CN116368993A - 播种沟闭沟传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适合安装在农业机具上用于检测是否用土壤充分闭合了播种沟以确保种子土壤良好接触的闭沟传感器。所述闭沟传感器还可检测播种沟中种子上土壤的压实度。闭沟传感器可采用拖动线自其延伸出来的种子***的形式。在用土壤盖上开出的播种沟和拖动线时，仪器通过测量拉动线在土壤中穿行所需的力的大小或测量线上应变、拉力或张力的大小或测量土壤作用于线的压力的大小来测量或检测播种沟是否充分闭合。闭沟传感器可包括检测土壤特性用的其它传感器。

Description

播种沟闭沟传感器
本申请是申请号为201780043522.1，申请日为2017年5月12日，发明创造名称为“播种沟闭沟传感器”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
众所周知，播种沟中良好的种子-土壤接触是保证均匀出苗和高产的一个关键因素。虽然对播种沟进行抽查可有助于在一定程度上保证实现这些关键因素，但是这种抽查只能识别所检查的特定地点的情况。因此，需要一种能核实播种作业过程中是否达到良好的种子-土壤接触且能实现对运作的播种机进行自动或远程调整的***。
附图说明
图1为农业播种机的行单元的一个实施例的侧面正视图。
图2示出了设在播种机行单元上的闭沟传感器和参照传感器的一个实施例。
图3为适合用作闭沟传感器的种子***的一个实施例，图中显示了拖动线接合在设于种子***主体内的仪器上。
图4示出了采用压力传感器作为闭沟传感器接合在拖动线后端的一个实施例。
图5示出了闭沟传感器的一个实施例，其拖动线垂直堆叠。
图5A示出了图5的一个可替代的实施例，其在拖动线的末端设置导电尖端。
图6为参照传感器的一个实施例的放大侧面正视图。
图7为图6中参照传感器的后面正视图。
图8为根据闭沟组件生成的信号对闭沟轮组件和镇压轮组件实施作业控制的***示意图。
图9为示出了根据参照传感器和闭沟传感器实施作业控制和操作员反馈的一个实施例的流程图。
图10示出了设在闭沟***上的闭沟传感器和传感器***的一个实施例。
图11示出了设在闭沟***上的闭沟传感器和角度传感器的一个实施例。
图12为适合用作闭沟传感器的种子***的一个实施例，图中显示了拖动线接合在设于种子***主体内的仪器上且具有多个安装在***上的传感器。
图13示出了一种可选择的参照传感器。
图14示出了一种可选择的参照传感器。
图15示出了相对播种沟设置的作业层传感器的一个实施例的正视图。
图16A-16C为图15中作业层传感器生成的作业层图像的有代表性的示例。
图17示出了相对播种沟设置的作业层传感器的另一个实施例的平面图。
图18A-18B为图17中作业层传感器生成的作业层图像的有代表性示例。
图19示出了相对播种沟设置的作业层传感器的另一个实施例的正视图。
图20为图19中作业层传感器生成的作业层图像的有代表性示例。
图21示出了作业层实施监测、控制和操作员反馈***的一个实施例。
图22为说明作业层实施监测、控制和操作员反馈的过程的流程图。
图23为适合用作闭沟传感器的种子***的一个实施例的侧面正视图，图中示出了流体管接合在设于种子***主体内的仪器上。
图24为设置在内有种子的沟槽上的闭沟轮的在行进方向上的后视图。
图25为拖动线的一个实施例，其具有多个防磨装置。
图26为适合用作闭沟传感器的种子***的一个实施例的侧面正视图，图中示出了种子***的可拆卸部分，在所述可拆卸部分中设置拖动线。
图27A为适合用作闭沟传感器的种子***的另一个实施例的侧面正视图，图中示出了拖动线设置在种子***主体的可拆卸部分中。
图27B为沿图27A中线B-B的截面图，图中示出了种子***主体的可拆卸部分中设置板块的一个实施例。
图28为适合用作闭沟传感器的种子***的另一个实施例的侧面正视图，图中示出了在两个磁体之间设置霍尔效应传感器。
图29为适合用作闭沟传感器的种子***的侧面正视图，图中示出了可拆卸的拖动线。
具体实施方式
参考附图，图中相同的参考数字表示几种视图中的相同或相应部件。图1示出了农业播种机行单元200的一个实施例。行单元200包括框架204，通过平行连杆机构206可枢转地连接在机架202上，使得每个行单元200能独立于机架202垂直运动。框架204可操作地支撑一个或多个料斗208、排种器210、种子输送机构212、下压力控制***214、播种沟开沟组件220、闭沟组件250、镇压轮组件260和行清理组件270。应该理解，图7中的行单元200可用于传统的播种机或该行单元200可作为中央填充播种机，在这种情况下，本领域技术人员可料想得到的是，可用一个或多个小型料斗代替料斗208，并对框架204做相应的改装。
下压力控制***214是配置用于向行单元200施加提升力和/下压力，该行单元200可以是例如公开号US2014/0090585的美国专利申请中所公开的行单元，在此通过引用将其公开内容整体并入本文中。
播种沟开沟组件220包括一对开沟圆盘222，可转动地支撑在框架204的向下延伸的柄构件205上。开沟圆盘222布置成向外且向后岔开，以便播种机在田地上穿行时在土壤11中开出V形沟10。将种子输送机构212(例如：种子管或种子传送带)设在两个开沟圆盘222之间，用于将种子从排种器210输送到开出的播种沟10中。播种沟10的深度由紧邻开沟圆盘222设置的一对调整轮224进行控制。调整轮224可转动地支撑在调整轮臂226上，所述调整轮臂的一端绕枢轴销228可枢转地固定在框架204上。摇臂230通过枢轴销232可枢转地支撑在框架204上。应该理解，摇臂230绕枢轴销232转动时，通过限制调整轮臂226(这样也从而是限制了调整轮)相对开沟圆盘222的向上行程来设定沟10的深度。可通过线性致动器234对摇臂230进行可调整的定位，该线性致动器安装在行单元框架204上并可枢转地接合在摇臂230的上端。例如，可按如国际公布号为WO2014/186810的国际申请中所公开的对线性致动器234进行远程或自动控制，在此通过引用将该其公开内容整体并入本文中。
