一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置及方法，該裝置包括流量檢測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出裝置，該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)分別與該流量檢測(cè)傳感器及該數(shù)據(jù)輸出裝置連接，該流量檢測(cè)傳感器為電容極板陣列傳感器，包括檢測(cè)電極、保護(hù)電極、屏蔽罩和絕緣層，該絕緣層包覆在該采棉機(jī)的輸棉管管壁外側(cè)，該檢測(cè)電極包括多對(duì)分別固定在該絕緣層外側(cè)的檢測(cè)電極板，該保護(hù)電極包括多個(gè)保護(hù)電極板，該保護(hù)電極板分別固定在該多對(duì)檢測(cè)電極板的每相鄰兩個(gè)檢測(cè)電極板之間，該檢測(cè)電極板與該保護(hù)電極板絕緣。該方法包括獲得電壓變化信號(hào)、獲得棉花質(zhì)量變化流量分量、獲得棉花質(zhì)量流量瞬態(tài)數(shù)值、獲得棉花質(zhì)量流量數(shù)值及輸出棉花質(zhì)量流量數(shù)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采棉機(jī)棉花流量計(jì)量方法及裝置，特別是一種基于電容法的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量的檢測(cè)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于主要糧食作物收割機(jī)的產(chǎn)量傳感器已有通用化產(chǎn)品，主要有沖擊式、Y射線式和光電式容積式等流量傳感器，用于John Deere、Case以及AGCO Massey Ferguson等聯(lián)合收割機(jī)上。
[0003]棉花是我國(guó)主要經(jīng)濟(jì)作物，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民收入中占有舉足輕重的作用。由于棉花密度小，在采棉機(jī)中全靠風(fēng)力傳送，輸棉管為全封閉機(jī)構(gòu)，要求管道暢通，無(wú)法在內(nèi)部安裝傳感器，產(chǎn)量測(cè)量困難。
[0004]國(guó)外對(duì)棉花流量傳感器的研究始于20世紀(jì)90年代，Wilkerson提出了一種基于透射光線密度變化的產(chǎn)量檢測(cè)方法，但受田間環(huán)境光線影響，經(jīng)改進(jìn)提高了田間作業(yè)檢測(cè)精度，Ruixiu Su1、J.A.Thomasson等人設(shè)計(jì)了光線反射式棉花產(chǎn)量傳感器,光線收發(fā)器件同側(cè)安裝，單接口輸出，通過(guò)對(duì)光照及環(huán)境溫度的補(bǔ)償，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能，但安裝難度大，推廣困難。Funk發(fā)現(xiàn)垂直氣流輸送管道中氣流壓差與棉花質(zhì)量流量存在一定關(guān)系，J.Joseph利用微波原理獲取信號(hào)的頻域信息，經(jīng)快速傅里葉變換得到流量信息。由于棉花含水率變化對(duì)微波信號(hào)影響大，該方法仍存在局限性。Carlos Luz借助于透射式超聲波傳感器研究了棉花質(zhì)量與超聲波能量衰減的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者之間顯著相關(guān)。但受環(huán)境溫度和散射光線及器件表面覆土等影響，需要對(duì)傳感器進(jìn)行清理及標(biāo)定，降低了系統(tǒng)的易用性。
[0005]國(guó)內(nèi)對(duì)棉花流量傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)的研究是在國(guó)外的基礎(chǔ)上完成，現(xiàn)在引進(jìn)的美國(guó)AgLeader公司的棉花產(chǎn)量傳感器，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)我國(guó)棉花種植農(nóng)藝不同，導(dǎo)致光電傳感器的發(fā)射探頭容易被灰塵、棉絮及碎屑等覆蓋，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可直接安裝在采棉機(jī)上對(duì)棉花產(chǎn)量在線檢測(cè)的測(cè)量精度和可靠性高的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置及方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，安裝在采棉機(jī)上用于對(duì)棉花產(chǎn)量的在線檢測(cè)，包括流量檢測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出裝置，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)分別與所述流量檢測(cè)傳感器及所述數(shù)據(jù)輸出裝置連接，其中，所述流量檢測(cè)傳感器為電容極板陣列傳感器，所述電容極板陣列傳感器包括檢測(cè)電極、保護(hù)電極、屏蔽罩和絕緣層，所述絕緣層包覆在所述采棉機(jī)的輸棉管管壁外側(cè)，所述檢測(cè)電極包括多對(duì)檢測(cè)電極板，每對(duì)檢測(cè)電極板組成一組電容傳感器，所述多對(duì)檢測(cè)電極板分別固定在所述絕緣層外側(cè)，所述保護(hù)電極包括多個(gè)保護(hù)電極板，所述保護(hù)電極板分別固定在所述多對(duì)檢測(cè)電極板的每相鄰兩個(gè)檢測(cè)電極板之間，所述檢測(cè)電極板與所述保護(hù)電極板絕緣，所述屏蔽罩包覆在所述檢測(cè)電極和所述保護(hù)電極外側(cè)，所述保護(hù)電極與所述屏蔽罩的屏蔽外殼均接地。
