CN109496533B - 用于确定作物产量的传感器系统 - Google Patents

Abstract

公开一种用于确定作物产量的传感器系统。该传感器系统包括：安装结构，所述安装结构安装在农用作业机械的谷物升降机的壳体上并且具有形成于其中的至少一个孔口。支点组件设置在所述安装结构上。摇臂绕所述支点组件的枢转轴线枢转并在第一端和第二端之间延伸。接合构件联接到所述摇臂的第二端并且布置成延伸穿过所述安装结构的所述至少一个孔口。至少一个间隙距离传感器安装在所述支点组件上，并构造成检测所述摇臂相对于所述支点组件的倾斜度。处理装置联接到所述间隙距离传感器并且被构造成使得所检测的摇臂的倾斜度与所施加的力相关联。

Description

用于确定作物产量的传感器系统

技术领域

本公开总体上涉及一种传感器系统，其具有用于确定作物产量的平衡梁力传感器。

背景技术

在收割期间，通常期望实时监测和确定作物产量，以改善收割操作并提供关于正被收割的作物的相关信息(例如，作物性能)。例如，这些信息可用于确定高性能和低性能区域，以及用于比较目的以比较各种种子类型的产量。粮食产量监测器测量和记录如下的信息：诸如粮食流量、粮食水分、覆盖面积和位置。基于测量的产量，可以确定其他性质，例如水分和粮食流量。

一些传统方法已采用平移(即，非旋转和线性平移)传感器装置来测量产量。然而，平移传感器装置具有显着的缺点，例如降低的传感器分辨率，增加的测量误差和有限的感测范围，从而导致不精确的产量测量，这可能是昂贵的。其他传统方法采用填充水平传感器，其基于平行板电容器的介电常数的测量变化来确定质量流量。这种传统方法的缺点包括传感器分辨率低和传感精度降低。因此，本领域需要一种改进的传感器系统，其克服了传统方法的局限性。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开一种用于确定作物产量的传感器系统。该传感器系统包括：安装结构，所述安装结构安装在农用作业机械的谷物升降机的壳体上且靠近布置在所述壳体中的作物输送组件。所述安装结构包括形成于其中的至少一个孔口。支点组件设置在所述安装结构上并包括联接到基部构件的支点元件。摇臂绕所述支点组件的枢转轴线枢转，并设置成在第一端和第二端之间延伸。接合构件联接到所述摇臂的第二端并且布置成延伸穿过所述安装结构的所述至少一个孔口。至少一个间隙距离传感器安装在所述支点组件的基部构件上，并构造成检测所述摇臂相对于所述支点组件的倾斜度。处理装置联接到所述间隙距离传感器，其中所述处理装置被构造成：当可移动的谷物质量体与所述接合构件接合时，使得所检测的摇臂的倾斜度与作用在所述接合构件上的所施加的力相关联。所述处理装置还被构造为基于所施加的力来确定作物总产量。

通过考虑详细说明和附图其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

附图的详细描述将参考附图，其中：

图1A是根据一个实施例的传感器系统的透视侧视图；

图1B是根据一个实施例的传感器系统的剖视侧视图；

图2是根据一个实施例的图1的传感器系统的俯视透视图；

图3是根据一个实施例的用于确定作物产量的传感器系统的分解图；

图4是根据一个实施例的图1的传感器系统的仰视图；

图5A是根据一个实施例的布置在图1的传感器系统中的物料接触构件的分解透视图；

图5B是根据一个实施例的图5A的物料接触构件的分解侧视图；

图5C是根据一个实施例的布置在图1的传感器系统中的物料接触构件的分解侧视图；

图6是根据一个实施例的传感器系统的剖视侧视图；

图7是农用作业机械的侧视图，其包括图1的传感器系统的实施例；

图8是根据一个实施例的设置在作物输送组件附近的图1的物料接触构件的侧视图，其中作物输送组件设置在图7的农用作业机械中；以及

图9是利用图1的传感器系统确定作物产量的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1-4，示出了根据一个实施例的用于确定作物产量的传感器系统100。传感器系统100可包括共同布置在安装结构108上的物料接触构件102、支点组件104和至少一个间隙距离传感器106，所述安装结构108联接和布置在作物输送组件424附近，该作物输送组件424位于农用作业机械400中(图7和8)。出于清楚的目的，本公开将被描述为在包括收割机的农用作业机械中实施，然而，应当注意，本公开还可以用于其他产量监测应用，例如播种。

