DE2632507A1 - SENSOR DEVICE FOR SENSE OF SMALL PARTICLES - Google Patents
SENSOR DEVICE FOR SENSE OF SMALL PARTICLESInfo
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Description
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WE/BP76 150
WE / BP
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Abfühlen in Bewegung befindlicher kleiner Gegenstände oder Teilchen, insbesondere zum Erfassen von Getreidekorn. Die Sensorvorrichtung eignet sich besonders für eine Benutzung in einer Mähdreschmaschine zum Erfassen der im Stroh enthaltenen Getreidekörner, d.h. zur Peststellung des Kornverlustes. The invention relates to a sensing device small objects or particles in motion, especially for gripping grains. The sensor device is particularly suitable for use in a combine harvester to record the amounts contained in the straw Cereal grains, i.e. to prevent grain loss.
Aus der GB-PS 1 384 882 ist ein Sensorgerät bekannt, welches einen Auftreffkörper aufweist, auf den die Teilchen aufprallen, und bei dem ein akustischer Meßwertumformer zum Erfassen der Schwingungen des Auftreffkörpers vorgesehen ist. Bei diesem bekannten Gerät besteht der Auftreffkörper aus einer langgestreckten zylindrischen Trommel, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und an der an einem oder an beiden Enden Mikrofone angebracht sind* Dieses Gerät arbeitet mit relativ gutem Erfolg, es hat aber den Nachteil, daß sich die Empfindlichkeit entlang der Breite der Trommel ändert. In Figur 1 ist der Querschnitt einer solchen Trommel dargestellt. Die zu erfassenden Teilchen treffen in einem Strom in Sichtung der Pfeile auf die Trommel. Aus der Zeichnung ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Teilchen im mittleren Bereich A im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche auftreffen und einen harten Aufprall verursachen, der der normalen Empfindlichkeit entspricht. Diejenigen Teilchen, die in den Eandzonen B auf die Trommel stoßenFrom GB-PS 1 384 882 a sensor device is known which has an impact body on which the particles impact, and in which an acoustic transducer is provided for detecting the vibrations of the impact body is. In this known device, the impact body consists of an elongated cylindrical drum which liquid with microphones attached to one or both ends * This device works with relatively good success, but it has the disadvantage that the sensitivity is along the width of the drum changes. In Figure 1, the cross section of such a drum is shown. The particles to be detected meet in a stream sighting the arrows on the drum. From the It can be readily seen from the drawing that the particles in the central region A are essentially perpendicular to the Hit the surface and cause a hard impact, which corresponds to normal sensitivity. Those particles that hit the drum in the end zones B.
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verursaehen nur streifende Schläge und haben deshalb eine entsprechend geringere Wirksamkeitοcause only grazing blows and therefore have a correspondingly lower effectiveness ο
Die Eigenschaften eines solchen Sensorgerätes ließen sich mit einem flachen langgestreckten Körper mit in der Quer-5> richtung gleichbleibender Empfindlichkeit wesentlich verbessern, weil dadurch die gesamte Fläche ausgenutzt werden könnte und somit größere Bereiche in einer Strömung, beispielsweise in der Strohströmung einer Mähdresehmasehine erfaßbar sind. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung mit größerer Wirkungsbreite und gleichbleibender Empfindlichkeit zu schaffen.The properties of such a sensor device could be with a flat elongated body with in the transverse 5> direction of constant sensitivity, because the entire surface can be used could and thus larger areas in a flow, for example in the straw flow of a combine harvester are detectable. The object of the invention is to provide a sensor device with a greater range of action and more constant To create sensitivity.