专利名称：矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，尤其是用于喷雾机械雾量分布均勻性测试试验台集雾量自动读数的矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统， 属于农业工程测试计量技术领域。
背景技术：
雾量分布均勻性是指喷雾机械作业过程中雾滴在靶标上沉积分布的均勻性，是衡量喷雾机械作业性能的重要指标。雾量分布均勻性的快速、精确检测对提高喷雾机械检测技术水平、优化喷雾机械作业参数和提高喷雾机械设计水平都具有重要意义。
JB/T9782-1999《植保机械通用试验方法》和JB/T9805. 2-1999《喷杆式喷雾机试验方法》规定可采用水平集雾槽收集雾滴以进行水平雾量分布均勻性的测试，且水平集雾槽宽度不大于50mm ；GB/T24683-2009/IS0 9898 :2000《植物保护机械灌木和乔木作物用风送式喷雾机试验方法》规定可采用垂直雾量分层收集器收集雾滴以进行风送式喷雾机垂直雾量分布均勻性的测试，且分层间距不大于250mm。在水平雾量分布均勻性测试中，测试区域一般为:3mX lm,沿Im方向设置集雾槽，则至少需要设置60个集雾槽，相应的需要设置 60个集液单元；在垂直雾量分布均勻性测试中，测试区域高度一般为4. 5m，则至少需要设置18个分层收集器，相应的需要设置18个集液单元。要获取更详细的雾滴分布信息，则需要减小雾滴收集间距，相应地需要设置更多的集液单元。而随着集液单元的增多，集液量的人工或自动读数将变得越来越繁琐、复杂、甚至困难。雾滴在水平或垂直靶标上的分布是一种二维分布，而上述标准中规定的试验测试方法都只能提供条带状区域划分的一维分布信息，无法全面反映雾滴在靶标上的沉积分布情况。而如果采用二维网格状划分来收集雾滴， 虽然能够得到全面的二维分布信息，但集液单元会相应的数十倍地增加，集液量的人工或自动读数将变得异常繁琐和困难。集液量的快速精确读数已成为雾量分布均勻性测试精度提高的关键制约因素。
中国专利申请号为200910264414. 4，名称为“一种移动式动态雾量分布性能在线测试系统”、中国专利号为ZL201020179689. 6，名称为“一种喷雾量分布测试控制系统”以及中国专利号为ZL200520077^9. 7，名称为“一种喷头综合性能精密测试控制系统”都是通过安装在每个集液单元底部的称重传感器来实现集液量的自动测试，其缺陷是有多少个集液单元就需要设置相应数量的称重传感器，且由于称重传感器长期处于负重状态，其零点和灵敏度难以保持长期稳定，必须进行定期标定。当集液单元较多时，称重传感器数量的增多不仅造成系统硬件成本的大幅增加，且其标定工作也会变得非常繁琐、复杂，所以当集液单元较多时，现有的称重方式仍无法很好地解决集液单元的快速精确读数问题。发明内容
本发明提供一种矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，仅使用1套非接触式液位检测装置即可实现喷雾机械雾量分布均勻性测试试验台中成矩阵式排列的所有集液3单元的集液量自动巡检，不仅能够满足大量集液单元集液量快速精确读数的要求，还可节省硬件成本，减少标定工作量。
