CN101995284B

CN101995284B - 一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置

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Publication number: CN101995284B
Application number: CN2010102813499A
Authority: CN
Inventors: 邱白晶; 姜国微; 杨宁; 徐溪超; 李耀明
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: CN101995284A

Abstract

本发明公开了一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置，涉及谷物质量流量传感器标定与试验机械领域，包括机架(1)、净粮升运器(3)，料斗A(2)，料斗B(19)，转速传感器(4)、振动传感器(7)、倾角传感器(9)、料斗秤(18)、谷物流量传感器安装位置调节装置、谷物质量传感器安装位置调节装置、三台振动电机、一台三相异步电动机(26)、四台变频器、高速摄像采集系统(6)、监测存储系统和四个轮子。本发明安装简单，便于拆卸和移动。冲量式谷物流量传感器在本试验装置上标定之后，可以直接安装到联合收割机上进行作业。

Description

一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置

技术领域：

本发明涉及谷物质量流量传感器标定与试验机械领域，具体的讲一种冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置。

背景技术：

谷物联合收割机在收获谷物的同时，对其小区产量的精确测量是监测总产量的关键因素。开发出高精度、高稳定性的谷物流量传感器对产量图的精度至关重要。联合收割机收割过程中谷物的流量和联合收割机的振动环境不能得到有效定量控制，为谷物流量传感器的标定以及性能试验造成很大的技术瓶颈，开发出能模拟联合收割机振动工况并且谷物流量可以人工调节的谷物流量传感器标定与性能试验装置对高精度、高稳定性的谷物流量传感器的研发具有重要意义。

目前国内对谷物流量传感器的标定主要在收割机上进行，得到一段时间内收割的谷物总量与这段时间累计信号之间的线性关系。这种方法可以一定程度上对谷物流量传感器进行标定，但是由于收割机工况复杂，单一环境下标定出的传感器，可移植性差。再者该方法无法对传感器对谷物流量变化的响应有定量的认识。而简单的台架试验没能定量、客观的考虑振动噪声的影响，谷物流量亦无法得到有效控制。

在现有技术中，申请人未发现有关谷物质量流量传感器标定与性能试验台的相关专利，在对同类技术检索时发现：2008年M.Loghavi，R.Ehsani，R.Reeder在文献“Developmentof a portable grain mass flow sensor test rig”(computers and electronics inagriculture 61(2008)160-168)提出一种谷物产量模块性能试验装置，该装置升运器的角度通过液压缸调节，配置有称重现实模块，谷物湿度传感器，GPS模块，同时通过信号发生器模拟收割机运行速度信号。该装置没有考虑收割机工作时振动噪声，谷物与流量传感器的碰撞过程无法监测。

美国农业生物工程师学会(ASABE)2007年公布了产量监测器性能试验标准S578JAN2007.Yield Monitor Performance Test Standard，对谷物流量传感器的试验规程做了详细说明。

发明内容：

本发明针对目前冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验方法相对混乱，传统简易台架试验谷物流量与机身振动强度不能得到有效控制，机身不便于移动，以及冲量式谷物流量传感器安装位置不便于调节等缺点，提出了一种冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置，填补国内空白。该装置遵照ASABE S578标准设计。

为解决上述问题，本发明的冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置包括：机架、净粮升运器，料斗A，料斗B，转速传感器、振动传感器、倾角传感器、料斗秤，谷物流量传感器安装位置调节装置，三台振动电机，一台三相异步电动机，四台变频器，高速摄像采集系统，监测存储系统，轮子。

机架立方体框架，料斗A设置在机架左上方，料斗A下部设有开度可调阀门，阀门出口对准净粮升运器的粮食入口；净粮升运器设于料斗A的出料口下方，净粮升运器连接三相异步电动机，三相异步电动机连接变频器，净粮升运器的转速通过三相异步电动机和变频器控制；在净粮升运器顶部轴上装有转速传感器用以检测净粮升运器的实际转速；谷物质量流量传感器安装底座设于净粮升运器出口正对的机架上；在谷物质量流量传感器安装底座上安装振动传感器和倾角传感器，用以监测谷物质量流量传感器安装位置处的振动工况和安装角度；料斗B安装在净粮升运器出粮口和谷物质量流量传感器位置调节装置正下方，用于收集从净粮升运器出来的谷物；机架上部安装透明罩，透明罩将净粮升运器出口、料斗B的上部、谷物质量流量传感器位置调节装置罩住，有利于高速摄像采集系统采集信息，同时防止在试验过程中谷物籽粒飞溅；高速摄像采集系统安装在谷物流量传感器上方，充分观测摄取谷物与谷物质量流量传感器的作用过程；料斗B与机架连接处装有料斗秤，用于实时检测料斗B内谷物流量的变化，为谷物流量传感器的测量值提供参照；三台振动电机分别装在机架右下角X、Y、Z三个方向上，每台振动电机分别装有一个变频器，振动电机的振幅和频率根据需要模拟的联合收割机的工况调节；整个试验装置底部对称安装四个带有锁紧装置的轮子，既保证了试验装置的可移动性，有保证在试验过程中整个实验装置的牢固性；转速传感器、振动传感器、倾角传感器、料斗秤与监测存储系统相连。

