CN115443065A - 喷洒器*** - Google Patents

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CN115443065A CN202180030739.5A CN202180030739A CN115443065A CN 115443065 A CN115443065 A CN 115443065A CN 202180030739 A CN202180030739 A CN 202180030739A CN 115443065 A CN115443065 A CN 115443065A
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J·施托勒
P·维尔德穆斯
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Abstract

本发明公开了一种喷洒***，包括：吊杆，所述吊杆具有第一端部、中部和第二端部；多个喷嘴，所述多个喷嘴设置在吊杆上；多台摄像机(70)，所述多台摄像机设置在吊杆上，并且定位成每台摄像机观察所述多个喷嘴的子集；多个灯，所述多个灯设置在吊杆上，并且定位成每个灯照亮所述多个喷嘴的子集。

Description

喷洒器***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月10日提交的美国临时申请US63/050314和于2020年7月10日提交的美国临时申请US63/050315的优先权，每个申请的公开内容通过引用将其全部内容并入本文。
背景技术
喷洒***可用在许多不同类型的农用机具上，所述农用机具诸如是喷洒器、追肥吊杆、播种机、播种器、灌溉机、中心枢轴灌溉机、耕作机具、拖拉机、手推车或机器人。在这些喷洒***中存在传感器，所述传感器测量整个喷洒***直到从喷嘴排放的点处的流速和/或压力。有利的是通过测量喷嘴的排放来进一步评估喷洒***。
附图说明
图1是农作物喷洒器的示意图。
图2是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图3是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图4是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图5是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图6是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图7是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图8是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图9是根据一个实施例的喷洒吊杆、摄像机和灯的后视立面图。
图10是根据一个实施例的喷洒吊杆和组合的摄像机与灯的后视立面图。
图11是如图2-5所示的喷洒吊杆和摄像机的俯视平面图。
图12是如图6-9所示的喷洒吊杆和摄像机的俯视平面图。
图13是喷嘴的喷洒图案的侧视立面图。
图14是喷嘴的喷洒图案的侧视立面图。
具体实施方式
本文所引用的所有参考文献以其全文内容并入本文。如果在本文中的定义与在所并入的参考文献中的定义之间存在冲突，则应以在本文中的定义为准。
参照附图，贯穿各视图，相同的附图标记表示相同或相应的部件，图1示出了农用机具，诸如喷洒器10。虽然该***可用在喷洒器上时，但该***可用在用于将流体施加到土壤的任何农用机具上，所述农用机具诸如为追肥吊杆、播种机、播种器、灌溉机、中心枢轴灌溉机、耕作机具、拖拉机、手推车或机器人。本文提到的吊杆或吊杆臂包括其它农用机具中的相应结构(诸如工具杆)。
图1示出了农作物喷洒器10，其用于将化学品传送到田地中的农作物。农用喷洒器10包括底架12和安装在底架12上的驾驶室14。驾驶室14可以容纳操作者和多个用于农用喷洒器10的控制器。发动机16可以安装在驾驶室14前面的底架12前部部分上，或者可以安装在驾驶室14后面的底架12后部部分上。发动机16可以包括例如柴油发动机或汽油驱动的内燃机。发动机16提供推进农用喷洒器10的能量，并且还可以用来提供用于从喷洒器10喷洒流体的能量。