将下压力传感器238配置成用来生成与调整轮224在土壤上施加的力大小相关的信号。在一些实施例中，摇臂230的枢轴销232可具有下压力传感器238，例如第8561472号美国专利中所公开的已装配的销，在此通过引用将该专利的公开内容整体并入本文中。
排种器210可为任何市售排种器，例如指夹式排种器或真空排种器，例如
Figure BDA0004004042130000031
可从精密种植有限责任公司(地址：23207 Townline Rd，Tremont，IL 61568(美国伊利诺伊州))购买。
闭沟组件250包括可枢转地连接在行单元框架204上的闭沟轮臂252。将一对偏置闭沟轮254可转动地连接在闭沟轮臂252上，并设置成一定角度以通过将开出的播种沟的沟壁一起推回到沉积的种子12上以“关闭”播种沟。致动器256的一端可枢转地连接在闭沟轮臂252上，另一端连接在行单元框架204上，以便根据土壤状况改变闭沟轮254施加的向下压力。闭沟轮组件250可为国际公布号为WO2014/066650的国际申请中所公开的类型，在此通过引用将其公开内容整体并入本文中。
镇压轮组件260包括可枢转地连接在行单元框架204上的臂262，且向闭沟轮组件250的后方延伸并与其对齐。所述臂262可转动地支撑镇压轮264。致动器266的一端可枢转地连接在所述臂262上，另一端连接在行单元框架204上，以便改变镇压轮264施加的用于压实播种沟10上土壤的下压力的大小。
行清理组件270可为从精密种植有限责任公司(地址：23207 Townline Rd，Tremont，IL 61568(美国伊利诺伊州))购买的
Figure BDA0004004042130000032
***。行清理组件270包括臂272，所述臂可枢转地连接在行单元框架204的前端上并与开沟组件220对齐。将一对行清理轮274可转动地连接在所述臂272的前端。致动器276的一端可枢转地连接在所述臂272上，另一端连接在行单元框架204上，以便根据作物残留物的量和土壤状况调整臂上的下压力以改变行清理轮274的动作的进攻性。
参考图8和图9，操作员可以在牵引播种机的拖拉机的驾驶室中观察监控器300。监控器300可与GPS单元310、闭沟组件致动器256和镇压轮组件致动器266进行信号通信，以便能根据闭沟传感器1000生成的信号对闭沟组件250和镇压轮组件260(稍后讨论)进行作业控制。同样如稍后所讨论的，可将监视器300编程为能根据闭沟传感器1000生成的信号显示作业建议。监控器300还可与行清理器致动器276、下压力控制***214和深度调节致动器234进行信号通信，以便能分别对行清理器组件270、下压力控制***214和开沟组件230进行作业控制。
播种沟闭沟传感器
图2示出了播种沟闭沟传感器1000，用于测定闭沟轮组件250是否用土壤将开出的播种沟10充分闭合了，和/或测定播种沟10中种子上的土壤的压实量。闭沟传感器1000包括线、绳或其它合适的细长构件(以下简称“拖动线”1002)设置成在播种沟10中拖动。一般而言，播种作业过程中，在闭沟轮组件250用土壤盖上开出的播种沟10和拖动线1002时，闭沟传感器1000通过测量拉动该线在土壤中穿行所需的力的大小或测量该线上应变、拉力或张力的大小或测量土壤作用于该线的压力的大小来测量或检测播种沟是否充分闭合。
为了充分测量或检测是否用土壤充分闭合了播种沟，拖动线的末端可终止在靠近延伸穿过行单元200的闭沟轮组件250的闭沟轮254的中心的垂直轴1001处，或终止在垂直轴1001的后面几英寸处。
拖动线1002可由任何合适的结构支撑，该结构应能使拖动线1002的后端在播种沟10中拖动。例如，拖动线1002可由种子管212、种子管保护装置290、柄205或由与播种沟对齐的另一种配件292支撑。如图10所示，一个这种配件292可为种子***，例如
Figure BDA0004004042130000041
种子***或FurrowJetTM。这两种在本领域中均众所周知且可从精密种植有限责任公司(地址：23207 Townline Rd，Tremont，IL 61568(美国伊利诺伊州))购买。
图3为适合用作闭沟传感器1000的种子***配件292的一个实施例。在本实施例中，种子***292的塑料主体1004包括在主体内部制作的一个腔1006。拖动线1002的后端从主体1004的后部穿过开口1008向外延伸出来。可将拖动线1002的前端接合在设于所述腔1006中的仪器1010(如应变计、霍尔效应传感器或电位器)上。通过信号线1014将仪器1010生成的信号传递给监控器300。
在一个可选择的实施例中，本文中所述的任何拖动线(如拖动线1002)均可用流体管9002代替，且仪器1010为压力传感器。图23是图3的一个变换，示出了采用流体管9002的闭沟传感器9000。闭沟传感器9000的所有其它方面均可与闭沟传感器1000保持相同。在本实施例中，流体管9002内填充流体(气体或液体)并连接在仪器1010上。随着将土壤加到流体管9002的周围，流体管9002受压缩小，流体管上的压力增大，通过仪器1010来测量压力。在一个实施例中，流体管9002不是纵向(与行进方向一致)上可伸长的，因此最大程度地减小了或消除了伸长导致的任何压力变化。在这类实施例中，流体管可具有一个不会伸长的刚性侧。在一个实施例中，流体管9002的圆周/周边至少有20％或至少有25％是刚性的，其余的是可压缩的。流体管9002的截面可为圆形或流体管9002的外形可为方形或多边形且可具有一个、两个或三个刚性侧。
