CN104050503B - 一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，包括敏感板、密封构件、声音接收器、信号处理电路、吸声垫、显示仪表，所述敏感板、密封构件构成内部中空的密闭空间，所述声音接收器、信号处理电路、吸声垫均位于所述密闭空间内，所述声音接收器与信号处理电路相连、且面向敏感板，所述信号处理电路与显示仪表相连，所述吸声垫固定在所述声音接收器的背面。本发明基于计算机技术、传感器技术、现代工程测试技术、控制理论等现代先进技术，能够显著提高籽粒计数计量的效率和精度且便于实验数据的分析处理，能够为科研育种和农业生产措施的制定与评价提供可靠的技术保障。

Description

一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器。

背景技术

对农业生产措施和农业生产技术的效果评价经常要用到千粒重这一指标，如评价保护性耕作和精细农业的生产效果，即可通过对单位面积里作物种子籽粒进行计数称重来判别。育种实验前期，也需要对种子籽粒进行计数，如单位长度或面积播种数量，用于计算籽粒成活率，评价种子籽粒质量，另外，培育、选种、产量预测也都常涉及到籽粒千粒质量。现在常用的籽粒计数方式有人工计数和籽粒计数仪器两种计数方式。人工数籽粒繁琐而枯燥，费时且易产生误差，也不便于后续的数据分析处理。而现有的籽粒计数仪器多属于光电式，其工作原理是:先用电磁振动器将籽粒排成单粒队列，送入光电转换槽后形成光电脉动，然后由计数电路获得籽粒数目，但当籽粒下落速度太快时，受光电信息处理电路的限制，籽粒检测误差较大。另外，也有学者提出利用图像处理技术对籽粒进行计数，即将待测籽粒放在电磁振动工作台上，经振动后使均匀平铺后，固定在电磁振动工作台上的摄像头，在良好的光照条件下对平铺后的籽粒进行拍摄，获得的模拟信号图像数据经图像采集卡转换成数字信号后传输给PC机，然后在PC机上利用基于虚拟仪器开发的软件对图像进行处理、分析，得出测量结果输出到显示器。但是该方法对硬件要求较高，组成复杂，软件开发平台复杂，系统研发与实现成本高，数据处理量大，不易实现实时在线测量准确率很高，但易受环境影响，存在振动和环境噪声干扰等问题，安装困难，且成本高昂，使其应用受到限制，还处于试验阶段。研究表明，如何快速识别出同时下落的多颗籽粒是设计籽粒计数仪器的关键环节。

发明内容

为改变人工数籽粒繁琐而枯燥，费时，现有颗粒计数仪器计数误差大的现实状况，实现籽粒自动、快速计数并提高籽粒计数计量的效率和精度，本发明提供了一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，能够快速统计下落的籽粒数量。

为实现上述功能，本发明采用的技术方案为：

一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，包括敏感板、密封构件、声音接收器、信号处理电路、吸声垫、显示仪表，所述敏感板、密封构件构成内部中空的密闭空间，所述声音接收器、信号处理电路、吸声垫均位于所述密闭空间内，所述声音接收器与信号处理电路相连、且面向敏感板，所述信号处理电路与显示仪表相连，所述吸声垫固定在所述声音接收器的背面。

进一步地，所述声音接收器为电容式传声器或驻极体式传声器。

进一步地，所述信号处理电路依次由电荷放大器、滤波器、绝对值峰值检波放大器、包络线检波器、电压比较器和整波电路串联组成。

进一步地，所述显示仪表包括依次连接的高速计数器、单片机和显示器。

进一步地，所述敏感板为平板状，所述密封构件为一面开口的盒体，所述平板状敏感板固定在盒体开口的边缘上，所述平板状敏感板与盒体开口的边缘之间设置有密封垫。

进一步地，所述平板状敏感板为厚度为0.5-2.0mm、长宽尺寸为200-400mm的不锈钢304板、铝合金板、塑料板或胶木板。

进一步地，所述密封垫的材料为橡胶，厚度为1～2mm。

进一步地，所述吸声垫为厚度为10～30mm的吸音海绵。

进一步地，所述敏感板为管状，所述密封构件为两个密封塞，所述两个密封塞装在管状敏感板的两端。

进一步地，所述管状敏感板为长度为100-500mm、薄壁厚度为0.5-1.5mm、直径30-50mm的不锈钢薄壁管或塑料薄壁管。

当下落籽粒碰撞本发明所述基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器的敏感板时，敏感板会产生声音信号，放置在密闭空间中的声音接收器拾取籽粒碰撞敏感板产生的声音信号并传至信号处理电路，信号处理电路对碰撞声音信号进行放大、滤波等处理，将籽粒碰撞信号从周围背景中识别出来并传输到显示仪表，显示仪表实时采集信号处理电路输出的籽粒碰撞信号，并显示计数结果。

根据所要计数籽粒的力学特性的不同，还可以通过改变敏感板的材料、厚度以及吸声垫的材料、厚度来改变密闭空间的型腔结构，进而使籽粒与敏感板的碰撞声音特性发生变化，从而改变传感器对籽粒碰撞响应的灵敏度。

本发明所述的基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，基于计算机技术、传感器技术、现代工程测试技术、控制理论等现代先进技术，能够显著提高籽粒计数计量的效率和精度且便于实验数据的分析处理，能够为科研育种和农业生产措施的制定与评价提供可靠的技术保障。

