专利名称：一种联合收割机谷物损失空间分布的测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明为精准农业机械装备在线检测技术领域，涉及一种联合收割机的智能检测 设备，尤其涉及一种联合收割机谷物损失分布的测量方法及其测量装置。
背景技术：
联合收割机在田间作业时，不可避免的会产生各种粮食损失。而联合收割机使用 要求中的一个重要原则是在保证粮食损失最小的情况下，提高机具前进速度，从而最大程 度发挥联合收割机的生产效率。为了测定谷物损失，目前国内通常采用人工观察地上籽粒 的方法来判断，或者采用人工的方法，将通过分离机构的排出物、通过清选机构的排出物以 及经由籽粒升运器进入粮仓的籽粒等全部脱出物，分别收集起来，经过处理、分类、称重，然 后再计算得出损失量，上述的人工方法不仅不能连续测定，而且劳动量很大，不能很好地为 驾驶员提供及时、有效的损失监测信息且得出的损失率受客观因素影响而不够精准。目前国内也出现了采用安装谷物损失传感器来测量联合收割机的谷物损失，是在 联合收割机的分离机构和清选机构的尾部安装传感器，但这种方式也只是测量谷物损失的 绝对值，不能实现实时监测。而相应于联合收割机采用传感器来测量谷物损失也出现了针 对提高谷物损失传感器的测试精度而试验研究的论文，如《农机化研究》2007年第10期刊 登了 “联合收割机谷物损失传感器试验研究” 一文就揭示了对谷物损失传感器结构改进方 案，用以提高联合收割机的谷物损失传感器的测试度。中国专利200510018095. 0也揭示了一种“联合收割机随机损失率实时监测方法” 该发明揭示的联合收割机随机损失率实时监测方法是采用在联合收割机工作部件的相应 位置安装喂入量传感器、籽粒收获量传感器、籽粒损失传感器，采集联合收割机的随机喂入 量、籽粒收获量、籽粒损失量信号；将信号放大、调理、转换传输给计算机；计算机进行分析 和处理，得出联合收割机的喂入量、草谷比、分离损失率、清选损失率和总损失率结果；通过 显示装置显示。该方法对多个位置设置的传感器进行信号采集处理，较为繁琐。国外联合收割机上所安装的粮食损失传感器通常是在一块长方形或圆形铁板中 心位置上安装一片压电陶瓷，当谷粒下落撞击传感器铁板时，铁板产生机械振动，经压电陶 瓷转变为相应的电脉冲信号，对信号进行鉴别处理，从而得到籽粒量。上述方法一方面限于 敏感材料的类型而不能大幅提高所测撞击频率的上限，从而降低测量精度，另一方面只能 得到传感器测量范围内的籽粒损失总量，而无法获得测量区域内的损失空间分布状况。因 此，籽粒损失的空间分布对于监测联合收割机工作性能具有重要意义。如何解决联合收割机谷物损失在线测量问题是联合收割机监控的重要方面之一， 对于提高联合收割机收获作业的质量和效率具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对联合收割机谷物损失测量，提出的空 间分布的谷物损失测量方法及装置，以实现谷物损失的实时定量监测，为联合收割机的各类谷物损失测量提供有利支持。为了实现上述目的，本发明提供了一种联合收割机谷物损失空间分布的测量方 法，包括步骤一，提供阵列式传感器并安装于联合收割机所需测量损失的对应位置，将包 含籽粒、短茎秆和轻杂余的物料对阵列式传感器的表面冲击力转换为电信号；步骤二，提供信号调理电路，实时处理阵列式传感器提供的信号，将籽粒与其他物 料信号区分、脉冲计数；步骤三，提供单片机处理器，根据所述脉冲计数的数值计算阵列式传感器的各阵 列单元的损失量，并结合阵列式传感器的单元尺寸及分布信息，计算谷物损失的空间分布 fn息；步骤四，提供显示装置通过串行接口接收谷物损失空间分布信息，并实时显示。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其中，所述步骤二中提供的信 号调理电路包括电荷转换放大模块、鉴频滤波模块、脉冲整形模块、高速计数模块，所述电 荷转换放大模块连接阵列式传感器和鉴频滤波模块，用于将阵列式传感器产生的电荷信号 转换放大为电压信号，所述鉴频滤波模块连接电荷转换放大模块和脉冲整形模块，用于提 取籽粒、短茎秆和轻杂余信号的特征，根据这些信号特征不同，滤除短茎秆和轻杂余信号， 保留籽粒信号，所述脉冲整形模块连接鉴频滤波和高速计数模块，用于将分辨出的籽粒信 号整形为标准方波信号，所述高速计数模块连接脉冲整形模块，用于对整形输出的标准方 波信号的计数。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其中，所述阵列式传感器的安 装为与水平呈一定角度。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其中，所述阵列式传感器的阵 列单元为采用聚偏二氟乙烯压电薄膜构成敏感元件。为了实现上述目的，本发明还提供了一种联合收割机谷物损失空间分布的测量装 置，包括阵列式传感器，安装于联合收割机所需测量损失的对应位置，用于将包含籽粒、短 茎秆和轻杂余的物料对阵列式传感器的表面冲击力转换为电信号；信号调理电路，连接阵列式传感器，用于实时处理阵列式传感器提供的信号，将籽 粒与其他物料信号区分、脉冲计数。