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung gelöst, welche gekennzeichnet ist durch eine langgestreckte Platte, dessen eine Seite als Auftreffflache für die Teilchen dient, eine verhältnismäßig schwere Unterlage, elastische Stege, die zwischen der Unterlage und der anderen Seite der Platte angeordnet sind, und Meßgrößenumwandler, die zwischen den Stegen an der anderen Seite der Platte an dieser angebracht sind.According to the invention, this object is achieved by a sensor device which is characterized by an elongated one Plate, one side of which is used as an impact surface a relatively heavy base is used for the particles, elastic webs, which are arranged between the base and the other side of the plate, and transducers, which are attached between the webs on the other side of the plate on this.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Stege entlang der Knoten einer ausgewählten Harmonischen der Querbiegeschwingungen der Platte angeordnet»According to a further embodiment of the invention, the webs are along the nodes of a selected harmonic the transverse bending vibrations of the plate arranged »
Yorzugsweise wird die 2. Harmonische ausgewählt und die Vorrichtung so ausgebildet, daß drei Stege und zwei Meßgrößenumwandler vorhanden sind, die einsein zwischen zwei benachbarten Stegen liegen.The 2nd harmonic is preferably selected and the device is designed in such a way that three bars and two transducers are used are present, which are one-on-one between two adjacent webs.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Heßwertumformer mit entgegengesetzten Polaritäten angeordnet.To increase the sensitivity are in a further embodiment of the invention, the Heßwertumformer arranged with opposite polarities.
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Eine Sensorvorrich.tu.ng der vorstehend beschriebenen Art eignet sich besonders gut zum Erfassen des Kornverlustes in einer Mähdreschmaschine.A sensor device of the type described above is particularly suitable for recording grain loss in a combine harvester.
Einzelheiten und weitere Yorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:Details and further Yorteile of the invention are given below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing explained in more detail. Show it:
Figur 1 einen Querschnitt eines bekannten Fühlelementes,Figure 1 shows a cross section of a known sensing element,
Figur 2 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines Mähdreschers undFigure 2 is a schematic representation of a side view a combine and
Figur 3 eine Frontansicht einer Sensorvorrichtung nachFIG. 3 shows a front view of a sensor device according to FIG
der Erfindung und eine Kurve des Verlaufs der Empfindlichkeit des Fühlers.of the invention and a curve of the course of the sensitivity of the sensor.
Mähdreschmaschinen in der in Figur 2 dargestellten Art sind seit langem bekannt. Die in der Zeichnung dargestellteCombine harvesters of the type shown in FIG. 2 have been known for a long time. The one shown in the drawing
"15 Mähdreschmaschine enthält an der Vorderseite einen Führerstand 1 und die bekannten Einrichtungen zum Schneiden des Getreides sowie im Innern der Maschine Elemente zum Weitertransport zu den für das Trennen von Stroh und Spelzen vorgesehenen Abscheidernο Ferner ist ein Schreitwerk 2 vorhanden, welches dazu dient, das Stroh aus dem üaum unterhalb einer Haube 3 zum hinteren Ende der Mähdreschmaschine zu befördern. Unter dem Schreitwerk 2 befindet sich ein Sieb 4 zum Trennen des Kornes von den Spelzen und zum Weiterbewegen der Spelzen bis in den Bereich 5 innerhalb der Haube3der Maschine."15 Combine harvester has an operator's cab at the front 1 and the known devices for cutting the grain as well as elements inside the machine for further transport to the separators intended for separating straw and husks ο There is also a walking mechanism 2, which is used to remove the straw from the room below a hood 3 to convey to the rear end of the combine harvester. Under the walking frame 2 there is a Sieve 4 for separating the grain from the husks and for moving the husks further into area 5 within the hood of the machine.