在一些实施例中，安装结构108安装在布置在作物输送组件424中的旋转机构434附近，并且可包括至少一个孔口118，其中相对于物料接触构件102的长度确定孔口118的尺寸。例如，孔口118的定位和结构几何形状可以并且将基于物料接触构件102的至少一个构件的尺寸和形状而变化(例如参见图4)。安装结构108可包括安装板120，安装板120具有至少两个侧壁122，侧壁122在基本平行于安装板120的上平面126的方向上延伸。多个安装孔127可在空间上布置在上平面126上，以用于接收紧固件以确保在各种位置上将支点组件104或其他部件放置在安装板120上。后面板128可以布置成在物料接触构件102的后方向上突出并远离安装板120。

物料接触构件102(例如，摇臂)联接到安装结构108，并且可布置成在第一端和第二端之间延伸。在一些实施例中，物料接触构件102可包括摇臂110(即，摇臂110固定地或可拆卸地接合到接合构件112)。摇臂110可包括梁或悬臂状结构，其在物料接触构件102的第一和第二端111、113中的任一个或两个处(图5A，5B，5C)以平齐关系联接到接合构件112。配重105可以布置在物料接触构件102的第一或第二端111、113中的至少一个处，以用于平衡物料接触构件102在第一位置或第二位置中的重量分布。

至少一个圆柱形凹槽114可以限定在摇臂110内并且适于接收弹性构件116，例如具有恢复力的细长弹簧(例如，螺旋弹簧，扭转弹簧，Belleville垫圈等)。弹性构件116布置成沿给定方向偏置物料接触构件102，并且当物料接触构件102枢转地从安装结构108移位时施加恢复力以将物料接触构件102枢转到返回位置(即，零位置)。例如，摇臂110可以布置成在支点组件104上方延伸，并且相对于安装结构108围绕支点组件104的支点元件130枢转。轴接收通道218(图5B)可以形成在摇臂110的枢转表面中或上，并且适于接合支点元件130的互补表面。

如图3所示，在实施例中，支点组件104可包括附接到基部组件132的支点元件130。支点元件130可包括旋转轴或类似结构，其被布置成绕枢转轴线137枢转而不平移，其中枢转轴线137基本上平行于基部组件132的平面而布置。基部组件132可包括支撑基板135，支撑基板135包括一个或多个安装孔口，所述安装孔口布置成接收紧固件元件134(例如，螺栓或螺钉)以允许将基部组件132安装到安装结构108。至少一个传感器腔136可以布置在基部组件132的外部部分上，以确保一个或多个间隙距离传感器106的放置和定位。

尽管在本文的实施例中，将示出至少一个间隙距离传感器106定位在布置在基部组件132上的一个或多个传感器腔136中，但是在其他实施例中，传感器106也可以布置在安装结构108或其他支撑结构上。另外，如图3所示，至少一个间隙距离传感器106可包括布置在支点元件130的相反侧的第一传感器元件106a和第二传感器元件106b。

如所布置的，至少一个间隙距离传感器106被构造为检测物料接触构件102相对于支点组件104(即，枢轴点)的倾斜度并且可通信地联接到处理装置107。处理装置107可以包括微处理器，微控制器，数字信号处理器，可编程逻辑控制器或其他合适的计算装置，并且可以如图所示在农用作业机械上本地布置或者在远程处理装置处远程布置。在各种实施例中，并且如同参考图9讨论，至少一个间隙距离传感器106可包括如下各种传感器，包括但不限于电位计、编码器、磁阻传感器、磁接近传感器、光学传感器、声学传感器、霍尔-效应传感器、电感传感器或其组合。

