基于静电传感器的精密排种器工作性能在线检测装置

摘要

本发明公开了属于农业自动化机械检测技术范围的一种基于静电传感器的精密排种器工作性能在线检测装置。该装置是由组成传感器探头的N条环形金属电极嵌入精密排种器排种管的内壁上，并沿着与种子运动的垂直方向平行排列，从而组成环形金属电极阵列，再通过屏蔽线缆和信号调理模块相连接；信号调理模块通过信号分析模块连接显示模块。信号分析模块接受信号调理模块的输出信号对测量信号进行滤波与放大处理；对信号进行分析；分析结果通过显示模块实时显示。该检测装置可实现非接触式在线检测，不干扰种子下落，环形传感器不存在检测盲区，且安装方便、价格低廉，适于农业自动化对精密排种器工作性能在线检测。

说明书

技术领域

本发明属于农业自动化机械检测技术范围，特别涉及一种基于静电传感器的 精密排种器工作性能在线检测装置。

背景技术

农业自动化技术的发展是提高农作物产量和农民收益的重要措施。精密播种 技术的出现，提高了播种效率、节约了人力成本，是农业产业化发展的重要方面。 精密播种机排种器的性能参数直接影响到播种的合格率，因此对其进行实时检测 显得尤为重要。

衡量精密排种器性能的主要指标有合格指数、重播指数、漏播指数和单位长 度播种量。目前存在的检测装置所采用的方法主要可分为三类：传统采样法，图 像法，光电法。传统采样法需要对下落的种群分布采样，虽然比较准确，直观， 但取样不方便、效率较低，而且离线检测无时效性。图像法利用光学相机获取种 子下落图像，通过对种子下落图像的详细分析，提取种子大小和种子间距信息， 该方法结果也比较直观，但成本较高，光学元件容易受现场环境污染。光电法通 过检测由种子下落引起的脉冲信号，提取排种器性能参数，虽然其结构简单，价 格低廉，但在光敏元件覆盖不到的区域内存在检测盲区，而且透光窗口长期使用 受到的污染会严重影响测量性能。

为克服现有精密排种器检测装置的不足，本发明提出一种基于静电传感器的 精密排种器工作性能在线检测装置。静电传感器在工业两相流测量中已有较多的 理论研究和实验基础，并已在现场使用。本发明属于非接触式在线检测，不干扰 种子下落，环形传感器不存在检测盲区，且结构简单、价格低廉。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于静电传感器的精密排种器工作性能在线检测 装置，其特征在于，所述精密排种器性能在线检测装置结构为由组成传感器探头 1的N条环形金属电极嵌入精密排种器排种管的内壁上，并沿着与种子运动的垂 直方向平行排列，组成环形金属电极阵列2，通过与其相连的金属接线柱7引出， 再通过屏蔽线缆3和信号调理模块4相连接；信号调理模块4连接信号分析模块 5，信号分析模块5接受信号调理模块4的输出信号对测量信号进行滤波与放大 处理；对信号进行分析；分析结果通过显示模块6实时显示；因此，该在线检测 装置属于非接触式在线检测，不干扰种子下落，环形传感器不存在检测盲区。

所述静电传感器探头的主体为高机械强度的不锈钢金属材料，嵌入精密排种 器排种管内，其内部几何尺寸与所嵌入的精密排种器排种管内径一致。

所述环形金属电极阵列2与静电传感器探头1的主体部分通过绝缘材料8实 现电气隔离；静电传感器探头1主体通过接地屏蔽外界电磁场对环形金属电极阵 列2的干扰。

所述组成传感器探头1的N条环形金属电极的径向厚度小于5mm、轴向宽度 小于10mm；环形金属电极之间的中心距离小于50mm，相邻环形金属电极之间的 距离相等或不相等；N为2-4。

所述环形金属阵列2由相同或不同宽度的环形金属电极组合。

所述信号分析模块5对信号进行时域和频域分析，得到精密排种器的漏播率、 重播率和播种均匀性参数，利用数据融合技术得到精密排种器的播种合格率，由 显示模块6实时显示。

本发明的有益效果是克服现有精密排种器检测装置的不足，本发明具有如下 特点：

(1)可以准确、连续在线检测精密排种器的漏播、重播、播种均匀性和种子 完好情况。

(2)可以对自动控制的播种过程提供实时参数，当出现连续的漏播、重播时， 需及时停机检查排种器；当出现落种不均匀时，需及时调整排种器排种速度或播 种机行进速度；当检测到存在损坏的种子时，需及时补种。

(3)采用多个传感器探头即可实现精密播种机多个排种管性能的对比测量。

(4)该测量方式属于非接触式在线测量，不干扰种子下落，环形传感器不存 在检测盲区，且安装方便、价格低廉。

附图说明

图1为基于静电传感器的精密排种器工作性能在线检测装置结构示意图。

图2a为传感器探头的纵截面图；图2b为电极处横截面图。

图中：1-传感器探头；2-环形金属电极阵列；3-屏蔽线缆；4-信号调理模块； 5-信号分析模块；6-显示模块；7-金属接线柱；8-耐磨的绝缘材料。

图3为精密排种器性能检测装置工作流程图。

图4为电极检测到的落种静电信号与排种器指标的对应关系示意图，其中(a) 为正常种子下落；(b)为漏播；(c)为重播；(d)为正常排种间距；(e)为排种 间距偏小；(f)为排种间距偏大；(g)为正常落种频率信号；(h)为种子存在破 损现象。