使用中，当行单元200向前行进时，闭沟组件250的闭沟轮254通过将播种沟10的沟壁一起推回到沉积的种子12和拖动线1002上来闭合开出的播种沟10。当拖动线1002被拉动在封闭的播种沟的土壤中穿行时，仪器1010测量拖动线1002上的应变或施加在拖动线1002上的拉力或张力的大小。应该理解，如果播种沟10实现最佳闭合效果形成良好的种子-土壤接触时，仪器1010测量的应变、张力或拉力会大于播种沟闭合效果差时测量的值。同样地，仪器1010可根据拉动拖动线1002在封闭沟中穿行所需的应变、张力或拉力来检测闭沟组件250是否过度压实土壤或未充分压实土壤。
图4所示的并不是测量线上的拉力或张力，而是将压力转化器1012(如压阻式或压电式转换器)接合在拖动线1002的后端来测量闭沟组件250推进播种沟10中的周围土壤施加在转换器1012上的压力的一个实施例。通过信号线1014将转换器1012检测到的压力传递给监控器300。应该理解，闭沟轮组件250将越多的土壤推进播种沟10中，越多的土壤覆盖在转换器1012上，压力测量结果越高。因此，若闭沟轮组件未推足够量的土壤进播种沟中来充分覆盖种子，转换器1012会测量到较低的压力。
图5示出了另一实施例，本实施例中垂直堆叠多根拖动线1002A、1002B和1002C，每根拖动线接合在设于腔1006内的各自的仪器1010A、1010B和1010C(如应变计、霍尔效应传感器或电位器)上，以便对沟闭合提供一个纵断面视角。应该理解，也可以不像图4中一样设置三根拖动线，而是仅有两根堆叠的拖动线或三根以上堆叠的拖动线。另外，应该理解，可按上面所述为堆叠拖动线1002中的每根拖动线配备压力转换器，或者可为堆叠线中一根或多根线配备压力转换器，而其它线接合在设于腔1006中的仪器1010上。每根拖动线1002可具有与其它拖动线1002不同的几何形状、长度或直径。对于沟内不同的区域，不同的几何形状或直径可提供不同的信号响应。或者，不是垂直对齐，而是可将多根拖动线1002A、1002B和1002C水平堆叠(未示出)或者水平和垂直堆叠的组合(未示出)。
在另一个实施例中，仪器1010A、1010B和1010C可向多根拖动线1002A、1002B和1002C分别发送电流。若拖动线1002A、1002B或1002C中任意根线接触，会形成电路，则仪器1010A、1010B和1010C可确定1002A、1002B和1002C中哪些拖动线彼此接触。可通过信号线1014将该信息传送给监控器300。若知道了多根拖动线1002A、1002B和1002C是否接触，就知道了关于是否多根拖动线1002A、1002B和1002C感测到相同的地点或不同的地点的信息。接触时，多根拖动线1002A、1002B和1002C测量的是相同的地点并提供另一个测量结果来确定犁沟是打开的还是闭合的。例如，若犁沟为打开的，多根拖动线1002A、1002B和1002C将会在重力的作用下垂落并彼此接触。
在图5A所示的另一个实施例中，当多个拖动线1002、1002B和1002C或流体管9002为非导电材料时，可在与仪器1010A、1010B和1010C分别相对的多根拖动线1002A、1002B和1002C的末端上或流体管9002上添加导电尖端1003A、1003B和1003C。在这类实施例中，分别通过线1005A、1005B和1005C将导电尖端1003A、1003B和1003C分别连接到仪器1010A、1010B和1010C上。
在图25所示的另一个实施例中，拖动线1002可进一步包括至少一个防磨装置1009，防磨装置1009设在拖动线1002上。防磨装置1009可为单件，或防磨装置1009也可为多个组合件。无论是单件或多个组合件，防磨装置1009可覆盖拖动线1002的大于0直到100％部分。在某些实施例中，自***主体延伸的拖动线1002的覆盖百分比为40-60％、约50％、大于90％或95-99％。防磨装置1009可由耐磨性比拖动线1002材料强的任何材料制成。在一个实施例中，防磨装置1009由碳化钨制成。碳化钨能增加耐磨性，但碳化钨易碎。因此，在一个实施例中，由碳化钨制成的防磨装置1009为多个组合件，例如在图25中所示。
图26示出了闭沟传感器4000的另一个实施例。在本实施例中，闭沟传感器4000具有第一主体4004和第二主体4001。第二主体4001可通过任何适配的连接件使其能可拆卸地从第一主体4004上分开，例如可通过紧固件、螺母和螺栓、螺丝和/或夹子。第二主体4001具有构件4003(例如：板块)，构件4003的一端接在枢轴4002上，而拖动线1002设在构件4003的另一端。然后，拖动线1002穿过第二主体4001并向后延伸。板块4003绕枢轴4002转动并向下延伸。偏置元件4005(例如弹簧)使板块4003向前偏向第一主体4004。可设置止挡(未示出)以防止板块4003向前移动太远。在一个实施例中，在中间位置处，板块4003与地面垂直。板块4003上设置发送器4007(例如磁体)。发送器4007生成信号(例如磁场)，被设在第一主体4004中的接收器4008(例如霍尔效应传感器)检测。在一个实施例中，可将传送器4007设在板块4003面向第一主体4004的那面上。然后，接收器4008通过信号线1014与监控器300进行通信。接收器4008可先设在电路板上(未示出)，然后接到信号线1014上，例如如图12所示的。在图12中，将其它传感器(例如反射率或温度传感器)设在第一主体4004中并接到电路板上。