Weiterhin sind in der Maschine zwei zum Aufspüren kleiner Teilchen geeignete Vorrichtungen 6 vorgesehen, von denen eine Vorrichtung innerhalb der Haube 3 unmittelbar unterFurthermore, two are smaller in the machine for tracking Particle suitable devices 6 are provided, one of which is located within the hood 3 immediately below
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dem Ausgangsende des Schreitwerkes 3 und die andere unmittelbar unter dem Abwurfende des Kornsiebes 4 angeordnet ist. Jede Vorrichtung erstreckt sich in Querrichtung der Maschine über die gesamte Breite des Schreitwerkes bzw. des Strohsiebes, so daß ein proportionaler oder konstanter Anteil des Kornes, welches die eine oder andere der beiden Einrichtungen verläßt, auf die an den Vorrichtungen vorhandene Auftreffleiste aufschlägt und somit ein entsprechendes elektrisches Signal hervorruft.the output end of the walking mechanism 3 and the other arranged directly below the discharge end of the grain sieve 4 is. Each device extends in the transverse direction of the machine over the entire width of the walking unit or of the straw sieve, so that a proportional or constant proportion of the grain, which one or the other of the two Leaves facilities, strikes the impact strip present on the devices and thus a corresponding one elicits an electrical signal.
Die Vorrichtungen 6 sind durch Leitungen 7 und 8 an ein Meß- und Anzeigegerät 9 angeschlossen, welches im Führerstand 1 gut sichtbar angeordnet ist. Das Gerät 9 kann mit einem Zähler oder Integrationselement ausgestattet sein, wodurch eine Anzeige hervorgerufen wird, die der Menge des durch die Vorrichtungen 6 erfaßten Kornes entspricht. Das Gerät 9 ist ferner mit einem selbsttätig arbeitenden Geschwindigkeitsregler 10 verbunden, der dazu dient, die Geschwindigkeit der Mähdreschmaschine in Abhängigkeit von den an den beiden Abwurfstellen erfaßten Kornanteilen zu steuern.The devices 6 are connected by lines 7 and 8 to a measuring and display device 9, which is located in the driver's cab 1 is arranged in a clearly visible manner. The device 9 can be equipped with a counter or integration element, whereby an indication corresponding to the amount of grain detected by the devices 6 is produced. The device 9 is also connected to an automatic speed controller 10, which is used to Speed of the combine harvester as a function of the grain proportions recorded at the two discharge points steer.
Aufgabe der Vorrichtungen ist es, zwischen Korn und dem Stroh und den Spelzen zu unterscheiden. So überwiegen beispielsweise bei der Vorrichtung " am Ende des Schreitwerkes 2 das Gewicht des Strohes und die Anzahl der einzelnen Strohteilchen, welche von der Vorrichtung erfaßt werden, bei weitem im Vergleich zum Gewicht und zur Anzahl der erfaßten Körner. Andererseits sind aber die Körner dichter und härter, so daß die einzelnen Kornaufschläge Impulse von kurzer Dauer hervoritufen. Das Frequenz-Spektrum der kurzen Impulse enthält einen großen Anteil hoher Frequenzen, die durch ein elektrisches Filter abgesondert werden können. Ferner führen .Resonanzschwingungen des Fühlers zur Betonung bestimmter Frequenzeno Je breiterThe task of the devices is to distinguish between grain and straw and husks. For example, with the device "at the end of the walking frame 2, the weight of the straw and the number of individual straw particles which are detected by the device outweigh the weight and number of the detected grains by far. On the other hand, the grains are denser and more dense harder, so that the individual grain spreads hervoritufen pulses of short duration. the frequency spectrum of the short pulse containing a large proportion of high frequencies that can be separated by an electric filter further .Resonanzschwingungen result of the sensor for emphasizing certain frequencies. o the wider
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der Fühler ist, um so niedriger sind die Frequenzen der mechanischen Resonanzschwingungen. Dies bedeutet, daß für einen großflächigen Fühler zusätzliche elektrische Filter notwendig sind, um die Wirkung des aufschlagenden Strohes zu verringern· In der Praxis besteht ferner das Problem, daß Energie durch verschiedene Arten von Resonanzschwingungen absorbiert wird und daß dadurch die bei den höheren Frequenzen verfügbare Energie reduziert wird.the feeler, the lower the frequencies of the mechanical resonance vibrations. This means that additional electrical filters are required for a large-area sensor are necessary to reduce the effect of the impacting strawIn practice there is also the problem of that energy through different types of resonance vibrations is absorbed and that this reduces the energy available at the higher frequencies.
