CN103048025B - 一种籽棉流量测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种籽棉流量测量装置，包括作为发射端的发射器阵列、作为接收端的探测器阵列和控制模块，发射器阵列和探测器阵列安装于输棉通道两侧，所述发射器阵列和探测器阵列正对应设置，所述探测器阵列中的每个探测器内部设有一个光/频转换器，所有所述光频转换器与数字输出电路连接，并且所述数字输出电路与计数器接口电路连接，所述发射器阵列、探测器阵列以及与它们连接的电路均由控制模块进行控制。与现有测量技术相比，本发明采用光频转换技术将光信号变化转换成相应的频率变化，通过频率来计算累积光强，从而建立累积光强与流过输棉管截面的棉花质量流量的关系，实现棉花质量流量的在线测量。抗干扰电路，具有很好的抗干扰作用。

Description

一种籽棉流量测量装置及方法

技术领域

本发明涉及稀相输送过程中，对气固两相流固体的质量流量进行测量的技术，具体的说是一种应用于棉花质量流量进行测量的装置和方法。

背景技术

在精细农业生产中，采用采棉机收获棉花时，需要对收获的棉花进行实时称重，以获得棉花的产量及各小区的差异。由于棉花不同于谷物及类似作物的流动特性，像冲击式、光电式容积式及刮板轮式容积流量传感器都不适合棉花及类似作物的产量测量。光学传感器测量方法及测量装置可以通过测量棉花流过传感器截面时引起的光强衰减，探测器将光强变化转化为频率信号的变化，从而研究单位时间内流过管道的棉花质量与接收到的累积光强之间的关系，建立棉花质量流量在线测量模型。光学法测量为非接触式测量，因此具有快速、准确的优点。

发明内容

针对目前棉花等类似作物产量测量的问题，本发明的目的是提供一种抗干扰能力强、计量准确的籽棉流量测量装置。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种籽棉流量测量装置，包括作为发射端的发射器阵列、作为接收端的探测器阵列和控制模块，发射器阵列和探测器阵列安装于输棉通道两侧，所述发射器阵列和探测器阵列正对应设置，所述探测器阵列中的每个探测器内部设有一个光/频转换器，所有所述光频转换器与数字输出电路连接，并且所述数字输出电路与计数器接口电路连接，所述发射器阵列、探测器阵列以及与它们连接的电路均由控制模块进行控制。

探测器阵列与发射器阵列平行安装于输棉通道上，且探测器阵列的各探测器与发射器阵列的各发射器一一对正。

所述发射器阵列中的每个发射器内部设有降压稳压电路；所述探测器阵列中的每个探测器内部设有抗干扰电路。

所述抗干扰电路中采用隔离DC-DC模块，将模拟电路与数字电路分开，模拟地与数字地仅在唯一点相连，电源线和地线同时加粗；并在易受到电磁干扰的部位增设地线或用宽地线环绕。

发射器阵列是由5个LED灯管组成的阵列，提供稳定光源。探测器是由5个光频转换电路构成的阵列，将光量变化转换成频率变化。发射器单元5个LED灯管共用两根线（一根电源线，一根地线），电压是通过SP7656降压型稳压器把采棉机的12V电源转化成的5V电压。探测器的信号输出有5根信号线，分别接向微处理器的计数器端口，一根公共电源线接向微处理器5V电源接口，一根公共地线接向微处理器的地线接口。

光电接收器的灵敏度直接影响测量的精度，本发明中采用的是光/频转换器TSL235，具有接口简单、安装方便的特点，其只有一根信号线，只需提供+5V的电源就可输出频率信号且信号传输距离远。

探测器阵列各光频电路的感应来自各对应LED的光照水平变化。

发射器阵列与探测器阵列之间的多个发射器-探测器通道均匀分布于输棉通道的宽度方向或高度方向，即位于两端的发射器-探测器通道分别靠近输棉通道的左右两侧或上下两侧，位于中间的发射器-探测器通道均匀分布。