当拖动线1002接触土壤被拉动时，板块4003会向后转动，发送器4007和接收器4008之间的距离增大并改变接收器4008测得的信号(磁场)。当拖动线被磨损时，闭沟传感器4000通过拆除第二主体4001并用新的第二主体4001更换可为更加轻松地更换拖动线1002作准备。由于不需要打开闭沟传感器4000中的主体4004，因此节省了时间。
在一个上述实施例的可选择的实施例中，如图27A和27B所示，用弹性板块4009代替板块4003和枢轴4002。与板块4003一样，发送器4007设置在板块4009上。在本实施例中，当拖动线1002拉动板块4009时，弹性板块4009偏转，当不施加力时，4009返回其原始位置。如图27B所示，板块4009可为T形。
在图28所示的另一个实施例中，用传感器***4030代替发送器4007和接收器4008。出于图示的目的，将传感器***4030在图27A所示的实施例中示出。传感器***4030包括第一磁体4031、第二磁体4032和霍尔效应传感器4033。将第一磁体4031和第二磁体4032设在一个或多个主体(例如1004、4001和4004)中，使相同的磁极(N-N或S-S)朝向彼此。将霍尔效应传感器4033设成与第一磁体4031和第二磁体4032等距，使得在该中心点测量的磁场为零。这种配置的好处是，相比于仅具有一半的电压范围用于读取距离无穷远处的磁场相比，霍尔效应传感器4033的满电压范围可用于测量压缩空间的磁场。将第一磁体4031设在板块4009或板块4003上。
虽然上述说明中具有两个主体4001和4004，但图26、27A或28中所示的任一实施例均可用在单个主体中(未示出)。
在图29所示的另一个实施例中，本文中所述的任一拖动线1002均可由两个部分(拖动线基部1002B和拖动线末端1002A)制成，这两部分在可拆卸接头1011处连接在一起。可拆卸拖动线末端1002A的设置可实现无需打开主体1004(或主体4001)就可更换拖动线。
再次参考图8，可通过信号线1014将闭沟传感器1000、9000和4000生成的信号作为实际测量结果传递给监控器300，或者将监控器300编程为能转换成传感器1000、9000和4000在播种沟10中测量的实际力、张力或压力与预期力、张力或压力范围的关系并显示在监控器屏幕上。若显示的力、张力或压力在预期范围以外，可调节闭沟轮254上的下压力。可通过调整传统的螺旋弹簧对应于离散预负荷设置的位置来手动调节闭沟轮下压力。或者，若按前面所述为闭沟轮组件250配备闭沟轮组件致动器256，操作员可根据需要手动启动闭沟轮组件致动器256以增大或减小闭沟轮254施加的下压力的大小，从而将闭沟传感器1000测量的力、张力或压力保持在预期范围内。或者，可将监控器300编程为能根据闭沟传感器1000检测到拖动线1002上力、张力或压力低于或超过预定的最小和最大力、张力或压力阈值来自动开动闭沟轮组件致动器256以增大或减小闭沟轮254的下压力。在又一个实施例中，不是通过传统的螺旋弹簧或致动器来调节闭沟轮组件250的下压力，而是可通过调整闭沟轮的角度来增大或减小闭沟轮的进攻性。例如，如本领域中已公知的，可设置致动器或机械调整(未示出)来增大或减小闭沟轮相对行进方向或相对垂直面的角度，从而调整闭沟轮推进播种沟中的土壤的量。若设置闭沟轮角度致动器来调整闭沟轮角度，操作员可根据闭沟传感器1000、9000和4000检测的力、张力或压力手动启动致动器，或者可将监控器300编程为能根据闭沟传感器1000、9000和4000检测的力、张力或压力自动启动致动器来调整闭沟轮的进攻性。
在图24所示的另一个实施例中，可调整闭沟轮的外倾角，使闭沟轮254-1和254-2的轴线A-1和A-2与沟10中的种子12相交。可使用下面描述的作业层传感器来定位沟10中的种子12。闭沟***250相对任一作业层传感器的位置是已知的，同时可利用致动器259来调整闭沟轮254-1和254-2，进而调整闭沟轮254-1和254-2的外倾角。或者地，可调整外倾角至在沟10的底部相交。在某些实施例中，可假定种子12在沟10的底部。可用测定沟10深度的任何仪器来测定沟10的底部。可测定沟10深度的仪器的非限制性示例见CN101080968、CN201072894、DE102004011302、JP0614628、JP2069104、JP04360604、JP08168301、JP2001299010、JP2006345805、US4413685、US4775940、US5060205、US6216795、US8909436、US20150289438、US20160037709、WO2012102667、WO2015169323和第62/365585号美国临时专利申请。在公开的距离/深度测定主题方面通过引用将所有这些文件的公开内容并入本文中。然后可假定沟位于两个闭沟轮254-1和254-2之间来测定角度。在图24的实施例中，闭沟***250包括闭沟框架构件253。将闭沟轮254-1和254-2分别连接在轴255-1和255-2上。轴255-1和255-2分别连接在轴臂257-1和257-2上，轴臂257-1和257-2分别可枢转地连接在框架构件253及致动臂258-1和258-2上，致动臂258-1和258-2可枢转地连接在致动器259上。致动器259与监控器300通信，其中致动器259接收信号转动，使致动臂258-1和258-2靠近或远离闭沟框架构件253的中心，从而使轴臂257-1和257-2相对闭沟框架构件253的角度发生变化，进而改变闭沟轮254-1和254-2的外倾角。虽然用一个致动器259进行说明，但可设置两个致动器259-1和259-2，轴臂258-1连接致动器259-1，轴臂258-2连接致动器259-2，以便对闭沟轮254-1和254-2的外倾角进行单独调整。
