CN213044209U - 一种谷物流量实时监测装置和联合收获机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种谷物流量实时监测装置和联合收获机，包括连接支架、安装支架、多组流量监测单元、采集模块和控制器；连接支架用于安装在螺旋升运绞龙出粮口壳体的上方，安装支架的一端与连接支架连接；多组流量监测单元通过安装支架安装在连接支架上，流量监测单元与采集模块连接，采集模块与控制器连接；流量监测单元用于监测谷物流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，并将采集的信号传递给采集模块，采集模块将接收到的信号转换成数字信号，并传递给控制器。

Description

一种谷物流量实时监测装置和联合收获机

技术领域

本实用新型属于农机技术领域，尤其涉及一种谷物流量实时监测装置和联合收获机。

背景技术

谷物产量受到农田土壤特性、生产管理方式等多种因素的影响，在空间上存在差异性。作为当前精准农业研究和实践中不可或缺的一个环节，获取谷物作业区域准确的产量分布信息，能够有效评估谷物生产质量及收获作业质量，并为下一季作物的变量播种、施肥、施药和田间管理等进行指导，从而对农业生产的精量投入进行控制。随着农业机械化技术的发展，当前联合收获机在稻麦等农作物的收获过程中，广泛应用输粮绞龙以实现粮食的输送及升运。通过实时监测输送过程中谷物的流量，能够有助于获取作物的产量信息，从而建立相应的产量分布图。

中国专利CN110089260A提出一种刮板式输粮的谷物流量监测方法及监测系统，通过对所获取刮板槽上谷物分层单元截面中光圈轮廓的图像进行处理，并根据刮板槽的线速度输出分层单元体积，从而计算单个刮板槽上谷物总体积和谷物流量，但由于螺旋升运绞龙中的谷物通过螺旋绞龙叶片以螺旋状升运导致获取分层单元体积困难，因而不适用于采用螺旋升运绞龙作业的联合收获机；中国专利CN101354272A提出一种谷物流量测量装置，通过单块冲板与贴有应变片的悬臂梁连接，在正对出粮口处监测谷物流量，但其仅布置单个测点，难以描述螺旋升运绞龙出粮口扇形非均匀抛撒的谷物流量，导致谷物流量变化时测量精度不稳定。此外，其冲板与出粮口等宽等高，谷物流量较大时容易遮挡谷物引起堵塞，谷物流量较小时，出粮口底部的谷物流不易冲击到冲击板。因此，现有技术均无法实现螺旋升运绞龙出粮口扇形非均匀抛撒谷物流量的准确测量，难以进一步为建立谷物产量分布信息提供依据。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种谷物流量实时监测装置和联合收获机，包括连接支架、安装支架、多组流量监测单元、采集模块和控制器；能够对联合收获机作业过程中螺旋升运绞龙出粮口处呈扇形非均匀抛撒的谷物流进行实时监测。

本实用新型的技术方案是：一种谷物流量实时监测装置，包括连接支架、安装支架、多组流量监测单元、采集模块和控制器；

所述连接支架用于安装在螺旋升运绞龙出粮口壳体的上方，所述安装支架的一端与连接支架连接；多组所述流量监测单元通过安装支架安装在连接支架上，所述流量监测单元与采集模块连接，采集模块与控制器连接；

所述流量监测单元用于监测谷物流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，并将采集的信号传递给采集模块，采集模块将接收到的信号转换成数字信号，并传递给控制器。

上述方案中，还包括隔振阻尼；所述连接支架与安装支架之间设有若干隔振阻尼。

进一步的，所述隔振阻尼与流量监测单元采用间隔分布。

进一步的，还包括机罩；所述机罩用于与出粮口壳体连接，并将连接支架、安装支架、流量监测单元和采集模块罩住。

上述方案中，每一组所述流量监测单元均包括结构相同的前置平行梁传感器和后置平行梁传感器、以及结构相同的U型冲击监测板和U型振动监测板；

所述前置平行梁传感器和后置平行梁传感器前后平行安装在安装支架另一端，前置平行梁传感器和后置平行梁传感器之间设有间隙；

所述U型冲击监测板与前置平行梁传感器连接，U型振动监测板与后置平行梁传感器连接，U型冲击监测板和U型振动监测板前后平行，且之间设有间隙；

所述前置平行梁传感器和U型冲击监测板用于监测受到谷物流冲击的流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，后置平行梁传感器和U型振动监测板用于监测联合收获机作业时自身的振动信号；

