CN101368835B - 基于光电编码器的谷物流量传感器 - Google Patents

Abstract

基于光电编码器的谷物流量传感器，属谷物流量传感器。包括外壳、垫板、两个固定架和接线插座，外壳底部为垫板，接线插座固定在外壳的顶部，两个固定架设置于外壳内并固定于垫板上，还包括转轴、挡片、轴承和光电编码器，其中光电编码器包括检测部件和信号变送模块，检测部件即外检测环和内检测环；转轴的一端通过轴承固定在两个固定架上，转轴的另一端延伸至外壳的外部，挡片与转轴的另一端固定，两个固定架之间的转轴上设置有检测部件，外检测环与两个固定架固定，内检测环与转轴固定，检测部件的正向输出端和反向输出端分别与信号变送模块的输入端连接，信号变送模块固定于外壳的内表面，信号变送模块的输出端与接线插座连接。本发明检测精确。

Description

基于光电编码器的谷物流量传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种基于光电编码器的谷物流量传感器。

背景技术

精准收获环节既是一个完整的精准农业过程的终结，又是下一轮精准农业过程的开始，由它获取的农作物产量分布等信息既可以用来反馈以前精准农业各环节实践结果，为下一轮精准农业提供重要的基础信息，因此，它是精确农业生产过程中的最为关键技术环节。谷物质量流量传感器就是此环节中核心部件，也是本次研究的重点，当然，以此传感器为核心构成的智能测产***也将同时被研究。

如2005年11月30日公布的公开号为CN1702438A的发明谷物流量质量传感器，利用传感器的拦截指、悬臂梁弹性元件和电阻应变片电桥来感知谷物的质量流量。但是上述冲量式传感器安装在联合收割机上，由于农田地形的起伏及收割机本身的工作特点，在收割过程中会产生明显振动，这将给冲量式传感器测量带来很多干扰。冲量式传感器的拦截指是垂直安装的，在重力的作用下，自身会发生变形。冲量式传感器应用的是电压电阻间的应变关系。应变电阻在受到田间温度干扰时，其电阻值会产生相应变化，影响测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种测量精度高、抗干扰能力强的基于光电编码器的谷物流量传感器。

一种基于光电编码器的谷物流量传感器，包括外壳、垫板、两个固定架和接线插座，所述两个固定架即第一固定架、第二固定架，其中外壳的底部为垫板，接线插座固定在外壳的顶部，两个固定架设置于外壳内并固定于垫板上，其特征在于还包括转轴、挡片、轴承和光电编码器，其中光电编码器包括检测部件和信号变送模块，检测部件包括外检测环和内检测环；转轴的一端通过轴承固定在两个固定架上，转轴的另一端延伸至外壳的外部，挡片与转轴的另一端固定，两个固定架之间的转轴上设置有光电编码器的两个检测部件外检测环和内检测环，外检测环与两个固定架固定，内检测环与转轴固定，外检测环的两个输出端即正向输出端和反向输出端分别与信号变送模块的输入端连接，信号变送模块固定于外壳顶部的内表面，信号变送模块的输出端与接线插座连接。

本发明一种基于光电编码器的谷物流量传感器，精确检测谷物流量，从而可以合理利用水肥资源，减少环境污染，提高农产品的产量和品质。

附图说明

图1：本发明基于光电编码器的谷物流量传感器的轴向截面图；

图2：本发明基于光电编码器的谷物流量传感器的横向截面图；

图3：本发明光电编码器的结构图；

图4：本发明光电编码器的抗干扰判向电路原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种基于光电编码器的谷物流量传感器，包括外壳1、垫板2、两个固定架和接线插座10，所述两个固定架即第一固定架5、第二固定架6，其中外壳1的底部为垫板2，接线插座10固定在外壳1的顶部，两个固定架设置于外壳内并固定于垫板2上，其特征在于还包括转轴3、挡片4、轴承11和光电编码器，其中光电编码器包括检测部件和信号变送模块9，检测部件包括外检测环7和内检测环8；转轴3的一端通过轴承11固定在两个固定架上，转轴3的另一端延伸至外壳1的外部，挡片4与转轴3的另一端固定，两个固定架之间的转轴上设置有光电编码器的两个检测部件外检测环7和内检测环8，外检测环7固定在两个固定架上，内检测环8与转轴3固定，外检测环7的两个输出端即正向输出端A和反向输出端B分别与信号变送模块9的输入端连接，信号变送模块9固定于外壳1的内表面，信号变送模块9的输出端与接线插座10连接。