镇压轮调整
或者地或另外地，根据拖动线1002检测的张力、拉力或压力来调整镇压轮组件260。可通过调整传统的螺旋弹簧对应于离散预负荷设置的位置来手动调节镇压轮下压力，或者若按前面所述为镇压轮组件260配备致动器266，操作员可手动启动致动器266或可将监控器300编程为能自动启动致动器266，以增大或减小在镇压轮264施加上的下压力的大小，从而将闭沟传感器1000、9000和4000测量的力、张力或压力保持在预期范围内。
参照传感器和闭沟传感器校准
可设置参照传感器1100(图2、6和7)来“校准”闭沟传感器1000、9000和4000，以考虑可能对土壤的阻力系数特性产生影响的条件，包括播种机速度、沟深度、土壤质地、土壤水分和土壤密度。如图6和图7中最佳显示，参照传感器1100包括拖动构件1102，设置成在播种沟10外面的土壤中拖动。参照传感器1100可以设置在开沟组件220的前方(如图2所示)，或者拖动构件1102可安装在两个行单元200(未示出)之间。用臂1104支撑拖动构件1102，将所述臂相对调整轮1106进行可调整的定位，以便改变拖动构件1102相对土壤表面的穿透深度。臂1104上配备应变计1110，用于在拖动构件1102在土壤中拖动时检测施加在臂1104上的应变。信号线1114将应变计1110中的电阻变化传送给监控器300。将监控器300编程为能将电阻变化与在臂1104上检测到的应变关联起来，然后所述应变与闭沟传感器1000生成的信号关联起来，以确定闭沟组件250充分闭合播种沟时闭沟传感器1000应检测到的力、张力或压力的范围。
在其它实施例中，参照传感器1100可以是行单元200的穿透力。穿透力可以直接被如图2所示的设在开沟圆盘轴225处的力传感器223(例如：应变计)测量。行单元200的穿透力还可通过将下压力控制***214施加的施加力和行单元200的质量减去下压力传感器238测量的调整轮的力来确定。
在其它实施例中，参照传感器1100可以是土壤的电导率或反射率。与电导率和反射率用相适配的传感器见WO2015/171908中所描述的，在此通过引用将该文件中的公开内容整体并入本文中。如图12所示的一个实施例中，图3中的种子***配件292进一步包括如WO2015/171908中的图4a中所示的种子***400的反射率传感器350a和350b及电导率传感器370f和370r。虽然在本实施例中，是采用无线发送器62-1与监控器300进行数据通信，但到监控器300的数据通信也可是有线的。图12还示出了(源自WO2015/171908的图4A)温度传感器360、可拆卸部分492、阳耦合器472和阴耦合器474。
在另一个实施例中，参照传感器1100可以是根据GPS定位的地理空间土壤类型信息，例如USDA SSURGO数据，当在田地中变换区域时，这些信息可能是有用的。田地中每个区域的数据可作为参照。
一个可选择的参照传感器1100A，如图13所示，包括犁刀臂2001和犁刀2002，犁刀臂2001接在行单元200上，犁刀2002通过轴2003接在犁刀臂2001上。在轴2003处，力传感器2004(例如：下压力传感器238)测量犁刀2002传递给轴2003的力。力传感器2004与监控器300进行数据通信。
一个可选择的参照传感器1100B，如图14所示，包括安装在行单元200(或安装在机架202上)的臂3001，臂3001的另一端是支架3002。在支架3002上可枢转地连接犁刀臂3003，并且设置一个力的装置3004(例如：设置一个弹簧)用于将犁刀臂3003连接到支架3002上以向犁刀臂3003施加固定的力。或者地，力的装置可为气动装置、液动装置、电动机械装置或电液装置。犁刀3008可滚动地安装在犁刀臂3003上。调整轮臂3005可枢转地连接在犁刀臂3003上，调整轮3007可滚动地安装在调整轮臂3005上。在调整轮臂3005和犁刀臂3003之间的枢转接头处设置角度传感器3006。作为示例，角度传感器3006包括但不限于旋转式电位器或霍尔效应传感器。角度传感器3006与监控器300进行数据通信。在本实施例中，力的装置3004向犁刀3008施加一个已知的力。随着土壤的硬度变化，调整轮臂3005会发生转动，角度传感器3006测量转动量。
另一种可与闭沟传感器1000、9000和4000结合使用的参照传感器是行单元200的速度。随着行进速度的变化，测量的力、张力或压力会直接随着速度的变化而变化。可通过任何合适的装置来测定行单元200的速度，例如拖拉机上的车速里程表(拖拉机车轮速度)、随时间的GPS距离变化或地速雷达。这些装置中任一种均可与监控器300进行数据通信。
控制闭沟轮组件的操作员反馈