具体实施方式

本发明提供一种基于静电传感器的精密排种器工作性能在线检测装置，下面 结合附图对本发明予以说明。

图1所示为基于静电传感器的精密排种器工作性能在线检测装置结构示意 图。图中，所述精密排种器性能在线检测装置结构为由组成传感器探头1的N条 环形金属电极(铜、镍，不锈钢等)嵌入精密排种器排种管的内壁上，并沿着与 种子运动的垂直方向平行排列，组成环形金属电极阵列2，通过与其相连的金属 接线柱7引出，再通过屏蔽线缆3和信号调理模块4相连接；信号调理模块4连 接信号分析模块5，信号分析模块5接受信号调理模块4的输出信号对测量信号 进行滤波与放大处理；对信号进行分析；分析结果通过显示模块6实时显示。

传感器探头为具有高机械强度的不锈钢等金属材料，使用时嵌入精密排种器 排种管，若排种管为金属材料时可通过法兰与精密排种器排种管相连，其内部几 何尺寸与所嵌入的精密排种器排种管内径一致；其所包含的环形金属电极阵列2 几何尺寸一致，并沿与种子运动的垂直方向平行排列；环形金属电极阵列2与传 感器探头的其它部分通过绝缘材料8实现电气隔离，同时采用金属屏蔽罩隔离外 界电磁干扰；其输出信号由与其相连的金属接线柱7引出，并通过屏蔽线缆3连 接到信号调理模块4；每个环形金属电极可单独测量精密播种机漏播和重播情况， 多个电极组合可测量精密播种机落种均匀性；信号分析模块5通过分析落种静电 信号的有无、强弱以及关联性得到精密排种器的性能参数,通过对比落种静电信 号的有无可知精密排种器是否漏播；通过对比落种静电信号的强弱可知精密排种 器是否重播；通过对比落种静电信号的时间间隔可知精密排种器落种是否均匀； 通过对比落种静电信号的频带宽度可知所落种子是否破损。信号分析模块5对信 号进行时域和频域分析，得到精密排种器的漏播率、重播率和播种均匀性参数， 利用数据融合技术得到精密排种器的播种合格率。

图2a为传感器探头的纵截面图；图2b为电极处横截面图。其中，环形金属 电极阵列中金属电极之间的距离L为0.2至50mm，金属电极的径向厚度为0.1 至5mm、轴向宽度为0.2至10mm；静电信号通过与环形金属电极阵列2直接相连 的金属接线柱7引出；环形金属电极阵列2与下落种子之间增加耐磨的绝缘材料 8。

图3所示为精密排种器性能检测装置工作流程图。信号分析模块5通过分析 落种静电信号的有无、强弱以及关联性得到精密排种器的性能参数。通过对比落 种静电信号的有无可知精密排种器是否漏播；通过对比落种静电信号的强弱可知 精密排种器是否重播；通过对比落种静电信号的时间间隔可知精密排种器落种是 否均匀；通过对比落种静电信号的频带宽度可知所落种子是否破损。

图4所示为电极检测到的落种静电信号与精密排种器指标的对应关系示意 图。其中漏播率、重播率和种子破损率的检测可以通过单个电极检测得出，也可 通过多个电极所测参数融合得出，但播种均匀性检测需要至少两个电极所测信号 运算得出。图4(a-f)中横坐标表示时间，纵坐标表示时域中静电信号大小。图 4(a)所示为正常种子下落时，单个电极检测到的静电信号时域波形示意图，其 幅值随种子靠近电极逐渐增大，在到达环形电极中心横截面时达到峰值，并随着 种子远离电极逐渐减小。当电极检测到类似(a)中信号时，则精密排种器排种 正常，当出现(b)中只有基准信号而无落种静电信号或(c)中信号幅值明显偏 大时，则精密排种器分别出现了漏播和重播现象。图4(d)所示为精密排种器正 常排种时，两个轴向距离固定的电极上检测到的静电信号，两个静电信号峰值时 间间隔为Δt，当出现(e)中Δt明显偏小或(f)中Δt明显偏大时，则精密排种器 分别出现了播种过密和播种过疏现象。图4(g)所示为精密排种器正常排种时， 单个电极检测到静电信号经过频域分析得到的波形示意图，当出现(h)中信号 频带明显过宽或频带明显过窄时，则精密排种器所排种子存在破损现象。

从上述可以看出本发明克服现有精密排种器检测装置的不足；本装置属于非 接触式在线检测，不干扰种子下落，环形传感器不存在检测盲区，且结构简单、 价格低廉。