上述谷物流量传感器安装位置调节装置的一种技术方案是，谷物质量流量传感器位置调节装置包括谷物质量流量传感器安装底座、连杆、滑块A、滑块B、一个长直线导轨、两平行水平直线导轨以及螺纹杆和两个螺母。连杆分别与谷物质量流量传感器安装底座和滑块A铰接，谷物质量流量传感器安装底座与螺纹杆铰接，以上零件构成曲柄滑块机构实现对谷物质量流量传感器安装底座角度的调节；滑块A装在一个长直线导轨上实现对冲量式谷物质量流量传感器安装底座水平位置的调节；滑块B装在两平行水平直线导轨上实现谷物质量流量传感器安装底座水平位置的调节；长直线导轨设于两个平行直线导轨对称中心线上，滑块A的右侧；以上三个直线导轨都带有锁紧装置；螺纹杆穿过滑块A，通过调节螺纹杆与滑块A的相对位置实现谷物质量流量传感器安装底座竖直位置的调节，位置调节完成之后利用两个螺母固定。

上述谷物流量传感器安装位置调节装置的另一种技术方案是，谷物质量流量传感器安装底座与三角块和垫板通过螺栓连接；三角块的倾角有5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°；垫板的厚度有10mm、20mm、30mm、50mm，每种厚度各有两个垫板，这样选择不同垫板能够组合出范围为10-220mm，间隔为10mm的不同高度值。

工作时，谷物流量通过供料料斗出口出可调节开度的阀门控制系统内的谷物流量，由变频调速电机带动净粮升运器，谷物由供料料斗输入试验装置，经过净粮升运器打击到冲量式谷物流量传感器上，最后落到料斗B。振动传感器、倾角传感器、转速传感器、高速摄像采集系统、料斗秤以及数据监测存储系统完成对这一冲击过程的监测。

本发明所提供的冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置遵照ASABE S578标准设计，实现自动化检测。本发明安装简单，便于拆卸和移动。冲量式谷物流量传感器在本试验装置上标定之后，可以直接安装到联合收割机上进行作业。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置的结构示意图。

图2是谷物流量传感器安装位置调节装置的实施例1正视图。

图3是谷物流量传感器安装位置调节装置的实施例1俯视图。

图4是谷物流量传感器安装位置调节装置的实施例2正视图

图5是谷物流量传感器安装位置调节装置的实施例2俯视图

图6是三角块30的正视图

图7是三角块30的俯视图

图8是垫板A的正视图

图9是垫板A的俯视图

图10是冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置监测存储系统原理图。

图中，1、机架，2、料斗A，3、净粮升运器，4、转速传感器，5、透明罩，6、高速摄像采集系统，7、振动传感器，8、冲量式谷物质量流量传感器，9、倾角传感器，10、冲量式谷物质量流量传感器安装底座，11、螺纹杆，12、螺母A，13、螺母B，14、滑块A，15、连杆，16、长直线导轨，17、滑块B，18、料斗秤，19、料斗B，20、振动电机A，21、振动电机B，22、振动电机C，23、轮子A，24、轮子B，25、减速器，26、三相异步电动机，27、阀门，28、直线导轨A，29、直线导轨B，30、三角块，31、垫板A，32、垫板B、33、垫板C，34、螺栓A，35、螺栓B，36、螺母C，37、螺钉A，38、螺栓C、39、螺钉B、40、螺钉C、41、螺钉D。

具体实施方式

一种冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置，包括：机架1，料斗A2，净粮升运器3，转速传感器4，透明罩5，高速摄像采集系统6，振动传感器7，冲量式谷物质量流量传感器8，倾角传感器9，冲量式谷物质量流量传感器安装底座10，螺纹杆11，螺母A12，螺母B13，滑块A14，连杆15，长直线导轨16，滑块B17，料斗秤18，料斗B19，振动电机A20，振动电机B21，振动电机C22，轮子A23，轮子B24，减速器25，三相异步电动机26，开度可调阀门27，直线导轨A28，直线导轨B29。

