CZ25210U1 - Zapojení ultrazvukového senzoru pro zjistování pruchodnosti zrna pri pruchodu sklízecím strojem - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 25210 UI

Zapojení ultrazvukového senzoru pro zjišťování průchodnosti zrna při průchodu sklízecím strojem

Oblast techniky

Technické řešení se týká měření průchodnosti zrna pomocí elektrického obvodu s ultrazvukovým senzorem. Průchodnost zrna lze měřit přímo při sklizni na sklizňovém stroji na výstupu - doprava zrna do zásobníku. Kontinuální snímání průchodnosti zrna umožní sledování okamžitého výnosu a tvorbu výnosových map.

Dosavadní stav techniky

Sledování okamžitého výnosu materiálu při sklizni plodin přímo na poli a vytváření výnosových map je v současnosti nutnou součástí systému precizního zemědělství. Pro sklizeň zrnin jsou známy systémy, které mají umístěné senzory mezi výstupem vyčištěného zrna z čistidla sklízeči mlátičky a zásobníkem sklízeči mlátičky. Tyto systémy pracující na principu měření buď objemu vyčištěného zrna na jeho cestě do sklízeči mlátičky nebo na principu měření hmotnosti (Stafford, 1996, Arslan, 2000, Reyns a kol., 2002 a jiní).

Metody měření okamžitého výnosu založené na měření objemu jsou - měření objemu zrna pomocí světelného paprsku (Systém CEBIS). Doplněním tohoto měření o údaje o vlhkosti sklizeného zrna, lze zjistit výnos zrna s dobrou přesností. Popsaný systém měření používá např. firma RDS u systému Ceres.

Další možností je měření objemu zrna pomocí odměrného kola - tzv. turniketového kola. Firma Claas (a jiné) experimentovala se systémem založeným na činnosti lopatkového odměrného kola umístěného za dopravníkem zrna. Zrno musí projít při cestě do zásobníku přes odměmé lopatkové kolo. To je vybaveno senzorem, který měří jeho rychlost otáčení. Toto uspořádání opět ve spojení se senzorem okamžité vlhkosti zrna dovoluje určit jeho okamžitý výnos. Funkce tohoto systému byla popsána např. Birrellem (1996).

Metody měření okamžitého výnosu zrna založené na principu měření hmotnosti měření hmotnosti zrna pomocí radiačního čidla. Firma Massey Ferguson vyvíjí a používá od roku 1993 radiační detektor na měření množství zrna, které jím prochází. Čidlo je umístěno na výstupu dopravníku vyčištěného zrna do zásobníku. Radiační čidlo umístěné nad výstupem zrna proti zdroji radiačního záření měří množství radiačního záření, které na něj dopadá. Zrno, které prochází přes toto záření, pohlcuje určité jeho množství. Množství radiace, které dojde až k radiačnímu čidlu je nepřímo úměrné množství zrna, které prochází tímto prostorem. Jestliže se takto změřené množství doplní o údaje o vlhkosti od vlhkostního čidla, lze určit výnos zrna.

Měření hmotnosti zrna pomocí nárazové desky. Firma Case IH nebo firma Ag Leader (a další) používají přibližně stejný systém měření okamžitého výnosu založený na činnosti nárazové desky. Tou se měří hmotnost zrna vycházejícího z dopravníku zrna. Zrno odhazované lopatkami dopravníku zrna naráží na zakřivenou desku. Sílu, kterou zrno nárazem na desku vyvíjí lze převodníkem převést na napěťový signál. Tato sílaje úměrná hmotnosti zrna, narážejícího na desku.

Měření hmotnosti zrna pomocí vážení dopravníku zrna. Howard a kol. (1993) použili k měření hmotnosti zrna systém založený na průběžném vážení vodorovné větve dopravníku zrna. Protože u moderních sklízečích mlátiček by bylo nutné dopravník zrna za tímto účelem upravovat, není v praxi rozšířen.

Měření hmotnosti zrna pomocí kapacitního čidla. Princip práce kapacitního čidla je dán skutečností, že dielektrická konstanta směsi vzduchu a určitého materiálu se zvyšuje se zvyšujícím se množstvím materiálu mezi deskami kondenzátoru. Z tohoto důvodu lze prostřednictvím měření změny kapacity kondenzátoru určit množství materiálu mezi jeho deskami - Martel a Savoie 1999, ASAE paper No. 991050, Kumhála a kol. 2009, Biosystems Engineering.