如图3、图4。所述信号变送模块9包括抗干扰判向电路91和计数电路92，其中抗干扰判向电路91的两个输入端分别与外检测环7的正向输出端A和反向输出端B连接，抗干扰判向电路91的两个输出端分别与计数电路92的两个输入端连接，所述抗干扰判向电路91由第一双可再触发单稳态多谐振荡器U1A、第二双可再触发单稳态多谐振荡器U1B、第一与门U2A、第二与门U2B、反相器U3A、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和电源Vcc组成；所述检测部件的正向输出端A接反相器U3A的阳极和第一双可再触发单稳态多谐振荡器U1A的1脚，反相器U3A的阴极接第二双可再触发单稳态多谐振荡器U1B的1脚，反向输出端B接第一与门U2A的2脚和第二与门U2B的2脚，电源Vcc接第一双可再触发单稳态多谐振荡器U1A的2脚、3脚、9脚和第二双可再触发单稳态多谐振荡器U1A的2脚、3脚，电源Vcc接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端和第一双可再触发单稳态多谐振荡器U1A的7脚连接，第一电容C1的另一端接第一双可再触发单稳态多谐振荡器U1A的6脚，第一双可再触发单稳态多谐振荡器U1A的5脚接第一与门U2A的1脚；第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端和第二双可再触发单稳态多谐振荡器U1B的7脚连接，第二电容C2的另一端接第二双可再触发单稳态多谐振荡器U1B的6脚，第二双可再触发单稳态多谐振荡器U1B的5脚接第二与门U2B的1脚，第一与门U2A的3脚和第二与门U2B的3脚分别与计数电路的输入端连接。

如图2，图3所示，本发明一种基于光电编码器的谷物流量传感器工作时，谷物以一定的速度冲击挡板4，从而产生力的作用，故挡板4、转轴3、内检测环8都会有一定的角位移。光电编码器的两个检测部件外检测环7和内检测环8检测到角位移信号并通过外检测环7的正向输出端A和反向输出端B输出至信号变送模块9。

如图4所示，角位移信号在信号变送模块9中首先经过抗干扰判向电路91。自主设计的光电编码器由于安装干扰比较大的联合收割机上，干扰主要表现在振动上。采用抗干扰判向电路91，当干扰脉冲在正向计数脉冲序列中产生加干扰脉冲时，同时也在反向计数脉冲序列中产生减干扰脉冲。由于后续计数电路92采用可逆计数器，而因干扰产生的加干扰脉冲和减干扰脉冲的数量完全相等，在测量时加减干扰脉冲相互抵消，从而消除了干扰。

角位移信号经过抗干扰判向电路91后输入计数电路92，计数电路92根据冲量定理有：

F(t)Δt＝Δm(t)Δv

$F\left(t\right)=\frac{\mathrm{\Δm}\left(t\right)}{\mathrm{\Δt}}\mathrm{\Δv}=q\left(t\right)\mathrm{\Δv}$

角位移与力的大小成正比：F(t)∝θ(t)

并且：F(t)＝kθ(t)

则有：kθ(t)＝q(t)Δv

式中，F(t)——谷物在t时刻作用在挡板上的冲击力；

Δm(t)——t时刻时冲击作用时间内的谷物质量；

Δt——谷物冲击作用时间；

Δv—谷物冲击前后速度变化量；

q(t)——t时刻的谷物质量流量；

θ(t)——t时刻的角度；

k——冲击力与角度的应变关系常数。

当Δt很小时，q(t)也就变为瞬时质量流量。谷物被拦截后的速度近似为零，收获过程中收割速度变化不大时，速度差视为一常数，因此，θ(t)就与谷物的瞬时质量流量近似呈线性关系。实际应用中，短时间段内的平均质量流量完全可以满足绘制精确农业产量分布图的需求，因此一段时间t₂-t₁内谷物冲击力的平均值F_a：