一种籽棉流量测量方法，包括：

由发射端发射信号，由接收端接收信号，并对接收的信号进行光/频转换成数字信号，并对数字信号按单位时间进行累积，得到棉花质量流量。

根据该流量测量装置发射器-探测器副接收单元输出的频率，采集一系列p_i值，取出p_i的最大值b_i（一般取没有棉花流过管道时的探测器频率输出值作为基准值），对采集的一系列p_i值归一化处理，得出归一化差值x_i（即x_i=(b_i-p_i)/b_i），然后由归一化差值x_i及相关需校正参数可以推算出输棉管道的棉花质量流量M：

式中

M——物料的总质量流量；

K——需要通过实验校正得出的标量值；

m——传感器元件内的发射器—探测器副的数目；

C_i——第i个发射器—探测器副的权重系数（通过校正确定），补偿管道截面上流速的变异；

x_i——第i个发射器—探测器副的归一化差值；即x_i=(b_i-p_i)/b_i；

u——描述流量关于x_i函数的变化比率幂指数。

与现有测量技术相比，本发明采用光频转换技术将光信号变化转换成相应的频率变化，通过频率来计算累积光强，从而建立累积光强与流过输棉管截面的棉花质量流量的关系，实现棉花质量流量的在线测量。同时，抗干扰电路，具有很好的抗干扰作用。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述籽棉流量测量装置的结构图。

图2是发射器阵列的电路图；

图3是探测器阵列的电路图。

具体实施方式

本发明实施例所述的一种籽棉流量测量装置，包括作为发射端的发射器阵列、作为接收端的探测器阵列和控制模块，发射器阵列和探测器阵列安装于输棉通道两侧，所述发射器阵列和探测器阵列正对应设置，所述探测器阵列中的每个探测器内部设有一个光/频转换器，所有所述光频转换器与数字输出电路连接，并且所述数字输出电路与计数器接口电路连接，所述发射器阵列、探测器阵列以及与它们连接的电路均由控制模块进行控制。

探测器阵列与发射器阵列平行安装于输棉通道上，且探测器阵列的各探测器与发射器阵列的各发射器一一对正。

所述发射器阵列中的每个发射器内部设有降压稳压电路；所述探测器阵列中的每个探测器内部设有抗干扰电路。

所述抗干扰电路中采用隔离DC-DC模块，将模拟电路与数字电路分开，模拟地与数字地仅在唯一点相连，电源线和地线同时加粗；并在易受到电磁干扰的部位增设地线或用宽地线环绕。

发射器阵列是由5个LED灯管组成的阵列，提供稳定光源。探测器是由5个光频转换电路构成的阵列，将光量变化转换成频率变化。发射器单元5个LED灯管共用两根线（一根电源线，一根地线），电压是通过SP7656降压型稳压器把采棉机的12V电源转化成的5V电压。探测器的信号输出有5根信号线，分别接向微处理器的计数器端口，一根公共电源线接向微处理器5V电源接口，一根公共地线接向微处理器的地线接口。

光电接收器的灵敏度直接影响测量的精度，本发明中采用的是光/频转换器TSL235，具有接口简单、安装方便的特点，其只有一根信号线，只需提供+5V的电源就可输出频率信号且信号传输距离远。

探测器阵列各光频电路的感应来自各对应LED的光照水平变化。

发射器阵列与探测器阵列之间的多个发射器-探测器通道均匀分布于输棉通道的宽度方向或高度方向，即位于两端的发射器-探测器通道分别靠近输棉通道的左右两侧或上下两侧，位于中间的发射器-探测器通道均匀分布。

如图1至图3所示，本发明实施例所述的籽棉流量测量装置，包括发射器阵列（包括发射器透镜视窗1、光源2和发射器外壳体3）、输棉管4、探测器阵列（TSL235光/频转换器5探测器透镜视窗6、探测器外壳体7）、棉花8。发射器阵列和探测器阵列都安装在进棉仓输棉管4上，且平行相对，发射器中的各个光源2与正对安装的探测器中的各TSL235光/频转换器5分别对齐，发射器透镜视窗1、探测器透镜视窗6都采用特殊复合材料制作，且外凸形状也是特殊设计的，防止灰尘积聚及棉花缠绕。

当棉花8从输棉管4流过时，从传感器发射端发出的离散偏振光束被棉纤维部分衰减，衰减后的光束被TSL235光/频转换器5接收并转换成频率信号。每个TSL235光/频转换器5只有一根信号线，提供+5V电源就可以输出频率信号。频率信号直接传输到微处理器的计数器端口，输出频率与穿越活动区的光强呈线性相关。通过微处理器写入的处理算法对计数器输出的频率信号进行处理，可以最终获得棉花流进储棉仓的质量流量。同时对电路进行抗干扰设计，减小各种干扰因素对流量测量精度的影响。