如本领域技术人员将理解的，提供图1仅用于说明和示例性目的，并且决不旨在限制本公开或其应用。在其他实施例中，传感器系统100的布置和/或结构构造可以改变并且将发生改变。例如，传感器系统100的位置和定位可以移位到所示实施例的左侧或右侧。在一些实施例中，传感器系统100可包括更少或更多的传感器(例如，间隙距离传感器，重力传感器或其他传感器)，如将参考图6进一步详细讨论的。另外，支点组件104的位置和布置可以在各种实施例中变化并且将发生改变。在一些实施例中，支点组件104可以居中地布置在安装结构108上，以允许物料接触构件102的铰接式联接(图2)或居中式联接，这允许物料接触构件102的枢转或跷跷板式旋转。在其他实施例中，支点组件104可以定位在安装结构108的左侧或右侧，以也允许物料接触构件102的铰接式联接。在其他实施例中，监控装置100可以布置成不包括支点组件104。在这样的布置中，物料接触构件102的第一和第二端111、113中的每一个可以固定地联接到安装结构108，使得由农业物料432作用在接合构件112上的任何力将从动能形式转变为另一种能量形式。

参考图5A-5C，更详细地示出了物料接触构件102的摇臂110。如图所示，摇臂110可包括整体连接到第一联接元件206和第二联接元件208的中心部分210。第一和第二联接元件206、208的尺寸和大小在各种实施例中基于物料接触构件102的结构布置将发生变化。例如，在一些实施例中，第一和第二联接元件206、208将相对于接合构件112的长度(例如，参见图5B和5C)以及基于如上所述的一种类型的联接装置(即，铰接式联接或居中式联接)而确定尺寸。

在实施例中，摇臂110可包括刚性材料，例如铝，钢或其他合适的金属材料，其具有足够的弹性以抵抗构件110的弯曲和/或挠曲。另外，加强元件203可形成在摇臂110的至少一个表面中或上，并且可以包括多个凹陷凹槽204，凹陷凹槽204相邻地布置以进一步促进摇臂110的刚度和硬度的增大，同时还有助于减小结构重量。这种布置是特别有利的，因为物料接触构件102的运动被限制为在支点元件130上的旋转运动，这大大降低了其对不希望的噪声或振动的敏感性。在实施例中，多个凹陷凹槽的深度可以与摇臂110的外壁的深度相同。

如图3和5A所示，接合构件112可包括力板，该力板具有粘合地连接到第二部分112b的第一部分112a，然而，可采用其他合适的联接技术。例如，在其他实施例中，第一和第二部分112a、112b可以利用诸如热联接，焊接，层压等技术连接。第一部分112a可以包括金属材料，例如铝或钢，而第二部分112b由于其定位可以包括与第一部分112a相比更耐磨损的材料(例如，陶瓷)。第二部分112b可包括成角度的或倾斜表面115(例如，弧形或坡形表面)，其具有前缘117a和后缘117b，该倾斜表面115相对于安装结构108的外表面成角度。在一些实施例中，前缘117a可以从安装结构108的外表面凹进约1mm，并且后缘117b可以布置成从安装结构108的外表面延伸出大约1mm。这主要是为了最小化磨损并以免倾斜表面115受到移动的农业物料移动质量体432的直接冲击。例如，倾斜表面115布置成使得由农业物料质量体432施加在倾斜表面上的力将朝向中心集中。