尽管在下文中示出和描述了一种自推进式施用机，但是应当理解的是，所体现的发明可应用于其它农用喷洒器，其包括牵引式或拖曳式喷洒器和例如安装在农用拖拉机的3点联动装置上的安装式喷洒器。
喷洒器10还包括用来存储要喷洒到田地上的喷洒液的储液罐18。喷洒液可以包括化学品，诸如但不限于除草剂、农药和/或肥料。储液罐18将安装在底架12上且在驾驶室14的前面或后面。农作物喷洒器10可以包括一个以上的储液罐18，以储存要喷洒到田地上的不同化学品。所储存的化学品可以由喷洒器10一次一种地散布，或者不同的化学品可被混合成各种混合物并且一起散布。喷洒器10还包括用来储存清洁水的冲洗水罐20，该冲洗水罐可用来储存一定量的清洁水，以用来在喷洒操作之后冲洗管道和主要的储液罐18。
当喷洒器10被驱动通过田地时，喷洒器10上的至少一个吊杆臂22用来在宽的幅区内分布来自储液罐18的流体。吊杆臂22设置为喷洒施用***的一部分，该喷洒施用***还包括沿吊杆臂22的长度布置的喷洒喷嘴阵列(后面有描述)和用于将储液罐18与喷洒喷嘴连接起来的合适的喷洒器管道。应理解的是，喷洒器管道包括布置成与喷洒器10流体连通的任何合适的管或管路。
如图2-9所示，存在设置在吊杆臂22上的多个喷嘴50(50-1至50-12)。虽然示出了12个喷嘴50，但是可以存在设置在吊杆臂22上的任意数量的喷嘴50。喷嘴50在喷洒时分配物料(诸如肥料、除草剂或农药)。在任一实施例中，喷嘴50可由脉冲宽度调制(PWM)致动器致动，以打开和关闭喷嘴50。
如图2-5所示，存在设置在吊杆臂22上的两台摄像机70(70-1和70-2)，其中每台摄像机70-1和70-2设置成观察吊杆臂22的一半，如在图11中看到的。如图6-9所示，存在多台摄像机70(70-1、70-2、70-3)，其中每台摄像机均设置在吊杆臂22上，其中每台摄像机观察吊杆臂22的子部段，如在图12中看到的。虽然示出了三台摄像机70，但是可以存在另外的摄像机70。在多台摄像机70的实施例中，摄像机70均可以设置成观察相等数量的喷嘴50或任意数量的喷嘴50。
图2和图6示出了两个灯60(60-1、60-2)，所述两个灯设置在吊杆臂22的中部(24)处，并且设置成均朝向吊杆臂22的端部(23、25)照明。
图3和图7示出了两个灯60(60-1、60-2)，所述两个灯设置在吊杆臂22的端部(23、25)处，并且设置成朝向吊杆臂22的中部(24)照明。
图4和图8示出了多个灯60(60-1、60-2、60-3、60-4)，这些灯设置在吊杆臂22上以照亮喷嘴50的喷洒喷嘴的子集。虽然示出了每个灯60照亮三个喷嘴50，但是被照亮的喷嘴50的数量可以在两个到少于所有喷嘴50的范围内。
图5和图9示出了多个灯60(60-1至60-12)，每个灯均设置成照亮一个喷嘴50。
图10示出了摄像机70和灯60的组合单元80(80-1-至80-12)。除非另有特别说明，摄像机70是指摄像机70或摄像机/灯单元80。
摄像机70可以是任何类型的摄像机。摄像机的示例包括但不限于数码摄像机、行扫描摄像机、单色、RGB(红、绿、蓝)、NIR(近红外)、SWIR(短波红外)、MWIR(中波红外)、LWIR(长波红外)、光学传感器(包括接收器或发射器/接收器)、反射率传感器、激光器。
在任一实施例中，摄像机70可以与喷嘴50的PWM协调。在一个实施例中，摄像机70可以在喷嘴50关闭时和在喷嘴50打开时捕获图像。可以从打开时图像中减去关闭时图像，以从图像中消除背景光。虽然可以使用任何波长的电磁光谱，但是在一个实施例中，灯60可以用蓝光照明。在一个实施例中，来自灯60的光的波长在380-500nm或450-485nm的范围内。在一个实施例中，PWM的频率为10-35Hz。
在一个实施例中，摄像机50和喷嘴70可以以相同频率操作。在另一实施例中，摄像机70可以与喷嘴50以不同频率操作。类似于混淆现象，摄像机可以在比喷嘴50的PWM频率低的频率下操作。在一个实施例中，摄像机70可以在喷嘴以10Hz操作时以9Hz捕获图像。
在任一实施例中，来自灯60的光的角度不与摄像机70直接对准。
在一个实施例中，喷嘴50、灯60和摄像机70连接到网络。在PCT申请WO2020/039295A1中描述了网络的一个示例。