本发明采用如下技术方案所述系统设置在集液单元阵列上部且具有移位方向相互垂直的第一、第二直线坐标移位机构，所述第一直线坐标移位机构由第一直线坐标移位工作台、第一直线坐标移动滑块和相互平行的第一直线坐标移位元件、第一直线坐标直线导轨组成，第一直线坐标直线导轨上滑动连接第一直线坐标移位工作台；第一直线坐标移位工作台上方设置连接第一直线坐标移位元件的第一直线坐标移动滑块，第一直线坐标移位元件一端连接第一直线坐标移位驱动装置，第一直线坐标直线导轨的左右两端各设置一个第一直线坐标行程限位装置1 ；第二直线坐标移位机构由第二直线坐标移位工作台、第二直线坐标移动滑块和相互平行的第二直线坐标移位元件、第二直线坐标直线导轨组成，第二直线坐标移位元件和第二直线坐标直线导轨均固定设置在第一直线坐标移位工作台上且第二直线坐标移位元件与第一直线坐标移位元件相互垂直，第二直线坐标直线导轨上滑动连接第二直线坐标移位工作台，第二直线坐标移位元件的一端连接第二直线坐标移位驱动装置，第二直线坐标移位工作台上设置与第二直线坐标移位元件连接的第二直线坐标移动滑块，第一直线坐标移位工作台的前后两端各设置一个第二直线坐标行程限位装置；第二直线坐标移位工作台的下方设置有非接触式液位检测装置；非接触式液位检测装置是激光式液位传感器或超声波式液位传感器，所述非接触式液位检测装置、第一、第二直线坐标移位驱动装置分别电连接控制单元，第一、第二直线坐标移位元件分别连接第一、第二直线坐标移位指示编码器的转轴，控制单元通过第一、第二直线坐标移位指示编码器分别测试第一、第二直线坐标移位工作台在第一、第二直线坐标直线导轨上的累计滑动位移量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点1、在喷雾机械雾量分布均勻性测试试验台中，集液单元成行列式矩阵排列，能够实现大量集液单元的集液量快速精确巡检，可顺序定位于所有集液单元上并自动检测其液位， 从而满足雾滴沉积区域二维网格状精细划分的需求，以便提供更全面的雾量分布信息。
2、仅需要1套非接触式液位检测装置和2套直线坐标移位机构；增加集液单元时， 只需要相应增加直线坐标移位机构中移位元件和直线导轨的长度，而无须增加新的硬件， 可节省硬件成本。
3、仅有1个非接触式液位检测传感器需要标定；且由于采用非接触式检测方式， 传感器性能比较稳定，无须经常标定，减少标定了工作量。
图1是矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统的结构示意图； 图2是图1的俯视图；图3是图1中控制单元13的组成原理框图；图中1.第一直线坐标行程限位装置，2.第一直线坐标移位元件，3.第一直线坐标直线导轨，4.第二直线坐标直线导轨，5.第二直线坐标移位工作台，6.第一直线坐标移位工作台，7.第二直线坐标移位元件，8.第一直线坐标移动滑块，9.第二直线坐标移动滑块， 10.非接触式液位检测装置，11.集液单元，12.第一直线坐标移位驱动装置，13.控制单元，14.集液单元支撑架，15.第二直线坐标移位驱动装置，16.第二直线坐标行程限位装置， 17.机架。
具体实施方式
如图1-2所示，集液单元11成行列矩阵形式排列在集液单元支撑架14上，集液单元支撑架14则固定在机架17上。集液量自动巡检系统设置在集液单元11阵列的上部，主要由平面坐标移位机构、移位机构驱动装置、非接触式液位检测装置10和控制单元13组成。平面坐标移位机构由移位方向相互垂直的第一直线坐标移位机构和第二直线坐标移位机构组成。
第一直线坐标移位机构由第一直线坐标直线导轨3、第一直线坐标移位工作台6、 第一直线坐标移动滑块8和第一直线坐标移位元件2组成。第一直线坐标直线导轨3和第一直线坐标移位驱动装置12固定安装在机架17上。第一直线坐标移位元件2安装在机架 17上，与第一直线坐标直线导轨3平行，第一直线坐标移位元件2 —端连接第一直线坐标移位驱动装置12，由第一直线坐标移位驱动装置12驱动。第一直线坐标移位工作台6浮动安装在第一直线坐标直线导轨3上方，并可沿第一直线坐标直线导轨3往复滑动。第一直线坐标移动滑块8安装在第一直线坐标移位工作台6上，并与第一直线坐标移位元件2连接。 在第一直线坐标移位元件2的驱动下，第一直线坐标移动滑块8带动第一直线坐标移位工作台6 —起沿第一直线坐标直线导轨3做往复直线运动。在第一直线坐标直线导轨3的左右两端，各设置一个第一直线坐标行程限位装置1，两个第一直线坐标行程限位装置1均固定安装在机架17上，对第一直线坐标移位工作台6的左右行程进行强制限制。