如参考图1所讨论的那样，现在参见图6，在一些实施例中，传感器系统100还可包括联接到接合构件112的调节机构320。调节机构320可包括致动装置，例如联接到螺纹螺杆轴(未示出)并且布置为二维地调节接合构件112的位置的驱动马达。驱动马达可通信地联接到处理装置107，使得在接收到控制信号时，物料接触构件102的零位置(即，没有冲击的默认位置)被旋转地或平移地调整。这种布置是特别有利的，因为它有助于提高用于各种作物的传感器系统100的测量精度和性能，提高传感器系统100相对于重力的传感器俯仰或横滚的测量精度和性能；或者提高用于给定农业物料的传感器系统100的各种测量范围。例如，可以通过基于农业物料质量体432的质量流量动态调节接合构件112的位置来修改接合构件112的特征响应。

在其他实施例中，调节机构320可包括可调阻尼机构或缓冲器(未示出)，其操作以改变施加力的范围，这导致物料接触构件102移动整个旋转量值范围。例如，第一缓冲器设置可以与低质量流量作物(例如小颗粒作物)一起使用，而第二缓冲器设置可以与高质量流量作物(例如玉米)一起使用。其他示例包括针对该机构的各种作物的一系列设置。在其他实施例中，除了执行零位置调节之外，传感器系统100可以包括重力传感器(未示出)，其被构造成检测物料接触构件102相对于地球重力的位置。在这样的布置中，相对重力数据从重力传感器传输到处理装置107，以用于数据的动态缩放或初始校准。

参照图7-8，示出了农用作业机械400(例如，收割机)的示例性实施例，其中布置有图1的传感器系统100。如图所示，农用作业机械400可以包括车辆框架402，该车辆框架402具有从车辆框架402延伸的地面接合元件404。为了控制农用作业机械400的操作，驾驶室410可布置在车辆框架402的顶部。

收割装置412被布置在农用作业机械400的前方延伸，并且可以包括收割平台414，进料室416，和搅拌器418。收割平台414可被布置在收割装置412的下端并且用于收割农业物料432。进料室416可插入地设置在收割平台414和搅拌器418之间，以将由收割装置412接收的农业物料432向上引导通过入口过渡部分420以到达到作物处理单元422。

从农业物料432去除谷壳的物料分离系统426可以布置在作物处理单元422下方并且连接到作物输送组件424的下端，如图7所示。作物输送组件可包括附接到旋转机构434(例如，带或链和齿轮或滑轮)的多个可移动构件430，其向外延伸并远离旋转机构434的中心轴线。本领域技术人员可以理解，图7未按比例绘制，并且所示实施例仅用于示例性目的以便于解释物料分离系统426。例如，尽管未示出，但在各种实施例中，每个可移动构件430可以并且将包括大致弯曲的或弧形的构造。

如图所示，作物输送组件424的多个可移动构件430接收分离的物料并将农业物料432引导到过渡区域427，农业物料432在该过渡区域427与物料接触构件102接合并且被供应到用于将物料加载到物料池450中的加载螺旋钻434。在一些实施例中，农用车辆还可包括布置在操作员驾驶室410上的用于接收位置/定位信号的位置确定接收器436。

参考图9，示出了用于确定作物产量的方法500的流程图。在操作中，当农业物料432从物料分离系统426转移到可移动构件430时，农业物料432由作物输送组件424顺时针和向上输送到物料接触构件102。例如，一旦农业物料432到达作物输送组件424的上端，则农业物料432从可移动构件430投掷到物料接触构件102。

如图9所示，在502处，当农业物料432撞击倾斜表面115时，角向力(例如，向心力)施加在接合构件112的倾斜表面115上，从而引起倾斜表面115的每个边缘117a、117b相对于彼此的旋转或枢转移动。由于冲击，也引起第一端111和/或第二端113的旋转和枢转移动。如前所述，这种旋转移动将部分地基于物料接触构件102的联接装置(例如，铰接式联接或居中式联接)来确定。例如，在铰接式联接装置中的接合时，第一端111或者第二端113将围绕支点元件112相对于彼此不成比例地移位(即，两端相对于彼此不移动相等的距离)(即，两端相对于彼此不移动相等的距离，使得每端的位移的旋转量值与另一端不成比例)。然而，在居中式联接装置中，两个端部111、113将以类似跷跷板的方式相对于彼此不成比例地移位。