Eine mechanische Dämpfung des Fühlers kann das Torherrschen von niederfrequenten Schwingungen reduzieren. Sie hat aber gleichzeitig die Tendenz, Schwingungsenergie zu absorbieren, bevor sie vom Aufprallpunkt bis zu dem Punkt weitergeleitet wird, an dem die Schwingungen erfaßt werden. Daher ist die Aufprallempfindlichkeit in den Teilen des Fühlers, die vom Schwingungswandler weiter entfernt sind, niedriger. Um eine möglichst einheitliche Resonanz zu erreichen, ist ein hoher Q-Faktor der Resonanzschwingungen erforderlich. Je größer der Q-Faktor ist, je größer ist die Anzahl der auftretenden Schwingungsperioden für einen gegebenen Dämpfungsfaktor der Amplitude<, Wenn eine große Anzahl von Aufschlägen in der Zeiteinheit zu erfassen sind, ist ein niedriger Q-Faktor wünschenswert, vor allem deshalb, weil damit eine schnelle Dämpfung der Resonanz verbunden ist. Vorzugsweise wird eine hohe Resonanzfrequenz F gewählt, so daß Q einen hohen Wert haben kann und auch das Verhältnis Q/F ebenfalls groß ist.Mechanical damping of the sensor can reduce the prevalence of low-frequency vibrations. At the same time, however, it has the tendency to absorb vibrational energy before it is passed on from the point of impact to the point at which the vibrations are detected. Therefore, the impact sensitivity is lower in the parts of the sensor that are further away from the vibration transducer. In order to achieve the most uniform possible resonance, a high Q-factor of the resonance vibrations is required. The higher the Q-factor is, the greater the number of oscillation periods occurring for a given attenuation factor of the amplitude, 'If a large number to be covered by premiums in unit time is desirable to have a low Q factor, especially because this is associated with rapid damping of the resonance. A high resonance frequency F is preferably selected so that Q can have a high value and the ratio Q / F is also high.
Die Forderung nach einem hohen Q-Faktor, einem hohen Q/F Verhältnis und einer großen Resonanzfrequenz F für das Ausscheiden der Kornaufschläge gegenüber den Aufschlagen von Spelzen und Stroh bedingt eine große Fühlerfläche zum Erfassen des Kornverlustes entlang der Breite der Maschineο Eine hohe Resonanzfrequenz ist aber norma-The requirement for a high Q factor, a high Q / F ratio and a large resonance frequency F for the separation of the grains compared to the cracking of husks and straw requires a large feeler surface for recording the grain loss along the width of the machine ο A high resonance frequency is normal
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lerweise mit einem großflächigen Fühler nicht vereinbar.Usually not compatible with a large-area probe.
In Figur 3 ist ein Fühler dargestellt, der einerseits eine große Oberfläche hat, die der Richtung des Strohoder Spelzen-Stromes zugekehrt ist, und der andererseits ■5>- in einer solchen Weise gelagert ist, daß die hohen Frequenzen wirksam ausgesondert werden können.In Figure 3, a sensor is shown, on the one hand has a large surface area facing the direction of the straw or Facing the husk stream, and which on the other hand is stored in such a way that the high Frequencies can be effectively weeded out.