第二直线坐标移位机构由第二直线坐标直线导轨4、第二直线坐标移位工作台5、 第二直线坐标移动滑块9和第二直线坐标移位元件7组成。第一直线坐标移位元件2和第二直线坐标移位元件7相互垂直，第二直线坐标直线导轨4和第二直线坐标移位驱动装置 15固定安装在第一直线坐标移位工作台6上。第二直线坐标移位元件7安装在第一直线坐标移位工作台6上，与第二直线坐标直线导轨4平行。第二直线坐标移位元件7的一端连接第二直线坐标移位驱动装置15，由第二直线坐标移位驱动装置15驱动。第二直线坐标移位工作台5浮动安装在第二直线坐标直线导轨4上方，并可沿第二直线坐标直线导轨4往复滑动。第二直线坐标移动滑块9安装在第二直线坐标移位工作台5上，并与第二直线坐标移位元件7连接，可在第二直线坐标移位元件7的驱动下带动第二直线坐标移位工作台5 一起沿第二直线坐标直线导轨4做往复直线运动。非接触式液位检测装置10安装在第二直线坐标移位工作台5的下方。两个第二直线坐标行程限位装置16固定安装在第一直线坐标移位工作台6的前后两端位置上，对第二直线坐标移位工作台5的前后行程进行强制限制。
在控制单元13的控制下，通过第一直线坐标移位工作台6在第一直线坐标直线导轨3上的连续移位和精确定位，以及第二直线坐标移位工作台5在第二直线坐标直线导轨 4上的连续移位和精确定位，非接触式液位检测装置10可先后顺序定位于成行列矩阵式排列的所有集液单元11上，并自动完成其液位的非接触式检测，从而实现矩阵式集液单元阵列的集液量自动巡检。
第二直线坐标移位机构可采用丝杠螺母运动副。此时第二直线坐标移位元件7为丝杠，第二直线坐标移动滑块9为螺母。丝杠在第二直线坐标移位驱动装置15的驱动下正反向旋转，螺母则带动第二直线坐标移位工作台5在第二直线坐标直线导轨4上做往复直线滑动。
第一直线坐标移位机构可采用丝杠螺母运动副。此时第一直线坐标移位元件2为丝杠，第一直线坐标移动滑块8为螺母。丝杠在第一直线坐标移位驱动装置12的驱动下正反向旋转，螺母则带动第一直线坐标移位工作台6在第一直线坐标直线导轨3上做往复直线滑动。
第一直线坐标移位机构也可采用同步带传动。此时第一直线坐标移位元件2为同步带，第一直线坐标移动滑块8为第一直线坐标移位工作台6与同步带之间的固定装置。同步带在第一直线坐标移位驱动装置12的驱动下正反向转动，并带动第一直线坐标移位工作台6在第一直线坐标直线导轨3上做往复直线滑动。
第一直线坐标移位机构还可采用链传动。此时第一直线坐标移位元件2为传动链，第一直线坐标移动滑块8为第一直线坐标移位工作台6与传动链之间的固定装置。传动链在第一直线坐标移位驱动装置12的驱动下正反向转动，并带动第一直线坐标移位工作台6在第一直线坐标直线导轨3上做往复直线滑动。
如图3所示，控制单元13可采用PLC、单片机测控系统、基于工控机的DCS系统或基于笔记本电脑的DCS系统。其功能模块主要包括接收位移和限位信息的脉冲/开关量信号输入接口、接收液位信号的A/D转换接口、控制驱动元件的脉冲信号输出接口、传输集液量测试数据的通讯接口、系统工作状态指示控制接口和人机对话接口等。