$F_a=\frac{1}{t_2-t_1}{\∫}_{t_1}^{t_2}F\left(t\right)\mathrm{dt}\∝Q\left(t\right)$

$F_a=\frac{1}{t_2-t_1}{\∫}_{t_1}^{t_2}\mathrm{k\θ}\left(t\right)\mathrm{dt}\∝Q\left(t\right)$

Q(t)＝λF_a(t)

式中，Q(t)——短时间段内谷物质量的平均流量，λ——谷物冲击力的平均值与短时间段内谷物质量的平均流量的应变关系常数。

谷物采样间隔内的累积质量m_i：

$m_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\left(t\right){\mathrm{\Δt}}_1$

式中，Δt₁——累积质量采样间隔。

计数电路92得到谷物采样间隔内的累积质量信号并通过接线插座10输出。

Claims (2)

1.一种基于光电编码器的谷物流量传感器，包括外壳(1)、垫板(2)、两个固定架和接线插座(10)，所述两个固定架即第一固定架(5)、第二固定架(6)，其中外壳(1)的底部为垫板(2)，接线插座(10)固定在外壳(1)的顶部，两个固定架设置于外壳内并固定于垫板(2)上，其特征在于还包括转轴(3)、挡片(4)、轴承和光电编码器，其中光电编码器包括检测部件和信号变送模块(9)，检测部件包括外检测环(7)和内检测环(8)；转轴(3)的一端通过轴承固定在两个固定架上，转轴(3)的另一端延伸至外壳(1)的外部，挡片(4)与转轴(3)的另一端固定，两个固定架之间的转轴上设置有光电编码器的外检测环(7)和内检测环(8)，外检测环(7)与两个固定架固定，内检测环(8)与转轴(3)固定，外检测环(7)的两个输出端即正向输出端(A)和反向输出端(B)分别与信号变送模块(9)的输入端连接，信号变送模块(9)固定于外壳(1)顶部的内表面，信号变送模块(9)的输出端与接线插座(10)连接。

2.根据权利要求1所述的基于光电编码器的谷物流量传感器，所述信号变送模块(9)包括抗干扰判向电路(91)和计数电路(92)，其中抗干扰判向电路(91)的两个输入端分别与外检测环7的正向输出端(A)和反向输出端(B)连接，抗干扰判向电路(91)的两个输出端分别与计数电路(92)的两个输入端连接，其特征在于所述抗干扰判向电路(91)由第一双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)、第二双可再触发单稳态多谐振荡器(U1B)、第一与门(U2A)、第二与门(U2B)、反相器(U3A)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和电源(Vcc)组成；所述检测部件的正向输出端(A)接反相器(U3A)的阳极和第一双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)的1脚，反相器(U3A)的阴极接第二双可再触发单稳态多谐振荡器(U1B)的1脚，反向输出端(B)接第一与门(U2A)的2脚和第二与门(U2B)的2脚，电源(Vcc)接第一双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)的2脚、3脚和9脚和第二双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)的2脚和3脚，电源(Vcc)接第一电阻(R1)的一端和第二电阻(R2)的一端，第一电阻(R1)的另一端与第一电容(C1)的一端和第一双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)的7脚连接，第一电容(C1)的另一端接第一双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)的6脚，第一双可再触发单稳态多谐振荡器(U1A)的5脚接第一与门(U2A)的1脚；第二电阻(R2)的另一端与第二电容(C2)的一端和第二双可再触发单稳态多谐振荡器(U1B)的7脚连接，第二电容(C2)的另一端接第二双可再触发单稳态多谐振荡器(U1B)的6脚，第二双可再触发单稳态多谐振荡器(U1B)的5脚接第二与门(U2B)的1脚，第一与门(U2A)的3脚和第二与门(U2B)的3脚分别与计数电路的输入端连接。

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