本發(fā)明涉及了一種顆粒碰撞傳感器，尤其是涉及了一種基于PVDF的雙層十字交叉結(jié)構(gòu)顆粒碰撞傳感器，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械中作為谷物損失傳感器。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械比如聯(lián)合收割機(jī)等進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，需經(jīng)過(guò)割斷作物莖稈、分離谷粒與莖稈、莖稈粉碎拋出、谷物收集等步驟?，F(xiàn)代谷物聯(lián)合收割機(jī)一般在逐稿器尾部和清糧篩出口處安裝谷物損失傳感器來(lái)檢測(cè)谷物損失情況，谷物損失傳感器根據(jù)顆粒碰撞傳感器所產(chǎn)生電信號(hào)的幅值和頻率不同區(qū)分谷粒和其他雜質(zhì)。目前顆粒碰撞傳感器設(shè)計(jì)均為單層壓電材料結(jié)構(gòu)，只能依靠增加傳感器的個(gè)數(shù)提高檢測(cè)精度和獲得位置信息，典型代表如專利US20160025531A1。本發(fā)明為顆粒碰撞傳感器提出一種雙層十字交叉結(jié)構(gòu)，可以依靠多傳感器融合技術(shù)來(lái)獲得顆粒碰撞位置信息和提高檢測(cè)精度，為顆粒碰撞傳感器提供新的設(shè)計(jì)思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為獲得顆粒碰撞位置信息和提高檢測(cè)精度，提出了一種基于PVDF的雙層十字交叉結(jié)構(gòu)顆粒碰撞傳感器。

本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括自上到下依次層疊疊放的x向傳感器層、絕緣片、y向傳感器層和支撐板，上述四層的相鄰兩層之間通過(guò)有機(jī)膠水連接，x向傳感器層包括多個(gè)平行并排并且相互絕緣的x向傳感器單元，y向傳感器層包括多個(gè)平行并排并且相互絕緣的y向傳感器單元，x向傳感器單元平行排列方向垂直于y向傳感器單元平行排列方向；x向傳感器單元均經(jīng)各自的x向電信號(hào)收集器并聯(lián)連接到x向電信號(hào)處理裝置，y向傳感器單元均經(jīng)各自的y向電信號(hào)收集器并聯(lián)連接到y(tǒng)向電信號(hào)處理裝置，從而形成同層間傳感器電學(xué)并聯(lián)且異層間傳感器力學(xué)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的傳感器檢測(cè)精度根據(jù)x向傳感器單元和y向傳感器單元排布密度而定，數(shù)量越多排布越密則所能顆粒碰撞所能定位的位置精度越高。

所述的x向電信號(hào)處理裝置和y向電信號(hào)處理裝置連接到計(jì)算機(jī)，x向電信號(hào)收集器和y向電信號(hào)收集器分別采集x向傳感單元的電信號(hào)和y向傳感器單元的電信號(hào)，x向電信號(hào)處理裝置和y向電信號(hào)處理裝置分別接收x向電信號(hào)收集器和y向電信號(hào)收集器發(fā)送來(lái)的所采集電信號(hào)并使之形成方波信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接收x向電信號(hào)處理裝置和y向電信號(hào)處理裝置中發(fā)送來(lái)的方波信號(hào)，根據(jù)方波信號(hào)的來(lái)源和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理獲得顆粒碰撞次數(shù)和位置的數(shù)據(jù)。

所述的x向傳感器單元包括x向PVDF壓電薄膜、兩層x向環(huán)氧樹(shù)脂層和x向PET薄膜，x向PVDF壓電薄膜的上下表面均粘接有x向環(huán)氧樹(shù)脂層，上表面的x向環(huán)氧樹(shù)脂層與x向PET薄膜底面粘接，兩層x向環(huán)氧樹(shù)脂層一側(cè)端面均連接有x向平紋導(dǎo)電膠布，x向平紋導(dǎo)電膠布經(jīng)x向?qū)Ь€與x向電信號(hào)收集器相連接。

所述的y向傳感器單元包括y向PVDF壓電薄膜、兩層y向環(huán)氧樹(shù)脂層和y向PET薄膜，y向PVDF壓電薄膜的上下表面均粘接有y向環(huán)氧樹(shù)脂層，下表面的y向環(huán)氧樹(shù)脂層與y向PET薄膜頂面粘接，兩層y向環(huán)氧樹(shù)脂層一側(cè)端面均連接有y向平紋導(dǎo)電膠布，y向平紋導(dǎo)電膠布經(jīng)y向?qū)Ь€與y向電信號(hào)收集器相連接。