图13和图14示出了具有喷洒角(a)的喷嘴50的喷洒图案55。可以在来自摄像机55的图像中捕获喷洒图案55。可以分析图像以确定图案、均匀性、喷洒角(a)和光折射量。在图13中，可选的压力传感器40可安装在喷嘴50之前的任何地方处。在图14中，可选的流量计45可安装在喷嘴50之前的任何地方处。
喷洒角(a)是喷嘴头几何形状、材料粘度、PWM占空比、压力和流速的函数。对于在特定占空比下喷洒材料的给定喷嘴，这些参数是固定的。在压力或流速之一固定的情况下，喷洒角(a)的任何变化都与压力或流速的变化有关。
在一种方法中，第一图像101可以取自给定压力下的一个或多个喷洒图案55。可以测量每个喷洒图案55的喷洒角(a)。第二图像(102)可以取自一个或多个喷洒图案55，并且喷洒角(a)被测量。将来自第二图像102的喷洒角(a)与来自第一图像101的喷洒角进行比较。根据比较，可以确定喷嘴是堵塞的(0％)还是部分堵塞的(大于0％至小于100％)。每个喷嘴50的堵塞量可以在显示器(例如，来自W02020/039295的显示器120、130或1230)上显示。堵塞量可以是数值量、颜色或颜色与数值量的组合。对于颜色而言，绿色可用于不堵塞，黄色用于部分封堵，红色用于完全封堵。
可以确定喷嘴50处的绝对压力。根据在不同压力下操作喷嘴50和测量喷洒图案55的喷洒角(a)，可以产生校准曲线。通过比较来自第二图像(102)的喷洒角(a)，可以根据校准曲线确定喷嘴50的压力。可替代地，压力传感器40可安装在一个或多个喷嘴50之前以测量实际流。可以将没有压力传感器40的喷嘴50的喷洒角(a)与具有压力传感器40的喷嘴50的喷洒角(a)进行比较。喷洒角(a)的差值提供了百分比差值，该百分比差值通过将该百分比差值乘以从压力传感器40测量的压力而被转换为实际值。可以基于来自压力传感器40的当前压力进行喷嘴50之间的每次相继比较。
可以确定喷嘴50处的绝对流速。根据在不同流速下操作喷嘴50和测量喷洒图案55的喷洒角(a)，可以产生校准曲线。通过比较来自第二图像(102)的喷洒角(a)，可以根据校准曲线确定喷嘴50的流速。可替代地，流量计45可安装在一个或多个喷嘴50之前以测量实际流。可以将没有流量计45的喷嘴50的喷洒角(a)与具有流量计45的喷嘴50的喷洒角(a)进行比较。喷洒角(a)的差值提供了百分比差值，该百分比差值通过将该百分比差值乘以从流量计45测量的流速而被转换为实际值。可以基于来自流量计45的当前流速进行喷嘴50之间的每次相继比较。
在另一个实施例中，可以确定喷嘴的相对压力。代替将喷嘴50的喷洒角(a)与样品喷嘴50的先前图像进行比较的是，可以将一个喷嘴的喷洒角(a)与另一个喷嘴50的喷洒角(a)进行比较。两个喷嘴50之间的喷洒角(a)的差值提供了一个喷嘴50与另一个喷嘴50的压力百分比。
在另一个实施例中，可以确定喷嘴的相对流速。代替将喷嘴50的喷洒角(a)与样品喷嘴50的先前图像进行比较的是，可以将一个喷嘴的喷洒角(a)与另一个喷嘴50的喷洒角(a)进行比较。两个喷嘴50之间的喷洒角(a)的差值提供了一个喷嘴50与另一个喷嘴50的流速百分比。
在另一个实施例中，可以测量喷洒图案可变性。对于给定的喷嘴50，从摄像机70获得来自喷嘴50的喷洒图案55的多个图像。可以使用来自多个图像的喷洒角(a)来计算喷嘴50的平均喷洒角(a)和/或喷洒角(a)的标准偏差。可以基于在给定时间段内、在给定的平均值或标准偏差百分比内的喷洒角(a)百分比来计算喷洒图案的均匀性/可变性。均匀性可以显示为数值和/或颜色，所述颜色诸如为绿色、黄色或红色，每个相继颜色表示与平均值和/或标准偏差的较大偏差。在一个实施例中，绿色可代表至少80％、至少90％、至少95％或至少99％的均匀性。红色可代表小于50％、小于40％、小于30％、小于25％、小于20％或小于10％的均匀性。黄色可代表不是任何绿色均匀性值和任何红色均匀性值的均匀性。
上述所测量的参数(诸如喷洒角(a)、喷洒角(a)的平均值、喷洒角(a)的标准偏差、相对压力、绝对压力、相对流速、绝对流速、堵塞百分比和/或喷洒图案均匀性/可变性)中的任一者可在显示器120、130或1230上显示。参数可以显示为数值、映射在显示器上、或者两者兼有。所述参数可以与所施用的流速和/或所施用的压力一起以分开视图显示。