控制单元13为一个单片机测控系统，包括CPU最小系统，CPU最小系统通过积分解码器接口串接第一光电隔离单元，第一光电隔离单元分别连接第一、第二直线坐标移位指示编码器；第一、第二直线坐标移位指示编码器输出为脉冲信号，经第一光电隔离单元后， 通过积分解码器接口将位移信息输入到CPU最小系统；其中，第一直线坐标移位指示编码器的转轴连接第一直线坐标移位元件2，第一直线坐标移位指示编码器的壳体固定连接机架17，用于测试第一直线坐标移位工作台6在第一直线坐标直线导轨3上的累计滑动位移量，第二直线坐标移位指示编码器的转轴连接第二直线坐标移位元件7，第二直线坐标移位指示编码器的壳体固定连接第一直线坐标移位工作台6，用于测试第二直线坐标移位工作台5在第二直线坐标直线导轨4上的累计滑动位移量，以便实现非接触式液位检测装置10 在各个集液单元11上的精确定位。
CPU最小系统通过开关量信号并行输入接口串接第二光电隔离单元，第二光电隔离单元的输入分别是两个第一直线坐标行程限位装置1的限位指示信号以及两个两个第二直线坐标行程限位装置16的限位指示信号。直线坐标行程限位指示信号是开关量信号， 都经第二光电隔离单元后，通过开关量信号并行输入接口输入到CPU最小系统。在第一直线坐标移位驱动装置12中设置有两个第一中间控制继电器，两个第一中间控制继电器的主触点都串联在驱动元件的电源回路中，而两个第一直线坐标行程限位装置1的动作触点则分别串联在两个第一中间控制继电器的线圈回路中。当第一直线坐标移位工作台6碰触到某个第一直线坐标行程限位装置1而使其触点动作时，对应的第一中间控制继电器的线圈回路被切断，其主触点断开，从而切断驱动元件的电源回路，第一直线坐标移位工作台6 停止移动。两个第一中间控制继电器的辅助触点可分别作为两个第一直线坐标行程限位装置1的动作指示信号。类似地，在第二直线坐标移位驱动装置15中设置有两个第二中间控制继电器，其辅助触点可分别作为两个第二直线坐标行程限位装置16的动作指示信号。
非接触式液位检测装置10可选用激光式液位传感器或超声波式液位传感器，其输出信号一般为Γ20πιΑ的模拟量信号，非接触式液位检测装置10经信号调理电路后由A/ D转换接口连接CPU最小系统，由A/D转换接口转换为数字量，然后输入到CPU最小系统并换算为集液量。
第一直线坐标移位驱动装置12和第二直线坐标移位驱动装置15分别电连接第三光电隔离单元，再经脉冲信号输出接口连接CPU最小系统。第一直线坐标移位驱动装置12 和第二直线坐标移位驱动装置15中可采用步进电动机或伺服电动机作为驱动元件，步进电动机和伺服电动机都配有相应的控制器，可通过输入脉冲信号来控制电动机的转向和转角，对步进电动机驱动装置可采用开环位置控制，也可采用闭环位置控制；对伺服电动机驱动装置则采用闭环位置控制。CPU最小系统根据直线坐标移位工作台的移位需要，输出相应频率和数量的脉冲信号，经第三光电隔离单元后，输送到相应的控制器，控制驱动元件动作，实现直线坐标移位工作台的精确移位和定位。
此外，CPU最小系统还可通过开关量信号并行输出接口连接系统工作状态指示装置、通过人机对话接口连接IXD显示器、键盘和按键以及通过异步串行通讯接口和第四光电隔离单元连接RS485收发器。开关量信号并行输出接口输出控制信号，控制系统工作状态指示装置的指示状态；通过人机对话接口控制LCD显示并接收键盘和按键输入；通过异步串行通讯接口扩展RS485接口，以实现测试数据的通讯传输。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，其特征是所述系统设置在集液单元阵列上部且具有移位方向相互垂直的第一、第二直线坐标移位机构；所述第一直线坐标移位机构由第一直线坐标移位工作台(6)、第一直线坐标移动滑块(8)和相互平行的第一直线坐标移位元件(2)、第一直线坐标直线导轨(3)组成，第一直线坐标直线导轨(3)上滑动连接第一直线坐标移位工作台(6);第一直线坐标移位工作台(6) 