所述的x向電信號(hào)處理裝置和y向電信號(hào)處理裝置結(jié)構(gòu)相同，均包括依次連接的電荷放大器、帶通濾波器、包絡(luò)檢波器和電壓比較器，電壓比較器輸出方波信號(hào)。

所述的計(jì)算機(jī)包括用于處理帶有傳感器單元信息的方波信號(hào)的方波計(jì)數(shù)器和用于數(shù)據(jù)融合處理的多傳感器融合計(jì)數(shù)器，方波計(jì)數(shù)器將多個(gè)傳感器的單元信息和個(gè)數(shù)信息合成為多組坐標(biāo)數(shù)據(jù)，多組坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳遞給多傳感器融合計(jì)數(shù)器，多傳感器融合計(jì)數(shù)器將所有坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析、疊加、去重、計(jì)數(shù)之后獲得實(shí)際顆粒碰撞數(shù)目和每次碰撞發(fā)生的位置坐標(biāo)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過(guò)x向、y向信號(hào)分別獲取、處理之后，形成x向、y向顆粒碰撞位置橫、縱坐標(biāo)，再運(yùn)用多傳感器融合技術(shù)將橫、縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為顆粒碰撞傳感器的位置信息，可以形成顆粒碰撞的位置信息，為碰撞顆粒增加一組位置信息，可以減小傳感器的漏判、誤判，提高傳感器檢測(cè)精度，在用于農(nóng)業(yè)谷粒損失檢測(cè)，提高了準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明x向傳感器單元及x向電信號(hào)收集器的連接方式示意圖；

圖3為本發(fā)明y向傳感器單元及y向電信號(hào)收集器的連接方式示意圖；

圖4為x向電信號(hào)處理裝置50處理多個(gè)x向電信號(hào)收集器30傳輸?shù)碾娦盘?hào)過(guò)程示意圖；

圖5為計(jì)算機(jī)90處理方波信號(hào)過(guò)程示意圖；

圖6為單粒顆粒碰撞本發(fā)明響應(yīng)狀態(tài)簡(jiǎn)化圖；

圖7為兩粒顆粒同時(shí)碰撞本發(fā)明，并且碰撞位置坐標(biāo)有其一相同的狀況響應(yīng)狀態(tài)簡(jiǎn)圖。

圖中：x向傳感器單元10、x向PVDF壓電薄膜11、x向環(huán)氧樹(shù)脂層12、x向平紋導(dǎo)電膠布13、x向?qū)Ь€14、x向PET薄膜15；y向傳感器單元20、y向PVDF壓電薄膜21、y向環(huán)氧樹(shù)脂層22、y向平紋導(dǎo)電膠布23、y向?qū)Ь€24、y向PET薄膜25；x向電信號(hào)收集器30、y向電信號(hào)收集器40、x向電信號(hào)處理裝置50、y向電信號(hào)處理裝置60；電荷放大器51、帶通濾波器52、包絡(luò)檢波器53、電壓比較器54；絕緣片70；支撐板80；計(jì)算機(jī)90、方波計(jì)數(shù)器91、多傳感器融合計(jì)數(shù)器92。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括自上到下依次層疊疊放的x向傳感器層、絕緣片70、y向傳感器層和支撐板80，上述四層的相鄰兩層之間通過(guò)有機(jī)膠水連接，x向傳感器層包括多個(gè)平行并排并且相互絕緣的x向傳感器單元10，y向傳感器層包括多個(gè)平行并排并且相互絕緣的y向傳感器單元20，x向傳感器單元10平行排列方向垂直于y向傳感器單元20平行排列方向；x向傳感器單元10均經(jīng)各自的x向電信號(hào)收集器30并聯(lián)連接到x向電信號(hào)處理裝置50，x向傳感器層的所有x向傳感器單元10相并聯(lián)，y向傳感器單元20均經(jīng)各自的y向電信號(hào)收集器40并聯(lián)連接到y(tǒng)向電信號(hào)處理裝置60，y向傳感器層的所有y向傳感器單元20相并聯(lián)，從而形成同層間傳感器電學(xué)并聯(lián)且異層間傳感器力學(xué)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施中如圖1所示，多個(gè)x向傳感器單元10沿x向并列排列，各個(gè)x向傳感器單元10之間相互絕緣，多個(gè)y向傳感器單元20沿y向并列排列，各個(gè)y向傳感器20之間相互絕緣。