图9为***500的流程图，所述***500采用闭沟传感器1000、9000和4000及参照传感器1100来提供操作员反馈和控制播种机行单元200的闭沟轮组件250和镇压轮组件260。在步骤510和512中，参照传感器1100检测施加在臂1104上的应变(通过应变计1110)。在步骤512中，将施加在臂1104上的应变被相关联以确定闭沟组件250将播种沟充分闭合时应检测到的力、张力或压力的范围。在步骤514中，闭沟传感器1000、9000和4000检测土壤施加在拖动线1002上的力、张力或压力。在步骤516中，可相关联于闭沟组件250充分闭合播种沟时闭沟传感器1000、9000和4000应检测到的力、张力或压力的范围，在拖拉机驾驶室的监控器300上向操作员显示土壤施加在闭沟传感器1000、9000和4000的拖动线1002上的力、张力或压力。在步骤518中，根据特征范围与闭沟传感器1000、9000和4000检测的力、张力或压力的比较作出控制决定。在步骤520中，可通过监控器300生成信号以启动其中一个或多个对应的致动器256、266来控制闭沟轮组件250或镇压轮组件260，和/或在步骤522中，可在监控器显示器上向操作员显示对应的建议。
其它沟槽传感器***
图10示出了沟槽传感器***2000的一个实施例。沟传感器***2000具有沟槽传感器2010和地面传感器2020中的其中一个或同时具有两个。将沟槽传感器2010设在在行进方向上开沟组件220后面的闭沟***250上，用于感测距播种沟10底部的距离。将地面传感器2020设在在行进方向上沟槽传感器2010后面的行单元200上，用于感测距土壤表面1的距离。沟槽传感器2010和地面传感器2020均与闭沟轮254的底部保持固定距离，且二者均与监控器300通信。闭沟轮254在土壤中的深度(HG)可通过将地面传感器2020到闭沟轮254的底部的距离减去地面传感器2020测量的距离来确定。闭沟轮254在播种沟10的底部上方的距离(HF)可通过将沟槽传感器2010测量的距离减去沟槽传感器2010到闭沟轮254的底部的距离来确定。还可将这些测量结果中的一种或两种测量结果与闭沟传感器1000、9000和4000的测量结果结合使用来判断闭沟效果。沟槽传感器2010和地面传感器2020可分别独立地为超声传感器、雷达或激光器。
在另一个实施例中，如图11所示，可在闭沟轮臂252和框架204的接头处设置角度传感器2280，所述角度传感器2280与监控器300进行通信。所述角度传感器2280可与WO2014/066650中的枢轴臂角度传感器280相同。可将角度传感器2280的角度输出结合闭沟传感器1000、9000和4000的测量结果来判断播种沟的闭合效果。作为示例，角度传感器2280包括但不限于是旋转式电位器和霍尔效应传感器。
作业层成像
参考图2，可在行单元200上设置作业层传感器100，用来生成能代表整个关注的土壤区域(以下简称“作业层”104)中土壤密度或其它土壤特性的信号或图像。例如，作业层传感器100可以是如申请号为PCT/US2016/031201的PCT申请中所公开的传感器，在此通过引用将该申请的公开内容整体并入本文中。作业层传感器100可判断沟闭合的效果以识别封闭沟中是否有任何空隙空间。作业层传感器可以与闭沟传感器1000、9000和4000结合使用。
图15、17和19示出了作业层传感器100的可选择的实施例。以下将作业层传感器100生成的有代表性的图像或信号简称为“作业层图像”110。在稍后讨论的一个特定应用中，可将作业层传感器100安装在播种机行单元200上(图1)，用于在播种机在田地中穿行时产生播种沟的作业层图像。作业层图像110可显示在监控器300上使拖拉机驾驶室内的操作员能可看见。同时，播种机上可配备各种致动器，用于根据由作业层图像110确定的作业层104的特点对播种机进行控制。
产生作业层图像110的作业层传感器100可包括探地雷达***、超声***、可听域声音***、电流***或任何其它适合在作业层104中产生电磁场102以生成作业层图像110的***。应该理解，作业层104的深度和宽度可根据农业机具和正在进行的作业而变化。
图15为相对播种机在土壤11中开出的播种沟10设置的作业层传感器100-1的一个实施例的示意图，其中播种沟10包括关注的土壤区域或作业层104。在本实施例中，作业层传感器100-1包括设在播种沟10的一侧上的发送器(T1)和设在播种沟10的另一侧上的接收器(R1)，用于产生通过播种沟的电磁场102以生成作业层图像110。
在一些实施例中，作业层传感器100可包括探地雷达地下检测***，例如以下市售***中的任一***：(1)StructureSoanTM Mini HR，可从新罕布什尔州纳舒厄的GSSI购买；(2)GeoScopeTM MK IV三维探地雷达***与三维探地雷达VX系列和/或DX系列多通道天线耦合，均可从挪威特隆赫姆的3D-Radar AS公司购买；或(3)马拉成像雷达阵列(MIRA***)，可从瑞典马拉的马拉地质科学公司购买。在这类实施例中，可将市售***安装在播种机或其它机具上，或可安装在和机具一起行进的车上；在任一种情况下，优选将***设成可在关注区域(例如，播种沟)捕捉作业层图像。在一些实施例中，可使用市售的软件由作业层传感器100的信号输出生成作业层图像110，例如可从德国博尔肯的GeoHiRes国际公司购买的GPR-SLICE(例如，7.0版)。
图16A-16C可作为代表性的示例的由图15中作业层传感器100-1生成的作业层图像110，示出了播种沟10的各种特性，比如包括沟槽深度、沟槽形状、种子12的深度、相对于沟槽深度的种子深度、沟槽中作物残留物14和沟槽内空隙空间16。如稍后将更详细的描述的，可用作业层图像110来确定作业层104的其它特性，比如包括种子土壤接触情况、沟槽闭合百分率、沟槽上半部分闭合百分率、沟槽下半部分闭合百分率和土壤水分。
