前進速度參數，根據清 選損失檢測數學模型，實時計算得到清選損失總量和清選損失率，計算結果通過二次儀表 (14)顯示和通訊輸出。
全文摘要
本發明為一種谷物聯合收割機清選損失實時監測方法與裝置，屬于谷物聯合收割機損失監測技術領域，主要用于聯合收割機收獲小麥、水稻、油菜等谷物時清選損失的測量。本發明在聯合收割機振動清選篩尾部安裝壓電敏感元件，用來采集監測區域內清選篩尾部排出混合物的沖擊信號，通過傳感器信號調制電路將清選損失籽粒從其他雜余中識別出來，并以標準方波電壓信號輸出。二次儀表實時采集信號參數，根據事先建立的監測區域內籽粒量與清選損失籽粒量的關系模型進行運算，得出聯合收割機田間正常作業時的清選損失量和清選損失率。本發明實現了清選損失的實時監測，提高了測量精度，可以為聯合收割機自動控制系統提供清選損失信號。
文檔編號A01D41/127GK102090207SQ201010603079
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者李耀明, 趙湛, 陳義, 陳進 申請人:江蘇大學