x向電信號(hào)處理裝置50和y向電信號(hào)處理裝置60連接到計(jì)算機(jī)90，x向電信號(hào)收集器30和y向電信號(hào)收集器40分別采集x向傳感單元10的電信號(hào)和y向傳感器單元20的電信號(hào)，再分別發(fā)送到x向電信號(hào)處理裝置50和y向電信號(hào)處理裝置60，x向電信號(hào)處理裝置50和y向電信號(hào)處理裝置60分別接收x向電信號(hào)收集器30和y向電信號(hào)收集器40發(fā)送來(lái)的所采集電信號(hào)并使之形成方波信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)90，計(jì)算機(jī)90接收x向電信號(hào)處理裝置50和y向電信號(hào)處理裝置60中發(fā)送來(lái)的方波信號(hào)，根據(jù)方波信號(hào)的來(lái)源和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理獲得顆粒碰撞次數(shù)和位置的數(shù)據(jù)。

如圖2所示，x向傳感器單元10包括x向PVDF壓電薄膜11、兩層x向環(huán)氧樹(shù)脂層12和x向PET薄膜15，x向PVDF壓電薄膜11的上下表面均粘接有x向環(huán)氧樹(shù)脂層12，上表面的x向環(huán)氧樹(shù)脂層12與x向PET薄膜15底面粘接，上表面的x向環(huán)氧樹(shù)脂層12將x向PET薄膜15與x向PVDF壓電薄膜11相粘接，兩層x向環(huán)氧樹(shù)脂層12一側(cè)端面均連接有x向平紋導(dǎo)電膠布13，通過(guò)x向環(huán)氧樹(shù)脂層12將x向平紋導(dǎo)電膠布13與x向PVDF壓電薄膜11相連，x向平紋導(dǎo)電膠布13經(jīng)x向?qū)Ь€14與x向電信號(hào)收集器30相連接。

如圖3所示，y向傳感器單元20包括y向PVDF壓電薄膜21、兩層y向環(huán)氧樹(shù)脂層22和y向PET薄膜25，y向PVDF壓電薄膜21的上下表面均粘接有y向環(huán)氧樹(shù)脂層22，下表面的y向環(huán)氧樹(shù)脂層22與y向PET薄膜25頂面粘接，下表面的y向環(huán)氧樹(shù)脂層22將y向PET薄膜25與y向PVDF壓電薄膜21相粘接，兩層y向環(huán)氧樹(shù)脂層22一側(cè)端面均連接有y向平紋導(dǎo)電膠布23，通過(guò)y向環(huán)氧樹(shù)脂層22將y向平紋導(dǎo)電膠布23與y向PVDF壓電薄膜21相連，y向平紋導(dǎo)電膠布23經(jīng)y向?qū)Ь€24與y向電信號(hào)收集器40相連接。

x向電信號(hào)處理裝置50和y向電信號(hào)處理裝置60結(jié)構(gòu)相同，均包括依次連接的電荷放大器51、帶通濾波器52、包絡(luò)檢波器53和電壓比較器54，電壓比較器54輸出方波信號(hào)。

具體實(shí)施如圖4所示，x向電信號(hào)處理裝置(50)輸出的方波信號(hào)中含有碰撞所對(duì)應(yīng)的x向傳感器單元的序號(hào)信息，分別標(biāo)記為x1、x2、x3、x4、x5。類似地，y向電信號(hào)處理裝置(60)輸出的方波信號(hào)中含有碰撞所對(duì)應(yīng)的y向傳感器單元的序號(hào)信息，分別標(biāo)記為y1、y2、y3、y4、y5。

如圖5所示，合成后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)分別標(biāo)記為x方向的(x1，n1)、(x2，n2)…(x5，n5)以及y方向的(y1，m1)、(y2，m2)…(y5，m5)，n1、n2…n5表示五個(gè)x向傳感器單元各自采集到的碰撞次數(shù)，m1、m2…m5表示五個(gè)y向傳感器單元各自采集到的碰撞次數(shù)，

計(jì)算機(jī)90包括用于處理帶有傳感器單元信息的方波信號(hào)的方波計(jì)數(shù)器91、用于將傳感器單元信息與個(gè)數(shù)信息合成為坐標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)合成器和用于處理坐標(biāo)數(shù)據(jù)的多傳感器融合計(jì)數(shù)器92，多傳感器融合計(jì)數(shù)器92將所有坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析、疊加、去重、計(jì)數(shù)之后獲得實(shí)際顆粒碰撞數(shù)目和每次碰撞發(fā)生的位置坐標(biāo)。

