CN106706177A - 一种基于pvdf的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器。包括自上到下依次层叠叠放的x向传感器层、绝缘片、y向传感器层和支撑板，x向传感器层包括多个x向传感器单元，y向传感器层包括多个y向传感器单元，x向传感器单元和y向传感器单元的平行排列方向垂直；x向传感器单元均经各自的x向电信号收集器并联连接到x向电信号处理装置，y向传感器单元均经各自的y向电信号收集器并联连接到y向电信号处理装置，从而形成同层间传感器电学并联且异层间传感器力学串联的结构。本发明为颗粒碰撞传感器提出一种双层十字交叉结构，可以依靠多传感器融合技术来获得颗粒碰撞位置信息和提高检测精度，为颗粒碰撞传感器提供新的设计思路。
Description
技术领域
本发明涉及了一种颗粒碰撞传感器，尤其是涉及了一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，可应用于农业收获机械中作为谷物损失传感器。
背景技术
农业收获机械比如联合收割机等进行收获作业时，需经过割断作物茎秆、分离谷粒与茎秆、茎秆粉碎抛出、谷物收集等步骤。现代谷物联合收割机一般在逐稿器尾部和清粮筛出口处安装谷物损失传感器来检测谷物损失情况，谷物损失传感器根据颗粒碰撞传感器所产生电信号的幅值和频率不同区分谷粒和其他杂质。目前颗粒碰撞传感器设计均为单层压电材料结构，只能依靠增加传感器的个数提高检测精度和获得位置信息，典型代表如专利US20160025531A1。本发明为颗粒碰撞传感器提出一种双层十字交叉结构，可以依靠多传感器融合技术来获得颗粒碰撞位置信息和提高检测精度，为颗粒碰撞传感器提供新的设计思路。
发明内容
本发明的目的是为获得颗粒碰撞位置信息和提高检测精度，提出了一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器。
本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：
本发明包括自上到下依次层叠叠放的x向传感器层、绝缘片、y向传感器层和支撑板，上述四层的相邻两层之间通过有机胶水连接，x向传感器层包括多个平行并排并且相互绝缘的x向传感器单元，y向传感器层包括多个平行并排并且相互绝缘的y向传感器单元，x向传感器单元平行排列方向垂直于y向传感器单元平行排列方向；x向传感器单元均经各自的x向电信号收集器并联连接到x向电信号处理装置，y向传感器单元均经各自的y向电信号收集器并联连接到y向电信号处理装置，从而形成同层间传感器电学并联且异层间传感器力学串联的结构。
本发明的传感器检测精度根据x向传感器单元和y向传感器单元排布密度而定，数量越多排布越密则所能颗粒碰撞所能定位的位置精度越高。
所述的x向电信号处理装置和y向电信号处理装置连接到计算机，x向电信号收集器和y向电信号收集器分别采集x向传感单元的电信号和y向传感器单元的电信号，x向电信号处理装置和y向电信号处理装置分别接收x向电信号收集器和y向电信号收集器发送来的所采集电信号并使之形成方波信号输出到计算机，计算机接收x向电信号处理装置和y向电信号处理装置中发送来的方波信号，根据方波信号的来源和数量进行统计处理获得颗粒碰撞次数和位置的数据。
所述的x向传感器单元包括x向PVDF压电薄膜、两层x向环氧树脂层和x向PET薄膜，x向PVDF压电薄膜的上下表面均粘接有x向环氧树脂层，上表面的x向环氧树脂层与x向PET薄膜底面粘接，两层x向环氧树脂层一侧端面均连接有x向平纹导电胶布，x向平纹导电胶布经x向导线与x向电信号收集器相连接。
所述的y向传感器单元包括y向PVDF压电薄膜、两层y向环氧树脂层和y向PET薄膜，y向PVDF压电薄膜的上下表面均粘接有y向环氧树脂层，下表面的y向环氧树脂层与y向PET薄膜顶面粘接，两层y向环氧树脂层一侧端面均连接有y向平纹导电胶布，y向平纹导电胶布经y向导线与y向电信号收集器相连接。
所述的x向电信号处理装置和y向电信号处理装置结构相同，均包括依次连接的电荷放大器、带通滤波器、包络检波器和电压比较器，电压比较器输出方波信号。