本发明所述籽棉流量测量方法，包括：

由发射端发射信号，由接收端接收信号，并对接收的信号进行光/频转换成数字信号，并对数字信号按单位时间进行累积，得到棉花质量流量。

根据该流量测量装置发射器-探测器副接收单元输出的频率，采集一系列p_i值，取出p_i的最大值b_i（一般取没有棉花流过管道时的探测器频率输出值作为基准值），对采集的一系列p_i值归一化处理，得出归一化差值x_i（即x_i=(b_i-p_i)/b_i），然后由归一化差值x_i及相关需校正参数可以推算出输棉管道的棉花质量流量M：

式中

M——物料的总质量流量；

K——需要通过实验校正得出的标量值；

m——传感器元件内的发射器—探测器副的数目；

C_i——第i个发射器—探测器副的权重系数（通过校正确定），补偿管道截面上流速的变异；

x_i——第i个发射器—探测器副的归一化差值；即x_i=(b_i-p_i)/b_i；

u——描述流量关于x_i函数的变化比率幂指数。

与现有测量技术相比，本发明采用光频转换技术将光信号变化转换成相应的频率变化，通过频率来计算累积光强，从而建立累积光强与流过输棉管截面的棉花质量流量的关系，实现棉花质量流量的在线测量。同时，抗干扰电路，具有很好的抗干扰作用。

Claims (5)

1.一种籽棉流量测量装置，包括作为发射端的发射器阵列、作为接收端的探测器阵列和控制模块，其特征在于，发射器阵列和探测器阵列安装于输棉通道两侧，所述发射器阵列和探测器阵列正对应设置，所述探测器阵列中的每个探测器内部设有一个光/频转换器，所有所述光/频转换器与数字输出电路连接，并且所述数字输出电路与计数器接口电路连接，所述发射器阵列、探测器阵列以及与它们连接的电路均由控制模块进行控制，发射器阵列与探测器阵列之间的多个发射器-探测器通道均匀分布于输棉通道的宽度方向或高度方向，即位于两端的发射器-探测器通道分别靠近输棉通道的左右两侧或上下两侧，且多个发射器-探测器通道均匀分布，根据该流量测量装置发射器-探测器副接收单元输出的频率，采集一系列pi值，取出pi的最大值bi，一般取没有棉花流过管道时的探测器频率输出值作为基准值，对采集的一系列pi值归一化处理，得出归一化差值xi，即xi=(bi-pi)/bi，pi由每一采样周期光衰减量的模拟量经光频转换得到，然后由归一化差值xi及相关需校正参数可以推算出输棉管道的棉花质量流量M：

式中

M——物料的总质量流量；

K——需要通过实验校正得出的标量值；

m——传感器元件内的发射器—探测器副的数目；

Ci——第i个发射器—探测器副的权重系数，通过校正确定，补偿管道截面上流速的变

异；

xi——第i个发射器—探测器副的归一化差值；即xi=(bi-pi)/bi；

u——描述流量关于xi函数的变化比率幂指数。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，探测器阵列与发射器阵列平行安装于输棉通道上，且探测器阵列的各探测器与发射器阵列的各发射器一一对正。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述发射器阵列中的每个发射器内部设有降压稳压电路；所述探测器阵列中的每个探测器内部设有抗干扰电路。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述抗干扰电路中采用隔离DC-DC模块。

5.一种如权利要求1所述测量装置的测量方法，包括：由发射端发射信号，由接收端接收信号，并对接收的信号进行光/频转换成数字信号，并对数字信号按单位时间进行累积，得到棉花质量流量M：

式中

M——物料的总质量流量；

K——需要通过实验校正得出的标量值；

m——传感器元件内的发射器—探测器副的数目；

Ci——第i个发射器—探测器副的权重系数，通过校正确定，补偿管道截面上流速的变异；

xi——第i个发射器—探测器副的归一化差值；即xi=(bi-pi)/bi；

u——描述流量关于xi函数的变化比率幂指数。