[0008]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，其中，所述多對(duì)檢測(cè)電極板圍繞所述輸棉管的圓心中心對(duì)稱(chēng)分布，所述保護(hù)電極板沿所述輸棉管的半徑方向設(shè)置。
[0009]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，其中，還包括水分檢測(cè)傳感器，所述水分檢測(cè)傳感器與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0010]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，其中，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)為信號(hào)調(diào)理電路板，所述信號(hào)調(diào)理電路板包括電容/電壓轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和通信接口，所述電容/電壓轉(zhuǎn)換模塊將各組所述電容傳感器的檢測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓變化信號(hào)，通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集控制模塊計(jì)算出擬合的棉花流量變化量并進(jìn)行信號(hào)放大，所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將放大后的所述棉花流量變化量由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)所述通信接口將處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)輸送到所述數(shù)據(jù)輸出裝置。
[0011]為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，用于棉花產(chǎn)量的在線檢測(cè)，其中，包括如下步驟:
[0012]S 1、獲得電壓變化信號(hào)，測(cè)量電容極板陣列傳感器的各組電容傳感器的電容值變化量，通過(guò)電容/電壓轉(zhuǎn)換模塊，將各對(duì)電容的變化量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓變化信號(hào)；
[0013]S2、獲得棉花質(zhì)量變化流量分量，測(cè)定每組電容傳感器的棉花質(zhì)量變化，并將所述電壓變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于每組電容傳感器的棉花質(zhì)量變化流量分量；
[0014]S3、獲得棉花質(zhì)量流量瞬態(tài)數(shù)值，對(duì)所述每組電容傳感器的棉花質(zhì)量變化流量分量進(jìn)行疊加，得到棉花質(zhì)量流量瞬態(tài)數(shù)值；
[0015]S4、獲得棉花質(zhì)量流量數(shù)值，計(jì)算采棉機(jī)輸棉管道內(nèi)棉花的平均速度，根據(jù)物料質(zhì)量一電容函數(shù)關(guān)系得到傳感器內(nèi)棉花的瞬態(tài)質(zhì)量，結(jié)合棉花流動(dòng)速度，積分運(yùn)算得到棉花質(zhì)量流量數(shù)值；
[0016]S5、輸出棉花質(zhì)量流量數(shù)值，將得到的所述棉花質(zhì)量流量數(shù)值輸送到數(shù)據(jù)輸出裝置。
[0017]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其中，在步驟S4中，包括:
[0018]分別檢測(cè)安裝在所述輸棉管道軸向分布的兩對(duì)電容傳感器的數(shù)值，用互相關(guān)法測(cè)量上位所述電容傳感器和下位所述電容傳感器的測(cè)量信號(hào)的間隔時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)上下位所述電容傳感器的中心間距計(jì)算管道內(nèi)棉花平均速度。
[0019]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其中，在步驟S5之前，還包括:
[0020]S50、數(shù)據(jù)放大和處理，將所述棉花質(zhì)量流量數(shù)值進(jìn)行信號(hào)放大和濾波處理，并將放大后的所述棉花質(zhì)量流量由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0021]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其中，所述互相關(guān)法的計(jì)算公式如下:
[0022]/U々) =士 t(胃廠“)
[0023]式中，Rxy為互相關(guān)函數(shù)的最大值，
[0024]k = 1,2,......，N, N為用于互相關(guān)計(jì)算的采樣點(diǎn)數(shù)，
[0025]C1, C2為兩組沿輸棉管道軸向分布的電容傳感器，
[0026]i為第i對(duì)檢測(cè)電極板。