图17为相对播种沟10设置的作业层传感器100-2的另一个实施例的平面示意图。在本实施例中，将发送器(T1)设在播种沟10的一侧上，第一接收器(R1)设在播种沟10的另一侧上，第二接收器(R2)邻近地设在发送器(T1)的后方。图18A为在发送器(T1)和接收器(R1)之间沟内生成的作业层图像110的一个有代表性的图示，图18B为在发送器(T1)和接收器(R2)之间生成的作业层图像110的一个有代表性的图示，图中示出了播种沟相邻的原状土壤的图像。
图19为示意性地示出了相对播种沟10设置的另一作业层传感器实施例100-3的正视图。在本实施例中，作业层传感器100-3包括横向设在播种沟10上方的多对发送器和接收器。
图20为图5中作业层传感器100-3生成的作业层图像110的一个具有代表性的图示，图中不仅示出了播种沟也示出了与播种沟每一侧相邻的一部分土壤的视图。
作业层传感器实施例100-1、100-2和100-3中每个实施例，选择作业层传感器100的工作频率、发送器(T)和接收器(R)在土壤上方的垂直位置及发送器(T)和接收器(R)之间的间距时，应确保捕捉到对其生成作业层图像110的关注土壤区域(作业层104)的预期深度和宽度的同时最大程度地减小信噪比。
播种机应用的作业层成像
图1说明了设在农业播种机的行单元200上的作业层传感器100的特定应用的一个示例。行单元200包括设在行单元200的前端的作业层传感器100A和设在行单元200的后端的作业层传感器100B。前方和后方作业层传感器100A、100B可包括前述作业层传感器实施例100-1、100-2和100-3中任一种。
前方作业层传感器100A设成在播种机扰动土壤之前生成土壤的参照作业层图像(以下简称“参照层图像”)，而后方作业层传感器100B生成作业层图像110B，在本示例中，该图像为已放入种子并盖上土壤的播种沟10的图像。为了分析作业层104的土壤特性，需要同时获取参照图像110A和作业层图像110B，原因稍后将会说明。
应该可以理解的是，图1中的前方和后方作业层传感器100A、100B可采用前述实施例100-1、100-2和100-3中任一种。但是，应该理解，如果采用实施例100-2或100-3，可不设置前方作业层传感器100A，因为实施例100-2或100-3已配置成生成与播种沟10相邻的原状土壤的作业层图像110，该图像可用作参照层图像110A。
应该可以理解的是，可根据关注的土壤区域或特性，将作业层传感器设置在行清理组件270后面并且在开沟组件220前面，或设置在开沟圆盘222和闭沟轮254或镇压轮264之间的一个或多个其它位置处，而不是如图1中所示的位置设置作业层传感器100
利用作业层成像进行播种机控制和操作员反馈
图21为***600的流程示意图，该***采用作业层传感器100来提供操作员反馈和控制播种机行单元200。将作业层传感器100A、100B设置成生成原状土壤的参照层图像110A和闭合播种沟(即，在放入种子、用闭沟轮组件250盖上土壤并用镇压轮组件260压实之后)的作业层图像110B。如前所述，作业层传感器100A、100B可以是如图7所示的设在行单元200前方和后方的独立作业层传感器，或者地，作业层传感器100A、100B可包括单个作业层传感器，发送器(T)和接收器(R)设置成用于生成参照层图像110A和作业层图像110B两者。
作业层图像110B可以被传递到拖拉机驾驶室内的监控器300并显示给操作员，监控器300包括显示器、控制器和用户界面(如图形用户界面GUI)。
监控器300可与GPS单元310、行清理器致动器276、下压力控制***214、深度调节致动器234、闭沟组件致动器256和镇压轮组件致动器266进行信号通信，以便根据作业层图像110B的特点对播种机进行作业控制。
例如，若作业层图像110B表明播种沟10内的残留物高于预定的阈值(如下面的说明)，监控器300生成信号来启动行清理器致动器276，以增大行清理器的下压力。例如另一个示例，若种子深度小于预定阈值(如下面的说明)，监视器300生成信号来启动下压力控制***214以增大下压力和/或开动深度调节致动器234以相对开沟圆盘232调节调整轮234，从而增大沟深度。同样，若种子深度大于预定阈值，监视器300生成信号来启动下压力控制***214以减小下压力和/或开动深度调节致动器234，从而减小沟深度。例如另一个示例，若沟槽上部的空隙空间大于阈值水平(如下面的说明)，监视器300生成信号来启动闭沟轮组件致动器256以增大闭沟轮254上的下压力。例如另一个示例，若沟槽下部的空隙空间大于阈值水平(如下面的说明)，监视器300生成信号来启动镇压轮组件致动器266以减小镇压轮264上的下压力。
在又一个示例中，作业层图像110B可识别和/或分析诸如砖路、大块岩石或由于耕作和其它田间交通造成的压实层等所关注的地下特征(例如，测定其深度、面积、体积、密度或其它质量或数量)。这类地下特征可通过使用图像特性和预计会在田间遇到的一组地下特性之间的经验关联式，在监控器300上显示给用户和/或被监控器300识别。在一个这种示例中，可以分析播种机(或拖拉机或其它机具或车辆)的镇压轮(或其它轮子)穿过的区域来确定轮子下面压实层的深度和/或土壤密度。在一些这类示例中，可将作业层图像的区域分成多个子区域，以便根据这种子区域中的预计地下特征进行分析(例如，可对调整轮穿过的区域进行压实度分析)。
在其它示例中，监控器300可根据作业层图像110B的图像特性估计土壤性质(例如，土壤水分、有机质、电导率或地下水位)，并将土壤性质以数值形式显示给用户(例如，平均值或电流)或田中地理参照地点的土壤性质与每次土壤性质测量关联的空间图(例如，将测量结果与GPS单元310报告的相应地理参照地点关联起来)。