所述的计算机包括用于处理带有传感器单元信息的方波信号的方波计数器和用于数据融合处理的多传感器融合计数器，方波计数器将多个传感器的单元信息和个数信息合成为多组坐标数据，多组坐标数据传递给多传感器融合计数器，多传感器融合计数器将所有坐标数据经过分析、叠加、去重、计数之后获得实际颗粒碰撞数目和每次碰撞发生的位置坐标。
本发明的有益效果为：
本发明通过x向、y向信号分别获取、处理之后，形成x向、y向颗粒碰撞位置横、纵坐标，再运用多传感器融合技术将横、纵坐标转化为颗粒碰撞传感器的位置信息，可以形成颗粒碰撞的位置信息，为碰撞颗粒增加一组位置信息，可以减小传感器的漏判、误判，提高传感器检测精度，在用于农业谷粒损失检测，提高了准确性。
附图说明
图1为本发明外观结构示意图；
图2为本发明x向传感器单元及x向电信号收集器的连接方式示意图；
图3为本发明y向传感器单元及y向电信号收集器的连接方式示意图；
图4为x向电信号处理装置50处理多个x向电信号收集器30传输的电信号过程示意图；
图5为计算机90处理方波信号过程示意图；
图6为单粒颗粒碰撞本发明响应状态简化图；
图7为两粒颗粒同时碰撞本发明，并且碰撞位置坐标有其一相同的状况响应状态简图。
图中：x向传感器单元10、x向PVDF压电薄膜11、x向环氧树脂层12、x向平纹导电胶布13、x向导线14、x向PET薄膜15；y向传感器单元20、y向PVDF压电薄膜21、y向环氧树脂层22、y向平纹导电胶布23、y向导线24、y向PET薄膜25；x向电信号收集器30、y向电信号收集器40、x向电信号处理装置50、y向电信号处理装置60；电荷放大器51、带通滤波器52、包络检波器53、电压比较器54；绝缘片70；支撑板80；计算机90、方波计数器91、多传感器融合计数器92。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括自上到下依次层叠叠放的x向传感器层、绝缘片70、y向传感器层和支撑板80，上述四层的相邻两层之间通过有机胶水连接，x向传感器层包括多个平行并排并且相互绝缘的x向传感器单元10，y向传感器层包括多个平行并排并且相互绝缘的y向传感器单元20，x向传感器单元10平行排列方向垂直于y向传感器单元20平行排列方向；x向传感器单元10均经各自的x向电信号收集器30并联连接到x向电信号处理装置50，x向传感器层的所有x向传感器单元10相并联，y向传感器单元20均经各自的y向电信号收集器40并联连接到y向电信号处理装置60，y向传感器层的所有y向传感器单元20相并联，从而形成同层间传感器电学并联且异层间传感器力学串联的结构。
具体实施中如图1所示，多个x向传感器单元10沿x向并列排列，各个x向传感器单元10之间相互绝缘，多个y向传感器单元20沿y向并列排列，各个y向传感器20之间相互绝缘。
x向电信号处理装置50和y向电信号处理装置60连接到计算机90，x向电信号收集器30和y向电信号收集器40分别采集x向传感单元10的电信号和y向传感器单元20的电信号，再分别发送到x向电信号处理装置50和y向电信号处理装置60，x向电信号处理装置50和y向电信号处理装置60分别接收x向电信号收集器30和y向电信号收集器40发送来的所采集电信号并使之形成方波信号输出到计算机90，计算机90接收x向电信号处理装置50和y向电信号处理装置60中发送来的方波信号，根据方波信号的来源和数量进行统计处理获得颗粒碰撞次数和位置的数据。
如图2所示，x向传感器单元10包括x向PVDF压电薄膜11、两层x向环氧树脂层12和x向PET薄膜15，x向PVDF压电薄膜11的上下表面均粘接有x向环氧树脂层12，上表面的x向环氧树脂层12与x向PET薄膜15底面粘接，上表面的x向环氧树脂层12将x向PET薄膜15与x向PVDF压电薄膜11相粘接，两层x向环氧树脂层12一侧端面均连接有x向平纹导电胶布13，通过x向环氧树脂层12将x向平纹导电胶布13与x向PVDF压电薄膜11相连，x向平纹导电胶布13经x向导线14与x向电信号收集器30相连接。