示例
以下是非限制性示例。
示例1-一种喷洒***，包括：吊杆(22)，所述吊杆具有第一端部、中部(24)和第二端部(25)；多个喷嘴(50)，所述多个喷嘴设置在吊杆(22)上；多台摄像机(70)，所述多台摄像机设置在吊杆(22)上，并且定位成每台摄像机观察所述多个喷嘴(50)的子集；多个灯(60)，所述多个灯设置在吊杆(22)上，并且定位成每个灯照亮所述多个喷嘴(50)的子集。
示例2-如示例1所述的喷洒***，其中，所述多台摄像机(70)包括两台摄像机(70)，所述两台摄像机设置在吊杆(22)的中部(24)处，并且每台摄像机定位成观察吊杆(22)的一半。
示例3-如示例1所述的喷洒***，其中，所述多台摄像机(70)包括至少三台摄像机(70)，其中每台摄像机(70)设置成观察吊杆(22)的子部段。
示例4-如示例3所述的喷洒***，其中，每台摄像机(70)设置成观察相等数量的喷嘴(50)。
示例5-如示例1-4中任一个所述的喷洒***，其中，所述多个灯(60)包括设置在吊杆(22)的中部(24)处的第一灯(60)和第二灯(60)，其中所述第一灯(60)定位成从所述吊杆(22)的中部(24)朝向所述吊杆(22)的第一端部(23)照明，而所述第二灯(60)定位成从吊杆(22)的中部(24)朝向吊杆(22)的第二端部(25)照明。
示例6-如示例1-4中任一个所述的喷洒***，其中，所述多个灯(60)包括两个灯(60)，其中第一灯(60)设置在吊杆(22)的第一端部(23)处，而第二灯(60)设置在吊杆(22)的第二端部(25)处，其中第一灯(60)定位成从吊杆(22)的第一端部(23)朝向吊杆(22)的中部(24)照明，而第二灯(60)设置成从吊杆(22)的第二端部(25)朝向中部(24)照明。
示例7-如示例1-4中任一个所述的喷洒***，其中，灯(60)的数量等于喷嘴(50)的数量，并且每个灯(60)设置成照亮一个喷嘴(50)。
示例8-如示例1所述的喷洒***，其中，所述多台摄像机(70)包括两台摄像机(70)，所述两台摄像机(70)设置在所述吊杆(22)的中部(24)处，并且每台摄像机(70)定位成观察所述吊杆(22)的一半，并且其中，灯的数量等于喷嘴(50)的数量，并且每个灯(60)设置成照亮一个喷嘴(50)。
示例101-一种用于测量喷洒喷嘴(50)的性能的方法，所述方法包括：获得来自第一喷嘴(50)的第一喷洒角(a)的图像和来自第二喷嘴(50)的第二喷洒角(a)的图像；测量第一喷洒角(a)和第二喷洒角(a)之间的差值。
示例102-如示例101所述的方法，其中，图像包含第一喷洒角(a)和第二喷洒角(a)。
示例103-如示例101所述的方法，其中，第一喷洒角(a)在来自第一摄像机(70、80)的第一图像中，第二喷洒角(a)在来自第二摄像机(70、80)的第二图像中。
示例104-如示例101-103中任一个所述的方法，还包括在第一喷嘴(50)之前设置流量计(45)。
示例105-如示例101-104中任一个所述的方法，还包括在第一喷嘴(50)之前设置压力传感器(40)。
示例106-如示例101-105中任一个所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)与第一喷嘴(50)相比的相对流速。
示例107-如示例101-106中任一个所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)的绝对流速。
示例108-如示例101-107中任一个所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)与第一喷嘴(50)相比的相对压力。
示例109-如示例101-108中任一个所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)的绝对压力。
示例110-如示例101-109中任一个所述的方法，还包括获得随后的图像和计算平均喷洒角(a)。
示例111-如示例101-110中任一个所述的方法，还包括获得随后的图像和计算喷洒角(a)的标准偏差。
示例112-如示例101-111中任一个所述的方法，还包括计算第一喷嘴(50)和/或第二喷嘴(50)的堵塞百分比。