或者地或另外地，监控器300可以被编程为能根据作业层图像110B的特性显示作业建议。例如，若根据种子传感器或排种器的速度生成的信号，作业层图像110B识别出种子在沟10中不规则地间隔开，或种子12未均匀地沉积在沟槽的底部，或种子12在沟槽中的间距与预期的种子间距不匹配，则这种间隔不规则、定位不均匀或其它与预期间隔不一致可能是因速度过大造成种子在沟内弹跳或行单元垂直加速度过大导致的。因此，监控器300可以被编程为建议减小播种速度或提议增大下压力(若不是如前所述进行自动控制)来降低播种机行单元的垂直加速度。同样地，在其它致动器276、214、234、256和266未与监控控制器集成的程度上，监控器可以被编程为根据作业层图像110B的特点向操作员显示如前面所述的进行手动或远程调整的建议。
图22示出了控制播种机和提供操作员反馈的过程步骤。在步骤610和612中，用工作图像传感器100生成参照图像110A和作业层图像110B。在步骤614中，作业层图像110B在拖拉机驾驶室中的监控器300上显示给操作员。在步骤616中，将参照层图像110A和作业层图像110B进行比较来描述作业层图像的特征。在步骤618中，对表征的作业层图像110B与预定阈值进行比较。在步骤620中，根据表征的作业层图像110B与预定阈值之间的比较作出控制决定。在步骤622中，可通过监控器300生成信号以启动对应的致动器276、214、234、256和266中的一个或多个来控制播种机部件，和/或在步骤624中，可在监控器屏幕上向操作员显示对应的建议。
在步骤616中表征作业层图像110B时，监控器300将参照图像110A的一个或多个特性(例如，密度)与作业层图像110B的相同特性进行比较。在一些实施例中，生成的表征图像可仅包括作业层图像的通过至少一个阈值区别于参照图像的部分。然后，表征图像可用于识别并确定作业层图像110B的特征，例如沟槽形状、沟槽深度、沟槽内残留物、沟槽内种子数和种子放置情况、沟槽内空隙空间及沟槽内土壤的密度差异。
例如，确定种子深度时，通过确定作业层图像内具有与种子尺寸或形状一致且具有根据经验与种子密度范围一致的区域使种子从作业层图像110B中被识别出或可识别出。
一旦将某个区域识别为种子，就可测量或确定种子相对土壤表面的垂直位置。
如另一个示例，按以下步骤可确定沟槽内残留物的量：(a)界定沟槽截面的面积(根据参照图像110A与作业层图像110B之间土壤密度差异)；(b)识别出根据经验与残留物密度范围一致的沟槽内区域；(c)计算对应于残留物的区域的面积的总和；和(d)将残留物面积除以沟截面积。
上面对本发明各种实施例的描述旨在说明本发明的各个细节，使本领域技术人员能制作和使用本发明。所公开的实施例的细节和特征不具有限制性，因为很多变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见员。

Claims (14)

1.一种适合安装在农业机具上的传感器，所述传感器包括：
主体；
细长构件，连接在所述主体上并自所述主体向后延伸；和
仪器，设在所述主体内，所述仪器连接在所述细长构件上，用于测量所述细长构件上的拖力的大小或所述细长构件内的流体压力的大小中的一个。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述细长构件为线。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述主体包括第一主体部分和第二主体部分，所述第一主体部分和所述第二主体部分彼此连接且可彼此分离，所述第一主体包括接收器，所述第二主体部分内所述线贯穿所述第二主体部分设置，所述传感器还包括：
可偏转构件，可枢转地连接至所述第二主体部分，所述可偏转构件上设置有发送器；
偏置元件，设置在所述第二主体部分内，所述偏置元件使所述可偏转构件大致垂直地偏压。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述仪器包括设于所述可偏转构件上的第一磁体，所述线连接在所述可偏转构件上，所述仪器还包括第二磁体和设于所述第一磁体和所述第二磁体之间的霍尔效应传感器；其中所述第一磁体和所述第二磁体设置成使两个北极或两个南极朝向彼此。
5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述第一磁体和所述可偏转构件设在所述第一主体部分内，所述霍尔效应传感器和所述第二磁体设在第二主体部分内。
6.根据权利要求2所述的传感器，进一步包括设于所述线上的防磨装置。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述细长构件为流体管。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述仪器为压力传感器，配置成测量施加到所述流体管的所述压力。
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述细长构件包括多个细长构件。
10.根据权利要求9所述的传感器，其中所述多个细长构件中每个细长构件的至少一部分是导电的，使得当所述细长构件的导电部分彼此接触时形成电通路。
11.根据权利要求1所述的传感器，其中所述主体为种子***。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中所述种子***包括反射率传感器。
13.根据权利要求11所述的传感器，其中所述种子***包括电导率传感器。
14.根据权利要求11所述的传感器，其中所述种子***包括温度传感器。
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