所述前置平行梁传感器和后置平行梁传感器分别与采集模块连接。

进一步的，所述U型冲击监测板和U型振动监测板的长度超过出粮口最下端。

本实用新型还提供一种联合收获机，包括所述谷物流量实时监测装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型包括连接支架、安装支架、多组流量监测单元、采集模块和控制器；能够对联合收获机作业过程中螺旋升运绞龙出粮口处呈扇形非均匀抛撒的谷物流进行实时监测。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的谷物流量实时监测装置结构示意图。

图2是本实用新型一实施方式的流量监测单元分布示意图(箭头方向为螺旋升运绞龙旋转方向)。

图3是本实用新型一实施方式的谷物流量实时监测装置测量仿真图。

图4是本实用新型一实施方式的谷物流量实时监测装置测量原理图。

图中：1.连接支架；2.隔振阻尼；3.传感器安装支架；4.多联式流量监测单元；4-1.前置平行梁传感器；4-2.后置平行梁传感器；4-3.U型冲击监测板；4-4.U型振动监测板；5.机罩；6. 采集模块；7.控制器；8.出粮口壳体；9.出粮口最下端；10.升运绞龙筒；11.待测谷物；12.接料盒。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

图1所示为所述谷物流量实时监测装置的一种较佳实施方式，所述谷物流量实时监测装置，包括连接支架1、安装支架3、多组流量监测单元4、采集模块6和控制器7；所述连接支架1用于安装在螺旋升运绞龙出粮口壳体8的上方，优选的，所述安装支架3为U型长槽状，所述安装支架3的前端与连接支架1连接；多组所述流量监测单元4通过安装支架3安装在连接支架1上，所述流量监测单元4与采集模块6连接，采集模块6与控制器7连接；所述流量监测单元4用于监测谷物流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，并将采集的信号传递给采集模块6，采集模块6将接收到的信号转换成数字信号，并传递给控制器7。所述流量监测单元4的分布方案根据不同作物、不同流量的抛撒仿真所确定。

根据本实施例，优选的，还包括隔振阻尼2；所述连接支架1与安装支架3之间设有若干隔振阻尼2，能够降低部分联合收获机作业时自身振动对传感器产生的信号干扰。所述隔振阻尼2与流量监测单元4采用间隔分布，以方便安装，且能够避免在谷物流量较大时U型冲击监测板4-3完全遮挡出粮口引起的堵塞。

根据本实施例，优选的，还包括机罩5；所述机罩5用于与出粮口壳体8连接，并将连接支架1、安装支架3、流量监测单元4和采集模块6罩住，起到保护的作用。所述采集模块 6安装在机罩5的侧壁上。

根据本实施例，优选的，每一组所述流量监测单元4均包括结构相同的前置平行梁传感器4-1和后置平行梁传感器4-2、以及结构相同的U型冲击监测板4-3和U型振动监测板4-4；所述前置平行梁传感器4-1和后置平行梁传感器4-2前后平行安装在安装支架3后端的两侧，前置平行梁传感器4-1和后置平行梁传感器4-2之间设有间隙；所述U型冲击监测板4-3与前置平行梁传感器4-1连接，U型振动监测板4-4与后置平行梁传感器4-2连接，U型冲击监测板4-3和U型振动监测板4-4前后平行，且之间设有间隙，以防止部分谷物冲击到U型振动监测板4-4影响其信号采集；所述前置平行梁传感器4-1和U型冲击监测板4-3用于监测受到谷物流冲击的流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，后置平行梁传感器4-2和U型振动监测板4-4用于监测联合收获机作业时自身的振动信号；所述前置平行梁传感器4-1 和后置平行梁传感器4-2分别与采集模块6连接。

根据本实施例，优选的，所述U型冲击监测板4-3和U型振动监测板4-4的长度超过出粮口最下端9，防止当流量较小时，绞龙抛撒效果不明显，谷物难以冲击到U型冲击监测板4-3上，使得流量监测不精确。

根据本实施例，优选的，所述控制器7对接收到的振动信号进行信号差分，消除联合收获机作业时自身的振动干扰，从而获得准确的流量信号，并通过谷物实际总流量与监测流量的数学模型，计算出待测实际谷物总流量。