在504处，所述至少一个间隙距离传感器构造成测量物料接触构件102的位移的旋转量值。位移的旋转量值将基于冲击水平而变化。例如，当物料接触构件102向上移位(例如，高作物冲击)时将产生最大旋转量值，并且当物料接触构件102处于向下位置或休止时(后缘117b延伸超出安装结构108)，将产生最小旋转量值。在一个实施例中，至少一个间隙距离传感器106可包括电位计、旋转编码器、集成磁阻传感器、霍尔编码器、或它们的组合，或其他合适的传感器，其被构造为检测物料接触构件102相对于支点组件104的角度变化。然而，应该注意，所采用的传感器类型将根据所需的测量输出而变化。

例如，在其他实施例中，至少一个间隙距离传感器106可以被构造为在差分或非差分感测模式中检测物料接触构件102相对于传感器106的位置的变化。如这里所提到的，“非差分感测模式”包括一个或多个传感器输出测量信号被单独地处理的模式。相反，“差分感测模式”包括两个或更多个传感器同时输出测量信号的模式，这些测量信号相减以生成不含共模误差的测量值。例如，在差分感测模式中，第一和第二传感器106a、106b被构造为检测摇臂110相对于支点组件104的距离(即，空间间隙)的变化或倾斜度。在差分感测模式中使用两个或多个传感器可以帮助减少源自于，例如但不限于，物料接触构件102的共模振动或传感器的温度漂移的误差。

在任一感测模式中，至少一个间隙距离传感器106可包括以下传感器中的一个或多个：线性电位计，磁接近传感器，光学距离传感器，超声波传感器，霍尔效应传感器，电感式传感器，巨式磁阻传感器等。在506处，基于所测量的旋转量值，处理装置107可以确定作物产量并生成作业总产量的输出，以显示在布置在驾驶室410中的用户界面上。

接下来，在508处，弹性构件116操作以向物料接触构件102施加恢复力，以在物料接触构件移位后将构件102返回到零位置。例如，这种位移将导致相对小的恢复力，并且随着位移变大，恢复力成比例地增加。在一些实施例中，提供恢复力的弹性构件116的弹簧常数可以通过诸如弹簧温度的方式而改变，通过设置在支点组件104上的扭转弹簧(该扭转弹簧具有集成的电流变或磁流变流体)而改变。可变阻力可以通过诸如可变压力气动缓冲器、电流变缓冲器、磁流变缓冲器或其他合适装置的技术来实现。

在不以任何方式限制下面出现的权利要求的范围、解释或应用的情况下，本文公开的一个或多个示例实施例的技术效果是用于确定作物产量的传感器系统。值得注意的是，本公开具有优于传统方法的若干优点，包括但不限于提供增加的传感器分辨率，为各种作物类型提供可扩展性，有效消除不想要的噪声和振动。

虽然以上描述了本公开的示例实施例，但是这些描述不应被视为具有限制意义。而是，在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的范围和精神的情况下，可以进行其他变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于确定作物产量的传感器系统，该传感器系统包括：

安装结构，所述安装结构安装在农用作业机械的谷物升降机的壳体上且靠近布置在所述壳体中的作物输送组件，所述安装结构包括形成于其中的至少一个孔口；

支点组件，所述支点组件设置在所述安装结构上并包括联接到基部构件的支点元件；

摇臂，所述摇臂绕所述支点组件的枢转轴线枢转，并设置成在第一端和第二端之间延伸；

接合构件，所述接合构件联接到所述摇臂的第二端并且布置成延伸穿过所述安装结构的所述至少一个孔口；

至少一个间隙距离传感器，所述至少一个间隙距离传感器安装在所述支点组件的基部构件上，并构造成检测所述摇臂相对于所述支点组件的倾斜度；和

处理装置，所述处理装置联接到所述间隙距离传感器，其中所述处理装置被构造成：当可移动的谷物质量体与所述接合构件接合时，使得所检测的摇臂的倾斜度与作用在所述接合构件上的所施加的力相关联，并且其中所述处理装置被构造为基于所施加的力来确定作物总产量。