料斗A2、料斗B19，净粮升运器3以及振动电机A20、振动电机B21、振动电机C22固定安装在机架1上；料斗A2固定在净粮升运器3粮食入口的上方，料斗A2的开度可调阀门27与净粮升运器3的粮食入口相对；三相异步电动机26设于净粮升运器3的底部，固定在机架1上，并与减速器25及变频器连接；净粮升运器3顶部轴上安装转速传感器4；谷物质量流量传感器安装底座10安装在与净粮升运器出口正对的机架1上；冲量式谷物质量流量传感器安装底座10上安装有振动传感器7和倾角传感器9；料斗B19安装在净粮升运器3的出粮口和谷物质量流量传感器位置调节装置正下方；机架1上部安装透明罩5，将谷物质量流量传感器位置调节装置、料斗B19、净粮升运器3的出粮口罩住；高速摄像采集系统6安装在透明罩5外侧冲量式谷物流量传感器8上方；料斗B19与机架1连接处装有料斗秤18；振动电机A20、振动电机B21、振动电机C22分别安装在机架1右下角X、Y、Z三个方向上，每台振动电机分别装有变频器；机架1下部安装四个带有锁紧装置的轮子；转速传感器4、振动传感器7、倾角传感器9、料斗秤18与监测存储系统相连。

谷物流量传感器安装位置调节装置包括冲量式谷物质量流量传感器安装底座10，螺纹杆11，螺母A12，螺母B13，滑块A14，连杆15，长直线导轨16，滑块B17，直线导轨A28，直线导轨B29，它的具体实施方式是，冲量式谷物质量流量传感器安装底座10分别与连杆15和螺纹杆11铰接，连杆15与滑块B 17铰接，滑块B17与长直线导轨16连接，长直线导轨16带有锁紧装置并水平固定在机架1上；螺纹杆11从滑块A14的中心孔插入，通过螺母A12和螺母B13与螺纹杆11旋合固定；滑块A14与直线导轨A28、直线导轨B29相连，直线导轨A28和直线导轨B29带有锁紧装置并平行固定在机架1上；长直线导轨16安装于直线导轨A28、直线导轨B29对称中心线上，位于滑块A14的右侧。

工作时先将四个轮子固定锁紧，调节好振动电机A20、振动电机B21、振动电机C22的频率和振幅以及净粮升运器3的转速。调节滑块A14在两平行直线导轨A28和直线导轨B29上的位置，调节完毕之后用直线导轨A28和直线导轨B29的锁紧机构固定；竖直移动螺纹杆11调节冲量式谷物质量流量传感器底座10的竖直位置，调节完毕之后用螺母A12和螺母B13固定竖直位置；左右移动滑块B17驱动曲柄连杆机构调节冲量式谷物质量流量传感器底座10的倾角，调节完毕后用长直线导轨16的锁紧机构固定。利用料斗A2的出口开度可调阀门27实现谷物流量的控制，谷物经由料斗A2进入净粮升运器3，在净粮升运器3出口处打击到冲量式谷物质量流量传感器8上，高速摄像采集系统6采集谷物与冲量式谷物质量流量传感器8的冲击过程的信息，振动传感器7监测冲量式谷物质量流量传感器安装底座10处的振动情况，倾角传感器9监测冲量式谷物流量传感器8的安装角度，转速传感器4实时监测净粮升运器3的转速，料斗秤18监测料斗B19内谷物质量的变化。

图4是本发明中谷物流量传感器安装位置调节装置的另外一个实施例，用三角块30调整谷物流量传感器安装底座10的倾角，用垫板A31、垫板B32、垫板C33来调节调整谷物流量传感器安装底座10的竖直位置。三角块30倾角有5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°十种角度；垫板的厚度有10mm、20mm、30mm、50mm，每种厚度各两个垫板，可以取若干个垫板自由组合形成的调节范围10-220mm，间隔10mm。垫板组合与滑块A14之间用螺栓A34、螺栓B35、螺栓C38连接，谷物流量传感器安装底座10与三角块30用螺钉A37、螺钉B39、螺钉C40、螺钉D41连接。

图10是冲量式谷物质量流量传感器标定与性能试验装置监测存储系统原理图，振动传感器，倾角传感器，转速传感器，料斗秤，以及高速摄像采集系统的信息被送到监测存储单元显示并存储。

