JPH01242924A - 施肥機における肥料流量の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、農業用の施肥機において、肥料ホッパより排
出管内を流下している粉粒状肥料のｆｆ１ｆｆｉを、光
センサを利用し検出する装置に間する。

〔従来の技術〕

現在、粉粒状の肥料（以下、肥料と略す）を圃場に施用
する施肥機の多くは、後述の実施例のように、肥料ホッ
パ内の底部に接地駆動輪で回転される肥料繰出器を設け
、その下方に肥料落し口と調量シャッタを設け、肥料落
し口の下部に排出管を連結したものである。そして、予
め試行によって調量シャッタの開度と肥料流量の関係を
求めておき、調量シャッタの開度を調節し、所定量の肥
料を肥料繰出器で肥料落し口に供給し、排出管を流下さ
せて圃場に施用しており、排出管内の肥料流量をリアル
タイムで知ることの出来ろ装置を備えていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、畑作における施肥量は、畦間や作物、肥料の
種類によって差異があるが、−数的に１　ｍ’当り５０
〜２００ｇｒである。したがって、施肥機における圃場
への肥料流量の調節は、上述のように１−当りの施肥量
が比較的少量なので、かなり精度よく行う必要がある。

ところが、周知のように、粉粒状の肥料は、かさ密度が
ある範囲で変化し、さらに乾燥状態などで流動性に影響
を受けるものであり、また施肥機においても、肥料繰出
器が接地駆動輪によって走行速度に比例した肥料の量を
排出管に供給する筈であるが、駆動輪のスリップによっ
て必ずしも走行速度に比例した肥料の量が排出管に供給
されていないものである。したがって、施肥機において
、現在よりも精度良好に施肥を行うためには、排出管内
の肥料流量をリアルタイムで検知し、５ＰＩＩ：シャッ
タの開度を目標流量に対し調節、のぞましくは自動的に
調節できることが必要である。

そのためには、まず、排出管内を流下している肥料流量
の検出装置が必要であるが、施肥機は地形や地面の凹凸
によって傾斜したり撮動を生じたりするので、これらの
影響を受けずに、しかも農業機械に要求される低価格で
耐久性のあるものということから、現在まで適当なもの
が無いのか実情である。

そこで、本発明は、上述の事情にかんがみ、フォトダイ
オードの受光出力が光量と良い直線性を示すことに注目
し、肥料流下層を透過した光量の変化が、肥料の流量変
化とよく対応する筈であると考え、光センサとの間に肥
料を通過させて、その流量を検出ことを考えた。本発明
は、光センサを用いる場合の問題点、例えば光電素子の
選択や配置、肥料通過部の形状、光透過部における粉塵
の付着、自然光による外乱、流量表示を検出するための
電気的手段など、多くの問題点を解決し、排出管内を通
過している流量をリアルタイムで検出できる装置を得る
ことを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、光電素子の配置や個数につ
いて、種々の実験を行った。その結果、排出管内を流下
している肥料は、渦を巻いたり、偏りがあって一様に流
下していないので、次のように構成して、排出管内を流
下している肥料の流量を検出するようにした。

すなわち、本発明は肥料ホッパより肥料を流下する排出
管の流路に、中空角筒の一対の対向辺部の中間部の外側
面に沿って、中空角筒を水平に横切る対向関係を交互に
反対にし、複数の赤外ＬＥＤおよびフォトダイオードを
適当な間隔を介して配設し、これら素子の対向面以外の
部分を遮光材で遮光した光センサを設け、前記の赤外Ｌ
ＥＤをパルス駆動してフォトダイオードを照射すると共
に、中空角筒内を流下する肥料を透過した赤外光を受光
し、フォトダイオードが生起する光電流を増幅、加算し
、肥料流量に比例した出力として表示する電気的手段を
備えたものである。

また、後述する理由により、前記の赤外ＬＥＤは、Ｇａ
Ａｓ赤外発光ダイオードを用いることが望ましい。

さらに、前記した赤外ＬＥＤとフォトダイオード間の適
当な間隔に間しては、後述の実施例で説明するように、
使用する赤外ＬＥＤの指向特性とフォトダイオードの指
向感度特性および中空角筒の内側寸法によって、フォト
ダイオードが対向する以外の赤外ＬＥＤの発光を受けて
、受光出力がバラツクのを小さくするように、実験的に
求めたものである。

