CN101581588A - 一种通用型谷物流量测定装置 - Google Patents

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CN101581588A CNA2009100322112A CN200910032211A CN101581588A CN 101581588 A CN101581588 A CN 101581588A CN A2009100322112 A CNA2009100322112 A CN A2009100322112A CN 200910032211 A CN200910032211 A CN 200910032211A CN 101581588 A CN101581588 A CN 101581588A
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马朝兴
李耀明
徐立章
赵湛
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Jiangsu University
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Jiangsu University
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Abstract

本发明涉及一种通用型谷物流量测定装置。该装置包括集料斗体、传感器、监测与控制系统，集料斗体上设置有开合闸门，通过开合闸门自由端的开启程度控制集料斗体出口通道的截面形状；在出口处设置有流速传感器和激光传感器，激光传感器的测量头垂直于集料斗中物料流速方向，正对于待测物料；流速传感器与激光传感器的输出端和监测与控制系统中的数据采集卡相连。本发明通过数据采集卡采集数据，知道通过物料的密度，并计算可得单位时间内物料的流量，再结合割幅宽度传感器测得的割幅宽度数据，最终可得到整个田块的产量。本发明结构简单，精度高、抗干扰能力强、安装使用方便，可以安装在联合收割机上，在线实时准确地测得田块农作物的产量信息。

