冲量式谷物质量流量传感器及智能测产系统研究

摘要

本文研究精准收获的核心设备——冲量式谷物质量流量传感器，以及由之构成的智能测产系统，主要结论如下： 1.谷物质量流量传感器弹性元件采用平行梁结构，使传感器只具有单个外力敏感方向，且不受外力作用点变化影响，有效地保证了传感器抗干扰能力和精度。实验结果表明传感器的一阶固有频率达到45Hz左右，而谷物冲击频率却一般在15Hz以下，因而传感器拥有了满意的工作带宽。 2.通过给应变片电桥电路增加偏置电阻，实现了传感器输出零点的方便调节，降低了传感器的安装姿态要求。实验经过显示传感器的静态精度达到了0.05％。 3.运用了压敏型阻尼材料构成自由层阻尼结构，运用橡胶型阻尼材料构成约束层和动态阻尼混合结构，同时考虑了安装结合面阻尼。实验结果表明传感器的系统阻尼比提高到0.1以上，显著地改善了传感器的动态特性。 4.运用传感器输出信号零极点动态补偿方法，弥补了阻尼结构设计难以大幅度改善传感器动态特性的不足，实验结果显示补偿后的传感器基本上工作在临界阻尼状态。 5.运用传感器输出信号自适应陷波的方法来滤除低频周期性干扰，提高传感器精度，实验结果验证了方法的有效性。 6.通过动态计算传感器输出零点，避免了传感器受农田地形地势变化的影响。同时，此方法使自适应陷波器能够准确跟踪联合收割机工况变化，确保了自适应陷波过程可靠进行。 7.以自主设计的谷物质量流量传感器为核心部件构建智能测产系统，进行田间实验，实验时涉及了不同的谷物品种、不同的农田地面状况以及不同的联合收割机机型。田间实验结果表明，该智能测产系统工作可靠，适应性好，在没有人为地面障碍干扰的条件下，单产和总产测量误差都小于10％。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1精准农业的概念与内涵

1.2我国发展精准农业的必要性

1.2.1我国建设资源节约型、环境友好型社会的需要

1.2.2增强我国农产品国际竞争力的需要

1.2.3提高我国农业现代化发展水平的需要

1.3精准农业的主要支撑技术

1.2.1全球定位系统

1.2.2农田遥感监测系统

1.2.3地理信息系统

1.2.4决策支持系统

1.2.5精准农业装备系统

1.3精准农业国内外发展现状

1.3.1国外精准农业发展现状

1.3.2我国精准农业发展现状

1.4测产传感器国内外研究现状

1.4.1国外测产传感器的研究现状

1.4.2我国测产传感器的研究现状

1.5本报告的主要研究内容

第二章谷物质量流量传感器弹性元件设计

2.1冲量式谷物质量流量传感器测量原理

2.2悬臂梁弹性敏感元件设计

2.2.1测力传感器设计原则

2.2.2弹性元件有限元分析

2.3传感器电路设计

2.4本章小结

第三章谷物质量流量传感器系统阻尼设计

3.1高分子聚合物阻尼材料作用机理

3.2自由层阻尼结构

3.3约束层阻尼和动态阻尼混合结构

3.4安装接合面阻尼

3.5本章小结

第四章谷物质量流量传感器数字信号处理

4.1传感器动态响应补偿

4.2低频干扰自适应陷波抑制

4.3传感器输出零点动态确定

4.4传感器信号处理流程

4.5本章小结

第五章智能测产系统设计及农田实验

5.1智能测产系统的工作原理

5.2本研究中智能测产系统的组成

5.2.1湿度传感器

5.2.2速度传感器

5.2.3割台位置传感器

5.2.4 GPS接收机

5.2.5主控制/监视器

5.3智能测产系统流程

5.4实验结果与分析

5.4.1中科院栾城农业生态系统实验站实验

5.4.2上海五四农场实验

5.5本章小结

第六章研究结论与展望

6.1研究结论

6.2对未来研究的建议

参考文献

博士后期间论文、专利及项目情况

致谢