Der Fühler enthält eine Holzunterlage in Form eines Balkens 11, der sich quer zum Abwurf strom erstreckt und der an der dem Strom zugewandten Seite eine langgestreckte Aluminiumplatte 12 aufweist, die mit Hilfe von drei Hartgummistegen 13 am Balken 11 befestigt ist. Die Stege 13 sind entlang der Knoten der 2. Harmonischen der Querbiegeschwingung der Platte 12 angeordnet. An der Unterseite der Aluminiumplatte 12 sind Jeweils in der Mitte zwischen zwei benachbarten Stegen 13 Schwingungswandler 14 entgegengesetzter Polaritätangeorndet, die über Leitungen 15 an einen Verstärker und weitere nicht dargestellte Kreise angeschlossen sind, vorzugsweise in der Art wie sie in der britischen Patentanmeldung Fo. 31 876/75 beschrieben sind.The sensor contains a wooden base in the form of a beam 11, which extends across the discharge stream and the the side facing the stream has an elongated aluminum plate 12, which with the help of three hard rubber webs 13 is attached to the beam 11. The webs 13 are along the nodes of the 2nd harmonic of the transverse bending vibration the plate 12 arranged. On the underside of the aluminum plate 12 are each in the middle between two adjacent webs 13 vibration transducer 14 opposite Polarity arranged via lines 15 an amplifier and other circles not shown are connected, preferably in the manner described in British patent application Fo. 31 876/75 are.
Als Beispiel für die Abmessungen eines Fühlers sei erwähnt, daß der Balken 11 einen Querschnitt in der Größe von 100 χ 25 mm hat, während bei der Aluminiumplatte 12 die Dicke 6 mm beträgt. Diese Art der Anordnung der Aluminiumplatte 12 ermöglicht eine sehr selektive Übertragung der Frequenzen zu den nachfolgenden Einrichtungen. Die elastische Lagerung an den drei Knotenlinien und die verhältnismäßig massive Holzunterlage bieten den Vorteil, daß zählreiche andere Schwingungsarten gedämpft werden, vor allem die ungeraden Harmonischen Schwingungen, bei-. spielsweise die Grundschwingung, die 3«» die 5<> usw.As an example of the dimensions of a sensor, it should be mentioned that the beam 11 has a cross-section in size of 100 χ 25 mm, while the aluminum plate 12 the thickness is 6 mm. This type of arrangement of the aluminum plate 12 enables very selective transmission of the frequencies to the following facilities. The elastic support on the three knot lines and the relatively massive wooden bases offer the advantage that numerous other types of vibration are dampened, especially the odd harmonic oscillations, both. for example the fundamental, the 3 «» the 5 <> etc.
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Weiterhin werden dadurch, daß die Schwingungswandler mit entgegengesetzten Polaritäten angeordnet sind, ähnliche und gleiche Biegungsbewegungen, die durch die Grundschwingung und die ungeraden Harmonischen hervorgerufen werden, ausgelöscht. Die entgegengesetzten Biegungskräfte, die an den Schwingungswandlern bei der 2. Harmonischen (und bei den ungeraden Vielfachen hiervon) hervorgerufen werden, addieren sich dagegen, Iängsbiegungsschwingungen durch Schwingungen senkrecht zur Ebene des Fühlers werden vollständig eliminiert. Diese Schwingungen haben eine niedrige Frequenz und eine große Amplitude wegen der Schwingungsaufhängung der Mähdreschmaschine. Durch ihre Unterdrückung wird die erforderliche Isolierung beträchtlich verringert.Furthermore, the fact that the vibration transducer are arranged with opposite polarities, similar and equal bending movements caused by the fundamental oscillation and the odd harmonics are created, canceled. The opposite bending forces, caused by the vibration transducers at the 2nd harmonic (and at the odd multiples thereof) on the other hand, longitudinal bending vibrations become due to vibrations perpendicular to the plane of the sensor completely eliminated. These vibrations have a low frequency and a large amplitude because of the Vibration suspension of the combine harvester. Through her Suppression significantly reduces the isolation required.