〔作用〕

上述のように構成された肥料流量検出装置は、排出管内
を肥料が流下すると、その肥料が中空角笛内を通過する
。そして、赤外ＬＥＤは遮光材による自然光の遮断作用
と相いまって、パルス駆動によって自然光の外乱を受け
ず、光の散乱が少ない良好な指向性をもって肥料の流下
層を横切り、対向するフォトダイオードを照射する。フ
ォトダイオードは、赤外ＬＥＤのパルス駆動に対応し、
透過光量に応じた直線性の良い電気出力を出す。

とくに、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードを用いると、指向
性の良好な発光出力が得られる。

また、赤外ＬＥＤとフォトダイオードを複数にし、対向
関係を交互に反対にして適当な間隔に配設したので、排
出管内を肥料が自由流下する際、渦を巻いたり若干の偏
りをともなって流下しても、フォトダイオードが対向す
る以外の赤外ＬＥＤからの発光の影響が少ない状態で受
光するので、肥す４を透過して減衰した光量による受光
ｉｉ流のバラツキが小さくなると共に、肥料流量に比例
した受光電流を生起する。電気的手段は、複数のフォト
ダイオードの生起する受光電流がきわめて小さいので、
これを増幅、加算し読み易い肥料流量に比例した受光出
力として表示する。したがって、この表示から、排出管
内を流下している肥料の流量を検知することが可能にな
る。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって説明する。

第１図〜３図において、１は光センサの全体を示し、２
は中空角笛で、内側寸法を短辺１８ｍｍ、長辺４５胴、
高さ５０ｍｍに形成し、対向する長辺部の中間部に幅約
１２ｍｍのガラスあるいは透明なアクリル板で透光窓部
３を対向に形成したものである。そして、この透光窓部
３の内側面は、肥料の通過をスムースにするため、中空
角筒２の内側面と同一面にしであるく第２図参照）。

なお、中空角笛は、全体を透明な合成樹脂板で形成し、
透光窓部３以外の部分を黒色テープでマスキングしたも
のでもよい。

上述の中空角筒２は、透光窓部３の下縁を基板５の上面
になられせて基板５を上下垂直に貫通し、両側の短辺部
に固着した取付耳６で基板５に止着１７されている。７
および８は、それぞれ赤外ＬＥＤおよびフォトダイオー
ドで、透光窓部３の外側面に沿って中空角筒２を水平に
横切る対向関係を交互に反対にし、各複数を適当な間隔
を介し基板５に配設し、各素子の対向面以外の部分を遮
光材４で覆っている。この遮光材４は黒色スポンジゴム
で、赤外ＬＥＤ７の外径がちょうどはまり込む孔を透光
窓部３と直交に穿設し、この孔部に赤外ＬＥＤをはめ込
むと共に、その先端部を透光窓部３の外側面に近接させ
てあり、また、内側面にはフォトダイオード８がはまり
込む凹所を形成し、この凹所にフォトダイオード８をは
め込み、内側を透光窓部３に当接し、底面が基板５の上
面に接着されている。１０は赤外ＬＥＤ７のリード線、
１１はフォトダイオード８のリード線で、基板５に固定
している。１２はコネクタで、リード線１０．１１を集
約し、後述の電気的手段の回路に接続している。

そして、本発明の装置は、肥料を透過した光量を定量的
に計測するものなので、赤外ＬＥＤ７には、発光出力が
大きいこと、自然光と区別するためにパルス駆動が可能
で、光の散乱を少なくするため指向性があることを考慮
し、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードを用い、また、フォト
ダイオード８には出力の直線性がよく、また赤外ＬＥＤ
７のパルス駆動に対応できる高速応答性が必要なことを
考慮し、シリコンＰＩＮ形フォトダイオードを用いた。

さらに、これらの光電素子は、前記の適当な間隔を１０
ｍｍにし、中空角筒２の短辺方向の中心線に対し、対称
位置にそれぞれ配設した。

なお、遮光ｔ第４に黒色スポンジゴムを用いると、赤外
ＬＥＤ７、フォトダイオード８を設けるための前記の孔
や凹所の加工が容易になり、撮動に対しクツション作用
があるのて、光電素子を撮動から防護するという長所が
得られる。また、基板５を使用すると、赤外ＬＥＤ７、
フォトダイオード８の配線が容易になると共に、これら
を確実に固定することが出来る。

第２図は光センサ１を施肥機に適用する要領の一例を示
しており、肥料ホッパに連結している排出管１３を途中
で切断しく第８図参！！り、その間に中空角筒２をクリ
ップ金具１４て取り付け、中空角筒２の内側を矢印のよ
うに肥料が通過するようにしたものである。

次に第４図〜６図は、別な実施例の光センサＩＡを示し
たもので、図中の中空角筒２、透光窓部３は第】図の場
合と同様である。４　Ａ　！、を遮光材で、不通光な合
成樹脂材であるが、軽合金材でもよい。