Description

一种通用型谷物流量测定装置
技术领域
本发明涉及一种通用型谷物流量测定装置，可用于各种联合收割机、粮食加工及储运行业，可以对水稻、小麦、油菜、大豆、玉米等物料或其他散粒体的连续输送过程中的流量进行在线实时精确监测。
背景技术
精准农业其核心是空间信息GPS/GIS/RS支持下的精确定位与变量作业机械设备。而谷物产量是精细农业中需要获取的最重要的信息之一，它可以直接反映农田的信息(如土壤性质、肥效利用、水分、虫害等)对谷物产量的影响。由此农场主或农户可根据获取的信息，确定化肥、农药等的投入，极大地节约各种原料的投入，大大降低生产成本，提高土地的收益率。获取农作物小区产量信息，建立小区产量空间分布图是实施精细农作的起点，也是实现作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施的关键。谷物小区产量的精确测量是产量监测的关键因素，小区产量数据是生成产量图的主要依据。因此谷物流量传感器是精确农业测产系统中的核心。根据工作环境和作业任务要求，谷物流量监测装置既应具有较高的灵敏度和精度，又应具有很强的抗干扰能力。
目前国内外在线实时检测谷物流量的传感器主要有体积流式、γ射线和质量流式3种。体积流式谷物流量传感器直接测量谷物的体积流量，其测量结果受谷物容积密度、含水率、机器倾斜度、探头污染等的影响，需经常清洗和标定，测量精度不高、性能不稳，且体积大，无实用价值。γ射线谷物流量传感器测量精度较高，但辐射对操作人员和环境有一定的危害、使用成本较高，亦不宜于装机推广。冲量式谷物质量流量传感器具有安装方便、没有潜在污染等优点，但测量精度差、受联合收割机前进速度、机器颠簸、割幅宽度变化、谷物流动的稳定性、谷物含水率和密度的变化等诸多因素的影响。不同物料标定精度各异。
据技术文献的检索发现，悬臂式流量传感器(专利号：97233380.0)采用了悬臂梁方式实现对流体的流量测定，该传感器适合测量高粘度、低流速的高温流体，主要由受力臂和壳体和贴在壳体内壁的应变片组成。该实用新型主要靠受力臂引起的壳体变形来测量流体流量，容易受到外界振动的干扰而导致测量精度降低，因此，此专利中所述的传感器将无法应用于联合收割机测量谷物的流量。
谷物质量流量传感器(200510027054.8)采用测量手指、“门″字形固定架、弹性元件、信号变送模等实现谷物质量流量的检测，虽然有动力消振模块，但基于冲量式的测量本质，对振动仍较敏感，且受标定精度、谷物流动的稳定性、谷物含水率和密度的变化等因素的多重影响，测量精度不高，在联合收割机上没得到广泛应用。
发明内容
为了克服现有谷物流量测定装置的不足之处，本发明在国内首次在联合收割机出粮口采用通用型谷物流量测定装置进行谷物流量在线实时测定，适用于水稻、小麦、油菜、大豆、玉米、高粱、牧草等作物的籽粒的流量测定。该装置对机器的颠簸、震动、排粮间断和冲击带来的误差影响小，测量精度高，性能稳定，数据采集可靠，不会对操作人员和环境产生危害，只要与出粮口接口匹配即可，安装及维修方便。
本装置的技术方案是：一种通用型谷物流量测定装置，包括集料斗体、传感器、监测与控制系统，集料斗体上设置有开合闸门，通过开合闸门自由端的开启程度控制集料斗体出口通道的截面形状；在出口处设置有流速传感器和激光传感器，激光传感器的测量头垂直于集料斗中物料流速方向，正对于待测物料；流速传感器与激光传感器的输出端和监测与控制系统中的数据采集卡相连。
工作时，集料斗的进料口与垂直升运器出料口相连，从出料口源源不断输送来的物料进入集料斗，在开合闸门的控制下，物料沿着集料斗的“U”形口与开合闸门构成的一矩形出口流入联合收割机粮仓，通过设置在出口处流速传感器和激光传感器采集数据，上传到监测与控制系统，监测与控制系统依据数据对流量进行计算，并进行监测与控制。
上述所说的谷物流量测定装置，还可以在集料斗出口处设置“门”形支架，支架安装激光传感器。
开合闸门一端通过转轴与集料斗相连接，在开合闸门上装有一阻尼器，使闸门处于常闭状态，被测物料通过时靠其自身张力，推开开合闸门，开合闸门在阻尼器的作用下对通过的物料产生一定约束作用，使其沿着集料斗的“U”形口与开合闸门构成的一矩形出口通过，被测物料流量发生变化时，阻尼器可使开合闸门自动调节，保证工作可靠性。
其测量原理：设激光传感器到出粮口一侧加长板的距离是定值，记为H1，单位为毫米；激光传感器测出谷物到激光头的距离Hi，单位为毫米；则被测物料的厚度为H1-Hi，集料斗的“U”形口宽度距离为B，单位为毫米，速度传感器测定值为vi，单位为毫米/秒，单位体积内被测物料的容重为ρ，单位为公斤/立方米，则通过输送带谷物的瞬时流量，Qi＝Bviρ(H1-Hi)×10-9，单位为公斤/秒。
本发明所提供的通用型谷物流量测定装置结构简单，测量精度高、抗干扰能力强、安装使用方便，性能稳定，不会对操作者和环境产生危害，调试及维修也比较容易，集料斗接口可按用户要求制造，只需在出厂前调试完成后，可以方便安装在各种型号的联合收割机、粮食加工及粮食储运行业。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是适合于从侧向进入联合收割机粮仓的通用型谷物流量测定装置结构示意图
图2是适合于从上部45度方向进入联合收割机粮仓的通用型谷物流量测定装置结构示意图
图3是适合于大型联合收割机用的通用型谷物流量测定装置结构示意图
图4是物料出口示意图
图中：1.集料斗 2.开合闸门 3.开合闸门转轴 4.激光传感器 5.速度传感器 6.阻尼器 7.物料 8.监测与控制系统
具体实施方式
图1是适合于从侧向进入联合收割机粮仓的通用型谷物流量测定装置结构示意图，集料斗1的进料口与垂直升运器出料口相连，从出料口源源不断输送来的物料7进入集料斗1，开合闸门2通过转轴3与集料斗1相连，在开合闸门1的控制下，物料沿着集料斗的“U”形口与开合闸门构成的一矩形出口流入联合收割机粮仓，该数据采集装置在该处装有流速传感器5，设置有“门”形支架，其上装有激光传感器4，激光传感器4测头正对于被测物料7，且垂直于流速方向安装，流速传感器5和激光传感器4输出端和监测与控制系统8相连。实际测量时：设激光传感器到出粮口一侧加长板的距离是定值，记为H1，单位为毫米；激光传感器测出谷物到激光头的距离Hi，单位为毫米；则被测物料的厚度为H1-Hi，集料斗的“U”形口宽度距离为B(图4)，单位为毫米，速度传感器测定值为vi，单位为毫米/秒，单位体积内被测物料的容重为ρ，单位为公斤/立方米，则通过输送带谷物的瞬时流量，Qi＝Bviρ(H1-Hi)×10-9，单位为公斤/秒。当进入集料斗1的物料7的量变化时，其产生的张力相应变化，开合闸门2在阻尼器6的作用下调节开启程度，流速传感器5和激光传感器4测得的实时数据被传到控制系统进行计算。
本发明包括流速传感器、集料斗体、开合闸门、拉簧、激光传感器和监测与控制系统，从联合收割机脱粒、清选后的物料通过清选装置底部的输送搅龙，送入垂直升运器，利用垂直升运器顶部的叶片将物料抛出，进入集料斗体，通过开合闸门，并在弹簧的作用下，使输出物料均匀沿矩形出料口流出，在出口处装有流速传感器、激光传感器，流速传感器此时测得物料的瞬时流速，激光传感器测得物料通过该矩形截面时的厚度，这样根据转速传感器的测量值及激光传感器测得的厚度，通过监测与控制系统中数据采集卡采集数据，知道通过物料的密度。并计算可得单位时间内物料的流量，再结合割幅宽度传感器测得的割幅宽度数据，最终可得到整个田块的产量。本发明结构简单，精度高、抗干扰能力强、安装使用方便，可以安装在联合收割机上，在线实时准确地测得田块农作物的产量信息。
图2是适合于从上部45度方向进入联合收割机粮仓的通用型谷物流量测定装置结构示意图，其工作原理与上述相同。
图3是适合于大型联合收割机用的通用型谷物流量测定装置结构示意图，其工作原理与上述相同。

Claims (5)

1、一种通用型谷物流量测定装置，包括集料斗体、传感器、监测与控制系统，其特征在于，集料斗体(1)上设置有开合闸门(2)，通过开合闸门(2)自由端的开启程度控制集料斗体出口通道的截面形状；在出口处设置有流速传感器(5)和激光传感器(4)，激光传感器(4)的测量头垂直于集料斗中物料流速方向，正对于待测物料；流速传感器(5)与激光传感器(4)的输出端和监测与控制系统(8)中的数据采集卡相连。
2、根据权利要求书1所述的通用型谷物流量测定装置，其特征在于：开合闸门(2)上设置有阻尼器(6)，集料斗中待测物料流量发生变化时，阻尼器(6)自动调节作用力，控制开合闸门(2)的开启程度。
3、根据权利要求书1所述的通用型谷物流量测定装置，其特征在于：在集料斗出口通道外设置有支架，激光传感器(4)安装在支架上。
4、根据权利要求书1所述的通用型谷物流量测定装置，其特征在于：开合闸门(2)自由端开启后与集料斗体构成的出口通道的截面形状为矩形。
5、根据权利要求书1所述的通用型谷物流量测定装置，其特征在于：所说的监测与控制系统，用于依据获得的数据计算物料流量。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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