所述谷物实际总流量与监测流量的数学模型为：

其中，ξ_j为作物的流量系数，j为作物的种类，Q_i为实际作业第i块U型冲击监测板4-3 监测到的籽粒流量，k_i为第i块U型冲击监测板4-3的加权系数。

本实用新型能够应用于输粮绞龙输送并螺旋升运谷物的联合收获机，实时监测其出粮口扇形非均匀抛撒谷物流的流量。

所述的谷物流量实时监测装置的监测过程，具体为：

建立谷物实际总流量与监测流量的数学模型：建立不同作物种类、不同流量的谷物流在螺旋升运绞龙出粮口12呈扇形非均匀抛撒的仿真模型和谷物实际总流量与监测流量的数学模型，根据仿真结果确定不同作物、不同流量下流量监测单元的布置方案、数学模型中不同作物的流量系数ξ_j及各U型冲击监测板4-3的加权系数k_i，并计算出试验中各冲击监测板4-3 的加权系数k_i’；

联合收获机作业，信号采集：螺旋升运绞龙将流量待测的谷物流抛洒至各流量监测单元4 上，采集模块6将采集到各U型冲击监测板4-3上的流量信号n_Ax和振动信号s_Ax、以及各U 型振动监测板4-4上的振动信号s_Bx经过离散化采样、量化和编码后转换成数字信号，并传递给控制器7，其中x＝1,2,3···,对应流量监测单元4的分布位置；

计算实际总流量：所述控制器7对各U型冲击监测板4-3和U型振动监测板4-4获得的振动信号进行信号差分，消除收获机振动的影响，从而获得准确的流量信号Q_i’，将k_i’、Q_i’代入所建立的谷物实际总流量与监测流量的数学模型，计算出待测谷物11的实际总流量。

根据本实施例，优选的，所述建立谷物实际总流量与监测流量的数学模型具体包括以下步骤：

如图2和3所示，建立不同作物种类、不同流量的谷物流在螺旋升运绞龙出粮口12呈扇形非均匀抛撒的仿真模型，在仿真模型的建立中将螺旋绞龙出粮口左右两侧边界点与螺旋绞龙叶片之间连线的夹角，均匀划分成n个α°的扇形区，并在每个扇形区分别设置一个接料盒 12，接料盒12用于记录仿真中该区域单位时间内的籽粒数量Q₁、Q₂、Q₃···Q_n；比对分析数据，并根据绞龙出粮口的宽度及谷物流不同的聚集程度将之均匀划分为A、B、C···几个区域，在对应区域内各设置一组流量监测单元检测该区域流量，完成流量监测单元的布置方案；

具体的，例如建立流量已知的水稻籽粒流量仿真模型，通过多次仿真分析单位时间内相应流量下各U型冲击检测板4-3所受到冲击的水稻籽粒数量q_l与该检测区域籽粒数量Q_l之间的关系。Q_l＝Q₁+Q₂+Q₃+···Q_n，其中Q₁、Q₂、Q₃…Q_n分别对应该区域中各扇形区内的籽粒数量，从而获得相应流量下各U型检测板的加权系数

其中，l为U型冲击监测板检测的区域A、B、C···，k_i为第i块U型冲击监测板的加权系数，进而建立谷物实际总流量与各监测板所监测的流量数学模型

其中Q_i为实际作业第i块U型冲击监测板监测到的籽粒流量；

改变谷物种类，重复上述仿真步骤，获得对应作物及流量监测单元的布置方案下，各监测单元的加权系数，进而建立不同作物的流量数学模型。

计算出试验中各冲击监测板的加权系数k_i’包括以下步骤：在试验台上，将出粮口划分成与仿真方案相同的A、B、C···几个区域，并用隔板分隔，使流量已知的水稻籽粒流在出粮口抛撒，对抛撒后各区域内的籽粒进行称重，计算出单位时间内该区域的流量，并与对应监测单元所监测到的流量信号比对，计算出试验中各冲击监测板的加权系数k_i’,将k_i’代入谷物实际总流量与各监测板所监测的流量数学模型中，分析出试验与仿真误差。