図中の７および８はそれぞれ赤外ＬＥＤおよびフォトダ
イオードで、既に説明した第１図と同様に配置されてい
る。

この場合の遮光材４Ａは、内周面を透光窓部３の外側面
に当接する額縁状の四角形に形成し、その上面および下
面に上記額縁状四角形と同形に中央部を切り抜いた取付
板１５および１６をそれぞれ接着し、その内周面を中空
角筒２の外周面に接着すると共に、透光窓部３を覆って
いる。そして、遮光材４Ａには、赤外ＬＥＤ７がちょう
どはまり込む孔を透光窓部３と直交に穿設し、この孔に
先端部を透光窓部３に近接させて赤外ＬＥＤ７をはめ込
み、抜は止めのため遮光材外周面にカバープレート９を
固着すると共に、カバープレート９を貫通しリード線１
０が固定に突出している。一方、フォトダイオード８は
、遮光材４Ａの内側部分を上部からフォトダイオード８
がはまり込むように削り込み、削り込んだ凹所にフォト
ダイオード８を装着した後に、前記取付板１５を遮光材
４の上面に固着し、リード線１１を下方の取付板１６か
ら下方に突出させて固定している。１２は前述したコネ
クタである。第４図の鎖線で示した１３は排出管、１４
はクリップ金具で、光センサＩＡは第２図と同様に排出
管１３に取り付けられている。

この実施例の場合は、基板５を用いないので、Ｈ置を小
型化できると共に、堅牢な遮光材４Ａによって光電素子
を保護することが出来る。

さらに、以上に説明した中空角筒２は原理的に長方形に
限るものでなく、正方形の場合も含むものである。

つぎに第７図は、本発明の電気的手段を示す模式回路図
である。同図で１、ＩＡは光センサ、２は中空角筒、７
は赤外ＬＥＤ、８はフォトダイオードで、１８は回路全
体に電力を供給する？ｔＲ部、１９は赤外ＬＥＤ７をパ
ルス駆動する発振回路、２０．２１はフォトダイオード
８の微少な光電流を増幅するオペアンプとノイズをカッ
トするフィルタ、２２は各フォトダイオード８の出力を
まとめる加算回路、２３は整流回路、２４は表示部であ
る。オペアンプ２０．２１はフォトダイオード８の生起
する光電流をパルス電圧に変換し、そのパルス電圧を加
算部２２が各フォトダイオード８の全部について加算す
る。整流部２３は前記のパルス電圧を直流電圧に変換し
、表示部２４は前記の直流電圧を表示する公知のもので
ある。実験の結果、前記のＧａＡｓ赤外発光ダイオード
の発光周波数は、４００Ｈｚにしたとき良好な結果を得
られたが、発光周波数を可変にしても差し支えなかった
。

第８図は、施肥播種機の施肥機部分に本発明の装置を適
用する場合の一例を示した側面図、第９図および１０図
は、施肥機部分の要部を破断したそれぞれ正面図および
右側面図である。この施肥播種機は、前部に設けた油圧
三点支持マスト２５でトラクタに直結されるもので、２
６は肥料ホッパ、２７は種子タンク、２８は肥料繰出器
、２９は肥料落し口、３０は左右にスライドして開度を
調節するｙＡ１！［シャッタ、３１はオブナー、１３は
前述した排出管である。３２は機体３３の両側を支持す
る車輪で、肥料繰出器２８を図示省略のチェーン伝導機
構を介して接地駆動し、肥料を肥料落し口２９に供給し
、調量シャッタ３０の開度を介し排出ｖ１３を経て圃場
に施用するようになっている。排出管１３の途中には、
図示のように既に説明した光センサ１を設けている。こ
のようにトラクタ直結型の施肥播種機の場合は、前述の
電源部１８はトラクタに搭載している電池を利用すれば
よく、また、第７図で説明した光センサス、ＩＡ以外の
電気回路は、コントロールボックスに収め、運転席の近
くに設置することによって、運転しながら表示部２４に
よって肥料の流量を直ちに知ることが出来る。