如图3所示，y向传感器单元20包括y向PVDF压电薄膜21、两层y向环氧树脂层22和y向PET薄膜25，y向PVDF压电薄膜21的上下表面均粘接有y向环氧树脂层22，下表面的y向环氧树脂层22与y向PET薄膜25顶面粘接，下表面的y向环氧树脂层22将y向PET薄膜25与y向PVDF压电薄膜21相粘接，两层y向环氧树脂层22一侧端面均连接有y向平纹导电胶布23，通过y向环氧树脂层22将y向平纹导电胶布23与y向PVDF压电薄膜21相连，y向平纹导电胶布23经y向导线24与y向电信号收集器40相连接。
x向电信号处理装置50和y向电信号处理装置60结构相同，均包括依次连接的电荷放大器51、带通滤波器52、包络检波器53和电压比较器54，电压比较器54输出方波信号。
具体实施如图4所示，x向电信号处理装置(50)输出的方波信号中含有碰撞所对应的x向传感器单元的序号信息，分别标记为x1、x2、x3、x4、x5。类似地，y向电信号处理装置(60)输出的方波信号中含有碰撞所对应的y向传感器单元的序号信息，分别标记为y1、y2、y3、y4、y5。
如图5所示，合成后的坐标数据分别标记为x方向的(x1，n1)、(x2，n2)…(x5，n5)以及y方向的(y1，m1)、(y2，m2)…(y5，m5)，n1、n2…n5表示五个x向传感器单元各自采集到的碰撞次数，m1、m2…m5表示五个y向传感器单元各自采集到的碰撞次数，
计算机90包括用于处理带有传感器单元信息的方波信号的方波计数器91、用于将传感器单元信息与个数信息合成为坐标数据的数据合成器和用于处理坐标数据的多传感器融合计数器92，多传感器融合计数器92将所有坐标数据经过分析、叠加、去重、计数之后获得实际颗粒碰撞数目和每次碰撞发生的位置坐标。
以单粒颗粒碰撞本发明为例，单粒颗粒碰撞本发明时，本发明的响应状态简图如图6所示，颗粒100击本发明时，在x向传感器单元10的落点为101，由于传感器间上下层为力学串联关系，所以颗粒100的力传递至y向传感器单元20，落点为102。颗粒100在x向传感器单元10上碰撞形成电学信号，电学信号传递给x向电信号收集器30，x向电信号收集器30中的电学信号经过x向电信号处理装置50后形成携带x向传感器单元10信息的方波信号x2101，同理，y向传感器单元20上的落点102形成的电学信号，经过y向电信号收集器40和y向电信号处理装置60后形成方波信号y2102，x向电信号处理装置50的方波信号x2101传输至计算机90中经过方波计数器91形成(x2101，1)的携带传感器位置信息和个数信息的坐标，此坐标表示在x2传感器单元上有1次碰撞，同理也会形成(y2102，1)的坐标，表示在y2传感器单元上有1次碰撞，这与x2传感器单元上的碰撞向吻合，说明在本发明上有1次碰撞，并且碰撞的坐标为(x2，y2)。
多个颗粒同时间碰撞并且碰撞位置横纵坐标都不同的情况，可按照单粒颗粒碰撞的方法计算。
若多个颗粒不同时间碰撞，并且碰撞位置横纵坐标相同，可根据x向电信号收集器30和y向电信号收集器40收集到的电学信号的个数，经过x向电信号处理装置或y向电信号处理装置60后形成的方波数目，在方波计数器91处计数出来，计算出有几次碰撞。
两粒颗粒同时碰撞本发明，并且碰撞位置坐标有其一相同的状况响应状态简图如图7所示，颗粒110与颗粒120同时碰撞本发明，颗粒110在x向传感器单元10和y向传感器单元20的力学落点分别为111和112，颗粒120在x向传感器单元10和y向传感器单元20的力学落点分别为121和122，假设落点111和落点121在相同的x向传感器单元上，又因为碰撞落点111和121同时形成，所以在x向电信号收集器30处只能收集到一个电信号，而因为力学落点112和122分别在不同的y向传感器单元20上，所以在两个y向电信号收集器40上，分别可以收集到一个电学信号，经过x向电信号处理装置50和y向电信号处理装置60后，可以得到方波信号x21n1，y2112和y4122，这些方波信号传输至计算机90后，经过方波计数器91形成(x21n1，1)，(y2112，1)和(y4122，1)坐标，表示在x2传感器单元上有1次碰撞，在y2传感器单元上有1次碰撞，y4传感器单元上也有1次碰撞，这说明在本发明上发生了2次碰撞，碰撞坐标分别为(x2，y2)和(x2，y4)。
