CN102804954A - 电容式精密排种器性能检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于精密播种机排种器性能检测的电容式精密排种器性能检测传感器，由保护层、电容极板、基底、测试电路和护壳组成；两个所述的电容极板设置在基底的上表面上，两极板形状呈E型，按极板开口相对、互相嵌入方式布置在同一平面上，与所述两个电容极板电联接的测试电路设置在基底的下表面上，所述的保护层为喷涂或压制在电容极板上表面的超高分子聚乙烯(UHMWPE)膜。该传感器具有维护简便、抗污染，能够实现非接触测量等优点，克服了目前光电法排种性能检测易受灰尘影响的缺点，提高了排种性能检测稳定性和可靠性。

Description

电容式精密排种器性能检测传感器

技术领域

本发明涉及农业机械测试装置，具体涉及一种用于精密播种机排种器性能检测的传感器。

背景技术

排种部件作为精密播种机的核心，其性能好坏直接影响着精密播种的质量。排种部件工作不稳定或出现故障会遭成田间植株分布不均匀，甚至造成减产。因此，对排种器性能实时监控逐渐成为研究人员关心的技术热点。目前，精密播种性能监测系统主要采用光电传感器和视觉传感器等方法检测种子流动情况。光电传感器方法易受到田间灰尘的污染和不易识别多粒种子同时下落，或由于传感器存在盲区影响性能。视觉传感器结构复杂、响应速度慢，多用于室内排种性能试验和测试，不易实现播种机田间作业性能监测，所以有必要探索新方法检测排种器的工作状态。

发明内容

本发明提出一种用于精密播种机排种器性能检测的电容式精密排种器性能检测传感器，旨在克服光电法排种性能检测易受灰尘影响的缺点，提高排种性能检测稳定性和可靠性。

本发明电容式精密排种器性能检测传感器，由保护层、电容极板、基底、测试电路和护壳组成；采用印刷或电路腐蚀方法制备的两个所述的电容极板设置在基底的上表面上，两极板形状呈E型，按极板开口相对、互相嵌入方式布置在同一平面上，两极板间隙在1-2mm之间，与所述两个电容极板电联接的测试电路设置在基底的下表面上，所述的护壳通过螺钉设置在基底上，所述的保护层为喷涂或压制在电容极板上表面的超高分子聚乙烯(UHMWPE)膜。

所述的基底由厚度为2.5-3mm的电木制做；电容极板的厚度为0.1-0.3mm。基底的两端设有四个安装孔，用于该传感器的连接和固定。

精密播种过程中，在排种机构作用下形成均匀稳定的种子流，排出的种子沿输种管落入种沟。排种性能检测传感器也要结合排种器工作方式进行配置。为避免影响种子流动，一般将传感器安装在输种管上。本发明通过读取种子流过检测位置时传感器电容值的变化监控排种性能指标。

如式(1)所示：电容传感器的电容量C是极板结构参数和电介质介电常数的函数。

$C=\mathrm{\ϵ}\frac{s}{d}---\left(1\right)$

式中，C为电容传感器电容量，F；ε为电容传感器等效介电常数，F/m；s为极板面积，m²；d为极板间距，m；

由于种子和空气的介电常数不同，当种子从电容传感器极板间通过时，电容传感器介电常数发生变化，引起电容量的改变。设种子及空气的介电常数分别为ε₁、ε₂。则等效介电常数可用式(2)表示。

$\mathrm{\ϵ}=\frac{V_1}{V}{\mathrm{\ϵ}}_1+\frac{V_2}{V}{\mathrm{\ϵ}}_2---\left(2\right)$

式中，V、V₁和V₂分别为电容极板间检测场总体积、种子体积和空气体积，V₂=V-V₁，m³。

当传感器内有种子通过时，电容量可用(3)式表示。

$C_1=\frac{s}{d}(\frac{V_1}{V}{\mathrm{\ϵ}}_1+\frac{V-V_1}{V}{\mathrm{\ϵ}}_2)---\left(3\right)$

种子通过传感器时电容变化量ΔC可用式(4)表示。

$\mathrm{\ΔC}=\frac{{\mathrm{sV}}_1({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)}{\mathrm{dV}}=\frac{{\mathrm{sV}}_1\·\mathrm{\Δ\ϵ}}{\mathrm{dV}}---\left(4\right)$

式中，Δε为介电常数变化量，F/m。

由式(4)可知，在传感器结构确定的情况下，电容变化量ΔC与种子体积比例和介电常数变化量Δε成正比。

输种管是矩形管状结构，为避免传感器凸出干涉种子运动，在输种管的底面设有一个与传感器极板结构相同的矩形孔，将传感器固定在输种管孔内，保证传感器工作表面与输种管内表面相平。