以單粒顆粒碰撞本發(fā)明為例，單粒顆粒碰撞本發(fā)明時(shí)，本發(fā)明的響應(yīng)狀態(tài)簡(jiǎn)圖如圖6所示，顆粒100擊本發(fā)明時(shí)，在x向傳感器單元10的落點(diǎn)為101，由于傳感器間上下層為力學(xué)串聯(lián)關(guān)系，所以顆粒100的力傳遞至y向傳感器單元20，落點(diǎn)為102。顆粒100在x向傳感器單元10上碰撞形成電學(xué)信號(hào)，電學(xué)信號(hào)傳遞給x向電信號(hào)收集器30，x向電信號(hào)收集器30中的電學(xué)信號(hào)經(jīng)過(guò)x向電信號(hào)處理裝置50后形成攜帶x向傳感器單元10信息的方波信號(hào)x2₁₀₁，同理，y向傳感器單元20上的落點(diǎn)102形成的電學(xué)信號(hào)，經(jīng)過(guò)y向電信號(hào)收集器40和y向電信號(hào)處理裝置60后形成方波信號(hào)y2₁₀₂，x向電信號(hào)處理裝置50的方波信號(hào)x2₁₀₁傳輸至計(jì)算機(jī)90中經(jīng)過(guò)方波計(jì)數(shù)器91形成(x2₁₀₁，1)的攜帶傳感器位置信息和個(gè)數(shù)信息的坐標(biāo)，此坐標(biāo)表示在x2傳感器單元上有1次碰撞，同理也會(huì)形成(y2₁₀₂，1)的坐標(biāo)，表示在y2傳感器單元上有1次碰撞，這與x2傳感器單元上的碰撞向吻合，說(shuō)明在本發(fā)明上有1次碰撞，并且碰撞的坐標(biāo)為(x2，y2)。

多個(gè)顆粒同時(shí)間碰撞并且碰撞位置橫縱坐標(biāo)都不同的情況，可按照單粒顆粒碰撞的方法計(jì)算。

若多個(gè)顆粒不同時(shí)間碰撞，并且碰撞位置橫縱坐標(biāo)相同，可根據(jù)x向電信號(hào)收集器30和y向電信號(hào)收集器40收集到的電學(xué)信號(hào)的個(gè)數(shù)，經(jīng)過(guò)x向電信號(hào)處理裝置或y向電信號(hào)處理裝置60后形成的方波數(shù)目，在方波計(jì)數(shù)器91處計(jì)數(shù)出來(lái)，計(jì)算出有幾次碰撞。

兩粒顆粒同時(shí)碰撞本發(fā)明，并且碰撞位置坐標(biāo)有其一相同的狀況響應(yīng)狀態(tài)簡(jiǎn)圖如圖7所示，顆粒110與顆粒120同時(shí)碰撞本發(fā)明，顆粒110在x向傳感器單元10和y向傳感器單元20的力學(xué)落點(diǎn)分別為111和112，顆粒120在x向傳感器單元10和y向傳感器單元20的力學(xué)落點(diǎn)分別為121和122，假設(shè)落點(diǎn)111和落點(diǎn)121在相同的x向傳感器單元上，又因?yàn)榕鲎猜潼c(diǎn)111和121同時(shí)形成，所以在x向電信號(hào)收集器30處只能收集到一個(gè)電信號(hào)，而因?yàn)榱W(xué)落點(diǎn)112和122分別在不同的y向傳感器單元20上，所以在兩個(gè)y向電信號(hào)收集器40上，分別可以收集到一個(gè)電學(xué)信號(hào)，經(jīng)過(guò)x向電信號(hào)處理裝置50和y向電信號(hào)處理裝置60后，可以得到方波信號(hào)x2_1n1，y2₁₁₂和y4₁₂₂，這些方波信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)90后，經(jīng)過(guò)方波計(jì)數(shù)器91形成(x2_1n1，1)，(y2₁₁₂，1)和(y4₁₂₂，1)坐標(biāo)，表示在x2傳感器單元上有1次碰撞，在y2傳感器單元上有1次碰撞，y4傳感器單元上也有1次碰撞，這說(shuō)明在本發(fā)明上發(fā)生了2次碰撞，碰撞坐標(biāo)分別為(x2，y2)和(x2，y4)。

本發(fā)明的雙層十字交叉結(jié)構(gòu)傳感器的技術(shù)方案，在每個(gè)x向傳感器單元10和y向傳感器單元20尺寸縮小，數(shù)目變多時(shí)，排列密度增加后，傳感器對(duì)顆粒碰撞的計(jì)數(shù)和定位精度提高。