Mit einem Fühler in der vorstehend genannten Größe wurde eine hohe Resonanzfrequenz von etwa 12 kHz erreicht. Dies ergibt einen guten Q-Faktor in der Größenordnung von 20 bis 50, wobei festgestellt wurde, daß hierbei eine im wesentlichen gleiche Empfindlichkeit über eine Länge von etwa 1 m vorhanden ist. Eine solche Anordnung ermöglicht die Erfassung von Impulsen mit weniger als 5 Millisekunden Abstand. Eine ähnliche Vorrichtung mit zwei Stützstegen wurde mit der vorstehend beschriebenen verglichen, wobei festgestellt wurde, daß diese mit etwa 5 kHz schwingt. Während diese Vorrichtung einen leicht höheren Q-Faktor zeigt, liegen die Impulsabstände nun in der Größenordnung von 10 Millisekunden.With a probe of the size mentioned above, a high resonance frequency of about 12 kHz was achieved. this gives a good Q-factor on the order of 20 to 50, which has been found to have an im essentially the same sensitivity is present over a length of about 1 m. Such an arrangement enables the acquisition of pulses with an interval of less than 5 milliseconds. A similar device with two support bars was compared with that described above and found to vibrate at about 5 kHz. While this device shows a slightly higher Q factor, the pulse spacing is now on the order of magnitude of 10 milliseconds.
Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die Empfindlichkeit eines solchen Fühlers nicht gleichmäßig ist; sie variiert vielmehr entlang der Breite des Fühlers wie es im Diagramm oberhalb der Figur 3 dargestellt ist. Aus diesem Diagramm geht hervor, daß sich die Empfindlichkeit an denIt is readily apparent that the sensitivity of such a sensor is not uniform; it varies rather along the width of the sensor as shown in the diagram above FIG. For this The diagram shows that the sensitivity depends on the
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Knotenlinien bis auf Hull verringert. Hiermit ist aber für die Praxis kein schwerwiegender Nachteil verbunden, weil zwischen den Knotenlinien die Empfindlichkeit gleichmäßig ist und hier keine Bereiche besonders hoher Empfindlichkeit vorhanden sind. Der Fühler hat vielmehr entlang seiner Länge eine sehr gleichmäßige Empfindlichkeit.Knot lines reduced to Hull. However, this is not associated with any serious disadvantage in practice, because the sensitivity is uniform between the node lines and there are no areas of particularly high sensitivity here available. Rather, the sensor has a very uniform sensitivity along its length.
Da keine Flüssigkeit vorhanden ist, wird die Anbringung und die Benutzung eines solchen Fühlers erheblich erleichtert. Die geringe Anfälligkeit gegenüber äußeren Schwingungen erlaubt eine einfache Montage, selbst an beweglichen Teilen, beispielsweise an den Füßen des Siebes oder des Schreitwerkes.Since there is no liquid, the attachment and makes the use of such a probe much easier. The low susceptibility to external vibrations allows easy assembly, even on moving parts, for example at the feet of the sieve or the walking mechanism.
Es braucht nicht besonders betont zu werden, daß die beschriebene Vorrichtung auch in anderen Fällen anwendbar ist, in denen es darum geht, harte Teilchen zu erfassen und ihren Anteil in einem Strom zu ermitteln.Needless to say, the device described can also be used in other cases which is about capturing hard particles and determining their share in a stream.
AnsprücheExpectations
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| DE4138531A1 (en) * | 1991-11-23 | 1993-05-27 | Kloeckner Humboldt Deutz Ag | Granular flowmeter for harvester thresher grain elevator - has measurement position at end of rocker in which grain flow affects electric or electromagnetic field |
| DE4138533A1 (en) * | 1991-11-23 | 1993-05-27 | Kloeckner Humboldt Deutz Ag | Granular flowmeter for harvester thresher - detects change in physical field e.g. electric field or light beam, caused by flow of grain through outlet path |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1069200A (en) | 1980-01-01 |
| GB1552794A (en) | 1979-09-19 |
| AU1614776A (en) | 1978-01-26 |
| AU502601B2 (en) | 1979-08-02 |
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