测试电路主要包括AD7746芯片、CY7C68013A单片机和外围器件。采用电容数字转换集成芯片AD7746检测传感器的电容值。将电容传感器两极板分别与AD7746芯片的引脚3和引脚8相连，并通过AD7746芯片引脚1和引脚16把数字信号传给CY7C68013A单片机，然后通过CY7C68013A单片机引脚15和引脚16把检测信号上传到上位机进行显示和处理。为防止外界环境的干扰，采用电容传感器与处理电路一体化设计方案，将电容传感器和测试电路安装在护壳内。既防止外界电磁场干扰，又消除了引入寄生和杂散电容的因素。

采用电容传感器检测排种器工作性能具有维护简便、抗污染，能够实现非接触测量等优点，为提高精密播种机作业性能提供依据。

附图说明

图1是本发明电容式精密排种器性能检测传感器结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中所示两个电容极板2的极板参数图；

图4是本发明种子流动检测系统示意图；

图5是电容式传感器应用装配示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。

参照图1、2，一种电容式精密排种器性能检测传感器，由保护层1、电容极板2、基底3、测试电路4和护壳5组成；采用印刷或电路腐蚀方法制备的两个所述的电容极板2设置在基底3的上表面上，两极板形状呈E型，按极板开口相对、互相嵌入方式布置在同一平面上，两极板间隙c在1-2mm之间，与所述两个电容极板2电联接的测试电路4设置在基底3的下表面上，所述的护壳5通过螺钉设置在基底3上，所述的保护层1为喷涂或压制在电容极板2上表面的超高分子聚乙烯(UHMWPE)膜。

所述的基底3由厚度为2.5-3mm的电木制做。

所述的电容极板2的厚度为0.1-0.3mm。

所述的基底3的两端设有四个安装孔。

保护层、E形极板和基底加工成一体。护壳采用0.8-1.2mm不锈钢或镀锌板制作，其两端各设有两个与基底安装孔配合的装配孔。

根据输种管是矩形管状结构，其工作截面内腔宽度为23mm，内腔高度为44mm，传感器的两个电容极板结构参数设计为如图3所示，a=40mm、b=21mm、c=2mm、d=33mm。护壳采用0.8-1.2mm不锈钢或镀锌板制作，其两端各设有两个与基底安装孔配合的装配孔。

电容传感器应用时与输种管一起安装在排种器下方，如图5所示，电容传感器装在输种管底面上。为避免传感器凸出干涉种子运动，在输种管的底面一个与传感器极板结构相同的矩形孔，将传感器镶嵌在输种管孔内，保证传感器工作表面与输种管底壁内表面相平。

参照图4，测试电路主要包括AD7746芯片、CY7C68013A单片机和外围器件。采用电容数字转换集成芯片AD7746检测传感器的电容值。将电容传感器两极板分别与AD7746芯片的引脚3和引脚8相连，并通过AD7746芯片引脚1和引脚16把数字信号传给CY7C68013A单片机，单片机将读取的数值进行处理后通过USB接口传递给计算机，对测试结果进行分析和显示。

为防止外界环境的干扰，采用电容传感器与处理电路一体化设计方案，将电容传感器和测试电路安装在护壳内。既防止外界电磁场干扰，又消除了引入寄生和杂散电容的因素。

该传感器的工作过程：排种器工作时，随着排种轮旋转，种子从投种口沿投种点切向方向下落，然后顺输种管底面下滑，经过检测部位时，引起传感器电容量发生变化。玉米种子以0.272-1.2m/s速度经过传感器时，传感器输出变化量为0.084-0.15pF之间，可以检测排种器正常、重播、漏播等工作状态指标。

Claims (4)

1.一种电容式精密排种器性能检测传感器，由保护层(1)、电容极板(2)、基底(3)、测试电路(4)和护壳(5)组成，其特征在于：采用印刷或电路腐蚀方法制备的两个所述的电容极板(2)设置在基底(3)的上表面上，两极板形状呈E型，按极板开口相对、互相嵌入方式布置在同一平面上，两极板间隙在1-2mm之间，与所述两个电容极板(2)电联接的测试电路(4)设置在基底(3)的下表面上，所述的护壳(5)通过螺钉设置在基底(3)上，所述的保护层(1)为喷涂或压制在电容极板(2)上表面的超高分子聚乙烯(UHMWPE)膜。

2.根据权利要求1所述的电容式精密排种器性能检测传感器，其特征在于，所述的基底(3)由厚度为2.5-3mm的电木制做。

3.根据权利要求1所述的电容式精密排种器性能检测传感器，其特征在于，所述的电容极板(2)的厚度为0.1-0.3mm。

4.根据权利要求1所述的电容式精密排种器性能检测传感器，其特征在于，所述的基底(3)的两端设有四个安装孔。

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