示例113-如示例101-112中任一个所述的方法，还包括计算第一喷嘴(50)和/或第二喷嘴(50)的喷洒图案(55)均匀性。
示例114-一种用于测量喷嘴(50)的性能的方法，包括：获得来自至少一个喷嘴(50)的喷洒角(a)的第一图像；获得来自所述至少一个喷嘴(50)的喷洒角(a)的第二图像；测量第二图像的喷洒角(a)与第一图像的喷洒角(a)之间的差值。
示例115-如示例114所述的方法，其中，第一图像是在已知的压力和/或流速下拍摄的。
示例116-如示例115所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)与第一喷嘴(50)相比的相对流速。
示例117-如示例114至116中任一个所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)的绝对流速。
示例118-如示例115-117中任一个所述的方法，还包括计算第二喷嘴(50)与第一喷嘴(50)相比的相对压力。
示例119-如示例114-118中任一个所述的方法，还包括获得随后的图像和计算平均喷洒角(a)。
示例120-如示例114-119中任一个所述的方法，还包括获得随后的图像和计算喷洒角(a)的标准偏差。
示例121-如示例114至120中任一个所述的方法，还包括计算所述至少一个喷嘴(50)的堵塞百分比。
示例122-如示例114至121中任一个所述的方法，还包括计算所述至少一个喷嘴(50)的喷洒图案(55)均匀性。
示例123-如示例101-122中任一个所述的方法，还包括在显示器上以数字、图形和具有附加信息的分屏中的至少一者显示计算值。
提出了前述描述以使得本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请及其需求的情境中提供前述描述。对设备的优选实施例的各种修改以及本文所描述的***和方法的一般原理和特征对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明不限于如上所描述和附图中所示的设备、***和方法的实施例，而是符合与所附权利要求的精神和范围一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种喷洒***，包括：
吊杆，所述吊杆具有第一端部、中部和第二端部；
多个喷嘴，所述多个喷嘴设置在吊杆上；
多台摄像机(70)，所述多台摄像机设置在吊杆上，并且定位成每台摄像机观察所述多个喷嘴的子集；
多个灯，所述多个灯设置在吊杆上，并且定位成每个灯照亮所述多个喷嘴的子集。
2.如权利要求1所述的喷洒***，其中，所述多台摄像机(70)包括两台摄像机(70)，所述两台摄像机设置在所述吊杆的中部处，并且每台摄像机定位成观察所述吊杆的一半。
3.如权利要求1所述的喷洒***，其中，所述多台摄像机(70)包括至少三台摄像机(70)，每台摄像机设置成观察吊杆的子部段。
4.如权利要求3所述的喷洒***，其中，每台摄像机设置成观察相等数量的喷嘴。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的喷洒***，其中，所述多个灯包括设置在所述吊杆的中部处的第一灯和第二灯，其中所述第一灯定位成从吊杆的中部朝向吊杆的第一端部照明，而所述第二灯定位成从吊杆的中部朝向吊杆的第二端部照明。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的喷洒***，其中，所述多个灯包括两个灯，其中第一灯设置在吊杆的第一端部处，其中第二灯设置在吊杆的第二端部处，第一灯定位成从吊杆的第一端部朝向吊杆的中部照明，而第二灯定位成从吊杆的第二端部朝向中部照明。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的喷洒***，其中，灯的数量等于喷嘴的数量，并且每个灯设置成照亮一个喷嘴。
8.如权利要求1所述的喷洒***，其中，所述多台摄像机(70)包括两台摄像机(70)，所述两台摄像机设置在吊杆的中部处，并且每台摄像机定位成观察所述吊杆的一半，并且其中，灯的数量等于喷嘴的数量，并且每个灯设置成照亮一个喷嘴。
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