[0027]上述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其中，所述棉花質(zhì)量流量的計(jì)算公式如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，安裝在采棉機(jī)上用于對(duì)棉花產(chǎn)量的在線檢測(cè)，包括流量檢測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出裝置，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)分別與所述流量檢測(cè)傳感器及所述數(shù)據(jù)輸出裝置連接，其特征在于，所述流量檢測(cè)傳感器為電容極板陣列傳感器，所述電容極板陣列傳感器包括檢測(cè)電極、保護(hù)電極、屏蔽罩和絕緣層，所述絕緣層包覆在所述采棉機(jī)的輸棉管管壁外側(cè)，所述檢測(cè)電極包括多對(duì)檢測(cè)電極板，每對(duì)檢測(cè)電極板組成一組電容傳感器，所述多對(duì)檢測(cè)電極板分別固定在所述絕緣層外側(cè)，所述保護(hù)電極包括多個(gè)保護(hù)電極板，所述保護(hù)電極板分別固定在所述多對(duì)檢測(cè)電極板的每相鄰兩個(gè)檢測(cè)電極板之間，所述檢測(cè)電極板與所述保護(hù)電極板絕緣，所述屏蔽罩包覆在所述檢測(cè)電極和所述保護(hù)電極外側(cè)，所述保護(hù)電極與所述屏蔽罩的屏蔽外殼均接地。
2.如權(quán)利要求1所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，其特征在于，所述多對(duì)檢測(cè)電極板圍繞所述輸棉管的圓心中心對(duì)稱(chēng)分布，所述保護(hù)電極板沿所述輸棉管的半徑方向設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括水分檢測(cè)傳感器，所述水分檢測(cè)傳感器與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)為信號(hào)調(diào)理電路板，所述信號(hào)調(diào)理電路板包括電容/電壓轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和通信接口，所述電容/電壓轉(zhuǎn)換模塊將各組所述電容傳感器的檢測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓變化信號(hào)，通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集控制模塊計(jì)算出擬合的棉花流量變化量并進(jìn)行信號(hào)放大，所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將放大后的所述棉花流量變化量由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)所述通信接口將處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)輸送到所述數(shù)據(jù)輸出裝置。
5.一種采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，用于棉花產(chǎn)量的在線檢測(cè)，其特征在于，包括如下步驟:· 51、獲得電壓變化信號(hào)，測(cè)量電容極板陣列傳感器的各組電容傳感器的電容值變化量，通過(guò)電容/電壓轉(zhuǎn)換模塊，將各對(duì)電容的變化量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓變化信號(hào)； 52、獲得棉花質(zhì)量變化流量分量，測(cè)定每組電容傳感器的棉花質(zhì)量變化，并將所述電壓變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于每組電容傳感器的棉花質(zhì)量變化流量分量； 53、獲得棉花質(zhì)量流量瞬態(tài)數(shù)值，對(duì)所述每組電容傳感器的棉花質(zhì)量變化流量分量進(jìn)行疊加，得到棉花質(zhì)量流量瞬態(tài)數(shù)值； 54、獲得棉花質(zhì)量流量數(shù)值，計(jì)算采棉機(jī)輸棉管道內(nèi)棉花的平均速度，根據(jù)物料質(zhì)量一電容函數(shù)關(guān)系得到傳感器內(nèi)棉花的瞬態(tài)質(zhì)量，結(jié)合棉花流動(dòng)速度，積分運(yùn)算得到棉花質(zhì)量流量數(shù)值； 55、輸出棉花質(zhì)量流量數(shù)值，將得到的所述棉花質(zhì)量流量數(shù)值輸送到數(shù)據(jù)輸出裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟S4中，包括: 分別檢測(cè)安裝在所述輸棉管道軸向分布的兩對(duì)電容傳感器的數(shù)值，用互相關(guān)法測(cè)量上位所述電容傳感器和下位所述電容傳感器的測(cè)量信號(hào)的間隔時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)上下位所述電容傳感器的中心間距計(jì)算管道內(nèi)棉花平均速度。
7.如權(quán)利要求5或6所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟S5之前，還包括: S50、數(shù)據(jù)放大和處理，將所述棉花質(zhì)量流量數(shù)值進(jìn)行信號(hào)放大和濾波處理，并將放大后的所述棉花質(zhì)量流量由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其特征在于，所述互相關(guān)法的計(jì)算公式如下:

9.如權(quán)利要求8所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其特征在于，所述棉花質(zhì)量流量的計(jì)算公式如下:
10.如權(quán)利要求9所述的采棉機(jī)棉花質(zhì)量流量檢測(cè)方法，其特征在于，
【文檔編號(hào)】G01F1/86GK103542903SQ201210242092
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】李樹(shù)君, 苑嚴(yán)偉, 周利明, 張俊寧, 董鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院