-1 CZ 25210 UI

Protože za dva podstatné požadavky kladené na výnosová čidla lze považovat jejich minimální závislost na množství procházejícího materiálu a jejich necitlivost na mechanické vibrace vznikající při práci sklízeči mlátičky, lze právě měření pomocí kapacitního čidla doporučit (Stafford a kol., 1994). Kapacitním čidlem umístěným na výstupu zrna ze zrnového dopravníku lze určit jeho výnos. Jako nevýhodu tohoto systému však lze uvést, že podstatný vliv na měření má vlhkost procházejícího materiálu a jeho rozložení mezi deskami kondenzátoru. Vliv vlhkosti lze korigovat použitím vlhkostního čidla a vliv rozložení materiálu pomocí měření kapacity kondenzátoru čidlem měřícím při dvou frekvencích ve dvou sekcích (Stafford a kol., 1994).

Podstata technického řešení

Technické řešení spočívá v uspořádání ultrazvukového snímacího elementu ve výstupním kanálu zrnového dopravníku sklízecího stroje, který kontinuálně měří výšku vrstvy procházejícího materiálu.

Laboratorní měření prokázala exponenciální závislost množství materiálu, tedy výšky vrstvy procházející při sklizni strojem, na výstupním napětí ultrazvukového snímacího elementu. Se vzrůstající výškou vrstvy materiálu je zeslabováno procházející ultrazvukové vlnění a tím se snižuje výstupní napětí senzoru.

Podle kalibračních křivek pro určitý sklízený materiál a jeho vlhkost je možné určovat okamžitý výnos plodiny.

Data ze senzoru spolu s informací o přesné poloze stroje s GPS modulu umožňují tvorbu výnosových map celého pozemku. Datové věty se zaznamenávají do souborů do paměti RAM, ze které je možné data po skončení práce přenést do stolního PC.

Přehled obrázku

Obr. 1. Blokové schéma technického řešení zapojení senzoru.

Příklad provedení technického řešení

Zapojení ultrazvukového senzoru pro zjišťování průchodnosti zrna při průchodu sklízecím strojem je vyjádřeno blokovým schématem na obr. 1.

Vysílací piezoelement 2 ultrazvukového vlnění a senzor 4 je umístěn ve vstupním, event, výstupním kanálu sklízecího stroje na jeho protilehlých stěnách (piezoelement 2 na horní stěně a senzor 4 na protilehlé spodní stěně). Mezi piezoelementem 2 a senzorem 4 tak prochází sklízený materiál 3 ve vrstvě. Vysílací piezoelement 2 ultrazvukového vlnění je připojen ke generátoru 1 vlnění. Ultrazvukové vlny z piezoelementu 2 procházejí vrstvou materiálu 3 a jsou jí podle její velikosti zeslabovány. Prošlé vlnění je zachyceno senzorem 4, který je spojen s operačním zesilovačem 5. Signál ze senzoru 4 úměrný intenzitě prošlého ultrazvukového vlnění je v operačním zesilovači 5 zesílen na měřené výstupní napětí 6.

Laboratorní měření ukázala, že se vzrůstající výškou vrstvy materiálu 3 je zeslabováno ultrazvukové vlnění a tím se snižuje výstupní napětí 6. Byla prokázána exponenciální závislost množství materiálu 3 na výstupním napětí 6.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení ultrazvukového senzoru pro zjišťování průchodnosti zrna při průchodu sklízecím strojem, vyznačující se tím, že ve výstupním kanálu sklízecího stroje je na jeho horní 5 stěně umístěn vysílací piezoelement (2), který je připojen ke generátoru (1) vlnění a na protilehlé spodní stěně je umístěn přijímací senzor (4) pro snímání dopadajícího ultrazvukového vlnění.
2. 2. Zapojení ultrazvukového senzoru pro zjišťování průchodnosti zrna při průchodu sklízecím strojem, vyznačující se tím, že přijímací senzor (4) je spojen s operačním zesilovačem (5) pro zesílení jeho výstupního signálu na celkové výstupní napětí (6) obvodu.