结合图2、3和4，根据本实施例，优选的，所述的谷物流量实时监测装置的监测过程：

建立不同作物种类、不同流量的谷物流在螺旋升运绞龙出粮口呈扇形非均匀抛撒的仿真模型，根据仿真结果确定相应工作要求下多联式流量监测单元的布置方案、流量数学模型中不同作物的流量系数ξ_j及各U型冲击监测板4-3的加权系数k_i，并计算出试验中各冲击监测板4-3的加权系数k_i’。此实施案例中，确定设置三组流量监测单元4和四个隔振阻尼2，其等间隔均匀分布于出粮口，U型冲击监测板4-3为A₁、A₂、A₃，U型振动监测板4-4为B₁、B₂、B₃；

联合收获机作业时，螺旋升运绞龙将流量待测的谷物流抛洒至各流量监测单元4上，采集模块6将采集到各U型冲击监测板4-3上的流量信号n_A1、n_A2、n_A3和振动信号s_A1、s_A2、s_A3，以及各U型振动监测板4-4上的振动信号s_B1、s_B2、s_B3，其均经过离散化采样、量化和编码后转换成数字信号；

控制器7对各U型冲击监测板4-3和U型振动监测板4-4获得的振动信号进行信号差分，消除收获机振动的影响，从而获得准确的流量信号Q₁’、Q₂’、Q₃’，并根据所建立的总流量与监测流量的数学模型，计算出实际待测谷物总流量Q_总。

本实用新型主要针对应用螺旋绞龙输粮装置的联合收获机，实现出粮口扇形非均匀抛撒谷物流量的实时监测，获得精确的流量监测数据，为绘制准确的谷物产量分布图提供依据。

实施例2

一种联合收获机，包括实施例1所述谷物流量实时监测装置，因此具有实施例1和实施例2的有益效果，此处不再赘述。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种谷物流量实时监测装置，其特征在于，包括连接支架(1)、安装支架(3)、多组流量监测单元(4)、采集模块(6)和控制器(7)；

所述连接支架(1)用于安装在螺旋升运绞龙出粮口壳体(8)的上方，所述安装支架(3)的一端与连接支架(1)连接；多组所述流量监测单元(4)通过安装支架(3)安装在连接支架(1)上，所述流量监测单元(4)与采集模块(6)连接，采集模块(6)与控制器(7)连接；

所述流量监测单元(4)用于监测谷物流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，并将采集的信号传递给采集模块(6)，采集模块(6)将接收到的信号转换成数字信号，并传递给控制器(7)。

2.根据权利要求1所述的谷物流量实时监测装置，其特征在于，还包括隔振阻尼(2)；所述连接支架(1)与安装支架(3)之间设有若干隔振阻尼(2)。

3.根据权利要求2所述的谷物流量实时监测装置，其特征在于，所述隔振阻尼(2)与流量监测单元(4)采用间隔分布。

4.根据权利要求2所述的谷物流量实时监测装置，其特征在于，还包括机罩(5)；所述机罩(5)用于与出粮口壳体(8)连接，并将连接支架(1)、安装支架(3)、流量监测单元(4)和采集模块(6)罩住。

5.根据权利要求1所述的谷物流量实时监测装置，其特征在于，每一组所述流量监测单元(4)均包括结构相同的前置平行梁传感器(4-1)和后置平行梁传感器(4-2)、以及结构相同的U型冲击监测板(4-3)和U型振动监测板(4-4)；

所述前置平行梁传感器(4-1)和后置平行梁传感器(4-2)前后平行安装在安装支架(3)另一端，前置平行梁传感器(4-1)和后置平行梁传感器(4-2)之间设有间隙；

所述U型冲击监测板(4-3)与前置平行梁传感器(4-1)连接，U型振动监测板(4-4)与后置平行梁传感器(4-2)连接，U型冲击监测板(4-3)和U型振动监测板(4-4)前后平行，且之间设有间隙；

所述前置平行梁传感器(4-1)和U型冲击监测板(4-3)用于监测受到谷物流冲击的流量信号与联合收获机作业时自身的振动信号，后置平行梁传感器(4-2)和U型振动监测板(4-4)用于监测联合收获机作业时自身的振动信号；

所述前置平行梁传感器(4-1)和后置平行梁传感器(4-2)分别与采集模块(6)连接。

6.根据权利要求5所述的谷物流量实时监测装置，其特征在于，所述U型冲击监测板(4-3)和U型振动监测板(4-4)的长度超过出粮口最下端(9)。

7.一种联合收获机，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述谷物流量实时监测装置。

Images