2.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括布置在所述摇臂的第一端处的配重，以用于在所述摇臂处于第一位置中时和处于第二位置中时平衡所述摇臂。

3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中所述第一位置对应于所述摇臂处于休止状态的位置，并且其中所述第二位置对应于所述摇臂的倾斜位置。

4.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个间隙距离传感器包括布置在所述支点元件的相反侧上的第一传感器和第二传感器，其中所述第一传感器构造为生成第一输出信号，并且所述第二传感器被构造为生成第二输出信号。

5.根据权利要求4所述的传感器系统，其中，所述处理装置被构造为当所述摇臂被布置在第一位置中时，基于相应的所述第一输出信号和所述第二输出信号之间的差值来计算差分输出信号以消除噪声引起的摇臂的机械振动。

6.根据权利要求4所述的传感器系统，其中所述第一传感器和第二传感器包括以下传感器中的一个或多个：电感传感器、电容传感器、压电传感器、光电传感器、超声传感器、磁场传感器或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述摇臂包括形成在所述摇臂的至少一个表面上的加强构件，所述加强构件包括多个凹陷凹槽，所述多个凹陷凹槽相邻地布置以便于增大所述摇臂的强度。

8.根据权利要求7所述的传感器系统，其中所述多个凹陷凹槽的深度与所述摇臂的外壁的深度相同。

9.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述摇臂是弹簧加载的摇臂。

10.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述接合构件的上端与所述摇臂的第二端的底表面以平齐关系接合，并且所述接合构件的下端相对于所述安装结构的外表面成角度。

11.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述接合构件通过至少三个紧固件元件联接到所述摇臂。

12.根据权利要求7所述的传感器系统，其中所述接合构件的尺寸和形状设计成可移动地插入所述安装结构的所述至少一个孔口中。

13.根据权利要求7所述的传感器系统，其中所述接合构件的第一部分联接到所述接合构件的第二部分，并且其中所述第一部分包括金属材料，并且所述第二部分包括与第一部分相比更耐磨的材料。

14.根据权利要求10所述的传感器系统，其中所述接合构件的所述下端的前缘从所述安装结构的所述外表面凹进约1mm，并且其中所述接合构件的所述下端的后缘从所述安装结构的所述外表面延伸出约1mm。

15.一种确定作物产量的方法，该方法包括：

利用至少一个间隙距离传感器检测联接到安装结构的摇臂的倾斜度，所述安装结构布置在农用作业机械的谷物升降机的壳体内；

将所述摇臂的倾斜度与作用在接合构件上的所施加的力相关联，其中所施加的力与所述接合构件所接合的农业物料质量体的流量相关；和

根据所施加的力确定作物产量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中检测所述摇臂的倾斜度还包括在差分感测模式中确定所述倾斜度的最大旋转量值或最小旋转量值。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述差分感测模式包括利用两个或更多个间隙距离传感器，其中所述两个或更多个间隙距离传感器同时输出测量信号，这些测量信号相减以生成不含共模误差的测量值。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个间隙距离传感器包括布置在安装结构上设置的支点元件的相反侧上的第一传感器和第二传感器，其中，所述第一传感器构造为生成第一输出信号，并且所述第二传感器是构造为生成第二输出信号。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述接合构件包括倾斜表面，使得农业物料质量体以与所述倾斜表面垂直的角度接合所述倾斜表面。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所施加的力是向心力。

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