Claims

1.一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置，其特征在于，包括机架(1)、净粮升运器(3)，料斗A(2)，料斗B(19)，转速传感器(4)、振动传感器(7)、倾角传感器(9)、料斗秤(18)，谷物质量流量传感器安装位置调节装置，三台振动电机(20、21、22)，一台三相异步电动机(26)，四台变频器，高速摄像采集系统(6)，监测存储系统，四个轮子；所述机架(1)为立方体框架，所述料斗A(2)设置在机架(1)左上方，所述料斗A(2)下部设有开度可调阀门(27)，阀门(27)出口对准净粮升运器(3)的粮食入口；所述净粮升运器(3)设于料斗A(2)的出料口下方，净粮升运器(3)连接三相异步电动机(26)，三相异步电动机(26)连接变频器，净粮升运器(3)的转速通过三相异步电动机(26)和变频器控制；在所述净粮升运器(3)顶部轴上装有转速传感器(4)用以检测净粮升运器(3)的实际转速；所述谷物质量流量传感器安装底座(10)设于机架(1)上，正对净粮升运器(3)出口；在谷物质量流量传感器安装底座(10)上安装振动传感器(7)和倾角传感器(9)，监测谷物质量流量传感器(8)安装位置处的振动工况和安装角度；所述料斗B(19)安装在净粮升运器(3)出粮口和谷物质量流量传感器位置调节装置正下方，收集从净粮升运器(3)出来的谷物；所述机架(1)上部安装透明罩(5)，所述透明罩(5)将净粮升运器(3)出口、料斗B(19)的上部、谷物质量流量传感器位置调节装置罩住；所述高速摄像采集系统(6)安装在谷物流量传感器(8)上方的透明罩(5)外；所述料斗B(19)与机架(1)连接处装有料斗秤(18)，实时检测料斗B(19)内谷物流量的变化；三台振动电机(20、21、22)分别装在机架(1)右下角X、Y、Z三个方向上，每台振动电机分别装有一个变频器，振动电机的振幅和频率根据需要模拟的联合收割机的工况调节；所述机架底部对称安装四个带有锁紧装置的轮子；转速传感器(4)、振动传感器(7)、倾角传感器(9)、料斗秤(18)与监测存储系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置，其特征在于，所述谷物质量流量传感器安装位置调节装置包括冲量式谷物质量流量传感器安装底座(10)，螺纹杆(11)，螺母A(12)，螺母B(13)，滑块A(14)，连杆(15)，长直线导轨(16)，滑块B(17)，直线导轨A(28)，直线导轨B(29)，所述冲量式谷物质量流量传感器安装底座(10)分别与连杆(15)和螺纹杆(11)铰接，所述连杆(15)与滑块B(17)铰接，所述滑块B(17)与长直线导轨(16)连接，长直线导轨(16)带有锁紧装置并水平固定在机架(1)上；螺纹杆(11)从滑块A(14)的中心孔插入，通过螺母A(12)和螺母B(13)与螺纹杆(11)旋合固定；滑块A(14)与直线导轨A(28)、直线导轨B(29)相连，直线导轨A(28)和直线导轨B(29)带有锁紧装置并平行固定在机架(1)上；长直线导轨(16)安装于直线导轨A(28)、直线导轨B(29)对称中心线上，位于滑块A(14)的右侧。

3.根据权利要求1所述的一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置，其特征在于，包括谷物质量流量传感器安装底座(10)、连杆(15)、滑块A(14)、滑块B(17)、一个长直线导轨(16)、两平行水平直线导轨(28、29)以及螺纹杆(11)和两个螺母(12、13)；所述连杆(15)分别与谷物质量流量传感器安装底座(10)和滑块A(14)铰接，所述谷物质量流量传感器安装底座(10)与螺纹杆(11)铰接；所述滑块A(14)装在长直线导轨上调节谷物质量流量传感器安装底座(10)的水平位置；所述滑块B(17)装在两平行水平直线导轨(28、29)上调节谷物质量流量传感器安装底座(10)的水平位置；所述长直线导轨(16)设于两平行水平直线导轨(28、29)的对称中心线上，滑块A(14)的右侧；三个所述直线导轨(16、28、29)都设置锁紧装置；所述螺纹杆(11)穿过滑块A(14)，通过调节螺纹杆(11)与滑块A(14)的相对位置调节谷物质量流量传感器安装底座(10)竖直位置，位置调节完成之后利用两个螺母(12、13)固定。

4.根据权利要求1所述的一种冲量式谷物质量流量传感器标定与试验装置，其特征在于，所述谷物质量流量传感器安装位置调节装置的谷物质量流量传感器安装底座(10)与三角块(30)和垫板(31、32、33)通过螺栓(34、35、38)连接；三角块(30)的倾角为5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°；垫板的厚度为10mm、20mm、30mm和50mm，每种厚度各设两个垫板。