附图说明

图1是本发明所述基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器第一实施例的结构示意图。

图2是本发明所述基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器第二实施例的结构示意图。

图3是本发明的系统原理图。

图4是所述信号处理电路原理图。

图中：

1-板状敏感板，2-密封垫，3-信号线，4-声音接收器，5-信号处理电路，6-吸声垫，7-盒体，8-显示仪表，9-密封塞，10-管状敏感板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例一：

结合图1和图3所示为本发明所述的基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器第一实施例，包括板状敏感板1、密封垫2、信号线3、声音接收器4、信号处理电路5、吸声垫6、一面开口的盒体7、显示仪表8组成；声音接收器4通过信号线3与信号处理电路5相连，信号处理电路5通过信号线3与显示仪表8相连；声音接收器4安装在吸声垫6上，吸声垫6安放在盒体7中，板状敏感板1与盒体7边沿通过螺栓连接，并在盒体7的边沿和板状敏感板1之间放置密封垫2。下落籽粒碰撞板状敏感板1时，板状敏感板1会产生声音信号，放置在盒体7中的声音接收器3拾取籽粒碰撞板状敏感板1产生的声音信号。如图4所示，信号处理电路5依次由电荷放大器、鉴频、绝对值峰值检波放大器、包络线检波器、电压比较器和整波电路串联组成，声音接收器4输出的电荷经信号线3传送给信号处理电路5，信号处理电路5对碰撞声音信号进行放大、滤波等处理，实现籽粒碰撞一次板状敏感板1，信号处理电路5输出一个标准方波电压信号，将籽粒碰撞信号从周围背景中识别出来，并传给显示仪表8。所述显示仪表8包括依次连接的高速计数器、单片机和显示器，以单片机为核心，通过高速计数器记录信号处理电路5输出的标准方波电压信号，能够实时监测籽粒流量并显示当前籽粒量。

板状敏感板1为采用不锈钢304板、铝合金、塑料板或胶木材料的矩形薄板，厚度为0.5-2.0mm，长宽尺寸为200-400mm。所述密封垫2的材料为橡胶，厚度为1～2mm。所述吸声垫6为厚度为10～30mm的吸音海绵。根据所要计数籽粒的力学特性的不同，通过改变板状敏感板1的材料、厚度以及吸声垫6的材料、厚度来改变盒体7的型腔结构，进而使籽粒与板状敏感板1的碰撞声音特性发生变化，从而改变传感器对籽粒碰撞响应的灵敏度。

对于具体的实施例：采用厚度为0.5mm，长、宽尺寸均为200mm的不锈钢304板矩形薄板作为板状敏感板1，厚度2mm的丁基橡胶垫制作密封垫2，电容式声敏元件作为声音接收器4，厚度为10mm的海绵声音作为吸声垫6；声音接收器4通过信号线5与信号处理电路4相连，信号处理电路5通过信号线3与显示仪表8相连；声音接收器4安装在吸声垫6上，吸声垫6安放在盒体7中，板状敏感板1与盒体7边沿通过螺栓连接，并在盒体7的边沿和板状敏感板1之间放置密封垫2。下落籽粒碰撞板状敏感板1时，板状敏感板1会产生声音信号，放置在盒体7中的声音接收器4拾取籽粒碰撞板状敏感板1产生的声音信号，并经信号线3传至信号处理电路5，信号处理电路5对碰撞声音信号进行放大、滤波等处理，将籽粒碰撞信号从周围背景中识别出来并调制成一个标准方波信号，工作过程中，显示仪表8实时监测信号处理电路4输出的方波数量并显示。

实施例二：

图2所示为本发明所述基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器第二实施例，包括管状敏感板10，例如长度尺寸在100-500mm，薄壁厚度尺寸0.5-1.5mm，直径30-50mm的不锈钢薄壁圆管或塑料薄壁圆管，管状敏感板10两端有密封塞密封，以免外界噪音进入造成计数误差。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，包括敏感板、密封构件、声音接收器(4)、信号处理电路(5)、吸声垫(6)、显示仪表(8)，所述敏感板、密封构件构成内部中空的密闭空间，所述敏感板为管状，所述密封构件为两个密封塞(9)，所述两个密封塞(9)装在管状敏感板(10)的两端，所述声音接收器(4)、信号处理电路(5)、吸声垫(6)均位于所述密闭空间内，所述声音接收器(4)与信号处理电路(5)相连、且面向敏感板，所述信号处理电路(5)与显示仪表(8)相连，所述吸声垫(6)固定在所述声音接收器(4)的背面。

2.根据权利要求1所述的基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，所述声音接收器(3)为电容式传声器或驻极体式传声器。

3.根据权利要求1所述的基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，所述信号处理电路(5)依次由电荷放大器、滤波器、绝对值峰值检波放大器、包络线检波器、电压比较器和整波电路串联组成。

4.根据权利要求1所述基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，所述显示仪表(8)包括依次连接的高速计数器、单片机和显示器。

5.根据权利要求1所述的基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，所述吸声垫(6)为厚度为10～30mm的吸音海绵。

6.根据权利要求1所述基于碰撞声音识别的籽粒计数传感器，其特征在于，所述管状敏感板(10)为长度为100-500mm、薄壁厚度为0.5-1.5mm、直径30-50mm的不锈钢薄壁管或塑料薄壁管。