本发明的双层十字交叉结构传感器的技术方案，在每个x向传感器单元10和y向传感器单元20尺寸缩小，数目变多时，排列密度增加后，传感器对颗粒碰撞的计数和定位精度提高。
Claims (6)
1.一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，其特征在于：
包括自上到下依次层叠叠放的x向传感器层、绝缘片(70)、y向传感器层和支撑板(80)，上述四层的相邻两层之间通过有机胶水连接，x向传感器层包括多个平行并排并且相互绝缘的x向传感器单元(10)，y向传感器层包括多个平行并排并且相互绝缘的y向传感器单元(20)，x向传感器单元(10)平行排列方向垂直于y向传感器单元(20)平行排列方向；
x向传感器单元(10)均经各自的x向电信号收集器(30)并联连接到x向电信号处理装置(50)，y向传感器单元(20)均经各自的y向电信号收集器(40)并联连接到y向电信号处理装置(60)，从而形成同层间传感器电学并联且异层间传感器力学串联的结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，其特征在于：所述的x向电信号处理装置(50)和y向电信号处理装置(60)连接到计算机(90)，x向电信号收集器(30)和y向电信号收集器(40)分别采集x向传感单元(10)的电信号和y向传感器单元(20)的电信号，x向电信号处理装置(50)和y向电信号处理装置(60)分别接收x向电信号收集器(30)和y向电信号收集器(40)发送来的所采集电信号并使之形成方波信号输出到计算机(90)，计算机(90)接收x向电信号处理装置(50)和y向电信号处理装置(60)中发送来的方波信号，根据方波信号的来源和数量进行统计处理获得颗粒碰撞次数和位置的数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，其特征在于：所述的x向传感器单元(10)包括x向PVDF压电薄膜(11)、两层x向环氧树脂层(12)和x向PET薄膜(15)，x向PVDF压电薄膜(11)的上下表面均粘接有x向环氧树脂层(12)，上表面的x向环氧树脂层(12)与x向PET薄膜(15)底面粘接，两层x向环氧树脂层(12)一侧端面均连接有x向平纹导电胶布(13)，x向平纹导电胶布(13)经x向导线(14)与x向电信号收集器(30)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，其特征在于：所述的y向传感器单元(20)包括y向PVDF压电薄膜(21)、两层y向环氧树脂层(22)和y向PET薄膜(25)，y向PVDF压电薄膜(21)的上下表面均粘接有y向环氧树脂层(22)，下表面的y向环氧树脂层(22)与y向PET薄膜(25)顶面粘接，两层y向环氧树脂层(22)一侧端面均连接有y向平纹导电胶布(23)，y向平纹导电胶布(23)经y向导线(24)与y向电信号收集器(40)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，其特征在于：所述的x向电信号处理装置(50)和y向电信号处理装置(60)结构相同，均包括依次连接的电荷放大器(51)、带通滤波器(52)、包络检波器(53)和电压比较器(54)，电压比较器(54)输出方波信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于PVDF的双层十字交叉结构颗粒碰撞传感器，其特征在于：所述的计算机(90)包括用于处理带有传感器单元信息的方波信号的方波计数器(91)和用于数据融合处理的多传感器融合计数器(92)，方波计数器(91)可将多个传感器的单元信息和个数信息合成为多组坐标数据，多组坐标数据传递给多传感器融合计数器(92)，多传感器融合计数器(92)将所有坐标数据经过分析、叠加、去重、计数之后获得实际颗粒碰撞数目和每次碰撞发生的位置坐标。
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