第１１図は、以上に説明した本発明の装置によって得ら
れた、排出管１３内の肥料流量と表示電圧の関係を示す
グラフである。試験条件は、ＧａＡｓ赤外発光ダイオー
ドの発光周波数を４００Ｈｚにし、排出管１３をほぼ垂
直にしておいて肥料を自由流下させたものである。供試
肥料は、ごく−船釣な商品名がニューダイヤ（図中では
化成と表示）、チリ硝石および泡状化成（千代田化成に
、に製）で、泡状化或はポーラスな球形肥料なのて、こ
こては泡状化成と表示したものである。これらの肥料の
主な物性は、化成肥料が平均粒径２．３ｍｍ、かさ密度
０．９６〜１．０２ｇｒ／ｃｍ’、安息角３７．３’、
流動性が良好であり、チリ硝石が平均粒径１．８ｍｍ、
かさ密度１．２６〜１．２８ｇｒ／ｃｍ３、安息角３１
°、流動性が最良好てあリ、泡状化成が平均粒径０．８
８ｍｍ、かさ密度０．５０〜０．５３ｇｒ／ｃ＋ｎ３、
安息角３ピ、流動性が最良好なものである。

試験の結果は、第１１図のようにチリ硝石、化成肥料は
、肥料流量ｙと電圧Ｘとの間に高度の相関が認められた
。また、泡状化或は、流量７５ｋｇ／ｈを境にそれぞれ
相関が認められた。ざらに、排出管１３を傾け、光電素
子を水平状態より約１５゜上下に傾斜させた場合の結果
は、第１１図の結果に対し誤差範囲約５％以内で肥料の
流量が検出され、本発明の装置が供試肥料のように物性
値がかなり異なる肥料でも、施肥量に対し十分な流量の
検出能力を備えていることがわかった。

なお、上記実験において、光センサを用いる場合に問題
になる、透光窓部３における粉塵の（１着による検出能
力の低下に関しては、肥料が流下しはじめると少量の粉
塵の付着が認められたが、流下する肥料が透光窓部３を
擦過し、一種の自己清浄作用が行われる結果、ある程度
以上には粉塵の付着増加が認められず、表示部の読みで
十分に肥料の流量を検出てきることがわかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の装置は、施用する肥料に
対し予め第１１図に示したような、流星ｙと電圧Ｘの関
係（ｙ＝ａ−ｂｘ、ただしａ、　　ｂは肥料できまる定
数）を求めておけば、電圧Ｘを読むことによって排出管
中を流下している肥１↓の流量を、リアルタイムで検出
することができる。

したがって、施肥作業において調量シャッタの開度調整
を的確に行えるようになるので、精度の良い施肥ができ
るようになる。また、本発明のＨａは、光センサで得ら
れる信号をデジタル化してＣＰＵに投入し、前述のｙ＝
ａ−ｂｘの式に基づいて肥料流量を計算させ、その結果
を目標肥料流量と比較し、たえず目標値となるように調
型シャンタを自動的に開閉する肥料流量の自動制御への
利用が可能である。そして、本発明に利用する赤外ＬＥ
Ｄ、フォトダイオードは、低価格で耐久性があり、電気
的手段の回路構成も比較的安価に出来るものなので、本
発明の装置は耐久性が良好なものを安価に製造すること
が出来る。

さらに、本発明の装置は、何等かの原因で排出管が閉塞
した場合には、フォトダイオードの光電流が極端に低下
し、異常に低い電圧値が示されるので、排出管の閉塞を
直ちに知り、的確に処理をとることができるという、副
次的効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の光センサを一部破断した斜視図、
第２０は光センサを施肥機の排出管に取り付けた一部破
断の側面図、第３図は第２図Ａ−Ａ線矢視の水平横断面
図、第４図は光センサの別な実施例を示す側面図、第５
図は同じく正面図、第６図は第５図のＢ−Ｂ矢視の水平
横断面図、第７図は電気的手段の全体を示す模式回路図
、第８図は施肥播種機に本発明の装置を適用する場合を
例示した側面図、第９図は第８図の肥料ホッパ部の要部
を一部破断した拡大正面図、第１Ｏ図は同しく側面図、
第１１図は本発明によって得られた肥料流量と表示電圧
との関係の一例を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、肥料ホッパより排出管を通じ粉粒状の肥料を流下す
   る施肥機において、中空角筒の一対の対向辺部の中間部
   の外側面に沿って、前記中空角筒を水平に横切る対向関
   係を交互に反対にし、複数の赤外ＬＥＤおよびフォトダ
   イオードを適当な間隔を介して配設し、これら素子の対
   向面以外の部分を遮光材で遮光した光センサを、前記排
   出管の流路に設け、前記赤外ＬＥＤをパルス駆動してフ
   ォトダイオードを照射すると共に、中空角筒内を流下す
   る肥料を透過した赤外光を受光しフォトダイオードが生
   起する光電流を増幅、加算し、肥料流量に比例した出力
   として表示する電気的手段を備えた施肥機における肥料
   流量の検出装置。 ２、赤外ＬＥＤをＧａＡｓ赤外ダイオードにした請求項
   １記載の施肥機における肥料流量の検出装置。