上方设置连接第一直线坐标移位元件(2)的第一直线坐标移动滑块(8)，第一直线坐标移位元件(2) —端连接第一直线坐标移位驱动装置(12)，第一直线坐标直线导轨(3)的左右两端各设置一个第一直线坐标行程限位装置(1)；所述第二直线坐标移位机构由第二直线坐标移位工作台(5)、第二直线坐标移动滑块(9)和相互平行的第二直线坐标移位元件(7)、第二直线坐标直线导轨(4)组成，第二直线坐标移位元件(7)和第二直线坐标直线导轨(4)均固定设置在第一直线坐标移位工作台 (6)上且第二直线坐标移位元件(7)与第一直线坐标移位元件(2)相互垂直，第二直线坐标直线导轨(4)上滑动连接第二直线坐标移位工作台(5)，第二直线坐标移位元件(7)的一端连接第二直线坐标移位驱动装置(15)，第二直线坐标移位工作台(5)上设置与第二直线坐标移位元件(7)连接的第二直线坐标移动滑块(9)，第一直线坐标移位工作台(6)的前后两端各设置一个第二直线坐标行程限位装置(16)；第二直线坐标移位工作台(5)的下方设置有非接触式液位检测装置(10)；非接触式液位检测装置(10)是激光式液位传感器或超声波式液位传感器，所述非接触式液位检测装置(10)、第一、第二直线坐标移位驱动装置(12、15)分别电连接控制单元(13);第一、第二直线坐标移位元件(2、7)分别连接第一、第二直线坐标移位指示编码器的转轴，控制单元通过第一、第二直线坐标移位指示编码器分别测试第一、第二直线坐标移位工作台(5、6)在第一、 第二直线坐标直线导轨(3、4)上的累计滑动位移量。
2.根据权利要求1所述的矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，其特征是第一、 第二直线坐标移位元件(2、7)均为丝杠，第一、第二直线坐标移动滑块(8、9)均为螺母。
3.根据权利要求1所述的矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，其特征是第一直线坐标移位元件(2)为同步带或传动链。
4.根据权利要求1所述的矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，其特征是控制单元(13)包括CPU最小系统，CPU最小系统通过积分解码器接口串接第一光电隔离单元，第一光电隔离单元分别连接第一、第二直线坐标移位指示编码器；CPU最小系统通过开关量信号并行输入接口串接第二光电隔离单元，第二光电隔离单元的输入分别是两个第一直线坐标行程限位装置1和两个第二直线坐标行程限位装置(16)的限位指示信号。
5.根据权利要求4所述的矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，其特征是第一、 第二直线坐标移位驱动装置(12、15)中分别设有两个第一、第二中间控制继电器，两个第一、第二中间控制继电器的主触点均串联在驱动元件的电源回路中，两个第一、第二直线坐标行程限位装置(1、16)的动作触点则分别串联在两个第一中间控制继电器的线圈回路中。
全文摘要
本发明公开一种用于各种喷雾机械雾量分布均匀性测试试验台的矩阵式集液单元阵列集液量自动巡检系统，设置在集液单元阵列上部且具有移位方向相互垂直的两直线坐标移位机构，两直线坐标移位机构均由直线坐标移位工作台、直线坐标移动滑块和相互平行的直线坐标移位元件及直线坐标直线导轨组成，在第二直线坐标移位工作台的下方设置有非接触式液位检测装置，将非接触式液位检测装置、两直线坐标移位驱动装置分别电连接控制单元，控制单元通过编码器分别测试直线坐标移位工作台在导轨上的累计滑动位移量；可顺序定位于所有集液单元上并自动检测其液位，实现大量集液单元的集液量快速精确检测，并可节省硬件成本，减少标定工作量。
文档编号G01N15/00GK102506961SQ20111031404
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者蒋杉, 魏新华 申请人:江苏大学