单片机处理器，连接信号调理电路，根据信号调理电路提供的计数值计算阵列式 传感器的各阵列单元损失量，并根据阵列式传感器的单元尺寸及分布信息，计算谷物损失 的空间分布信息；显示装置，通过串行通信接口连接单片机处理器，用于接收谷物损失空间分布信 息，并实时显示。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其中，所述阵列式传感器包括 阵列式传感器本体、粘贴于阵列式传感器本体的上下表面的上层PET保护层、下层PET保护层。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其中，所述阵列式传感器还包 括橡胶阻尼层和铝合金基板，所述橡胶阻尼层设置于所述下层PET保护层之下，所述铝合金基板设置于所述橡胶阻尼层之下，所述阵列式传感器的各阵列单元为采用聚偏二氟乙烯 压电薄膜构成的敏感元件。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其中，所述信号调理电路包括 电荷转换放大模块、鉴频滤波模块、脉冲整形模块、高速计数模块，所述电荷转换放大模块 连接阵列式传感器和鉴频滤波模块，用于将阵列式传感器产生的电荷信号转换放大为电压 信号，所述鉴频滤波模块连接电荷转换放大模块和脉冲整形模块，用于提取籽粒、短茎秆和 轻杂余信号的特征，根据这些信号特征不同，滤除短茎秆和轻杂余信号，保留籽粒信号，所 述脉冲整形模块连接鉴频滤波和高速计数模块，用于将分辨出的籽粒信号整形为标准方波 信号，所述高速计数模块连接脉冲整形模块，用于对整形输出的标准方波信号的计数。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其中，所述阵列式传感器为安 装在被测位置的多个，且分别与水平呈一定角度。上述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其中，所述阵列式传感器的各 阵列单元为相互独立，所述阵列式传感器的每个阵列单元的电极均采用冷压端子方式引 出，所述调理电路具有与所述阵列式传感器的各阵列单元分别对应的独立的处理通道。本发明的技术效果在于本发明揭示的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法 及其装置，能够有效的区分谷草，并获得谷物损失的空间分布信息，以实现谷物损失的实时 定量监测，对于联合收割机夹带、清选等损失的检测都具有重要意义。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为联合收割机谷物损失空间分布的测量装置结构框图；图2、图加为阵列式传感器整体结构及局部结构示意图；图3为信号调理电路结构框图；图4为联合收割机谷物损失空间分布的测量方法步骤示意图。其中，附图标记10阵列式传感器
11上层PET保护膜
12阵列式传感器本体
13下层PET保护膜
14橡胶阻尼层
15铝合金基板
16传感器单元电极
17传感器单元电极引线
18杜邦插头
101传感器分布信息
20信号调理电路
21电荷转换放大模块
22鉴频滤波模块
23脉冲整形模块
24高速计数模块30单片机处理器40显示装置
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述根据图1、图2、图3所示的具体实施方式
，本发明揭示一种联合收割机谷物损失空 间分布的测量装置，包括阵列式传感器10、信号调理电路20、单片机处理器30、显示装置 40。如图1所示，为本发明联合收割机谷物损失空间分布的测量装置结构框图。阵列式传感器10，应用时安装于联合收割机所需测量损失的位置，用于将包含籽 粒、短茎秆和轻杂余等组分的脱粒物料对传感器表面的冲击力转换为电信号；信号调理电路20，与阵列式传感器10相连，用于实时处理冲击产生的脉冲信号， 将籽粒与其他物料信号区分，并完成脉冲计数；单片机处理器30，与信号调理电路20相连，用于根据所述计数值计算各阵列单元 损失量，并根据阵列式传感器的单元尺寸及分布信息101，计算谷物损失的空间分布信息；显示装置40，与单片机处理器30相连，可以采用显示仪表，通过串行接口接收谷 物损失空间分布信息，并实时显示。如图2所示，为本发明的阵列式传感器整体结构示意图。阵列式传感器10包括由多个阵列单元(传感器单元)组成的阵列式传感器本体 12，传感器单元的数量可根据实际需要定制，各传感器单元电极14的电极引线15通过杜邦 插头16与信号调理电路20相连，阵列式传感器本体12的上、下表面分别设置有上层PET 保护膜11、下层PET保护膜13。包含籽粒、短茎秆和轻杂余等组分的脱粒物料冲击传感器上层PET保护膜11，对 应位置的PVDF传感器单元感受到上层PET保护膜11传递的物料冲击压力，传感器受压产 生相应的电荷信号；通过电极引线15经杜邦插头16送入信号调理电路20进行处理。如图加所示，为本发明的阵列式传感器局部结构示意图。进一步的在实际应用中，本发明揭示的阵列式传感器10还包括橡胶阻尼层14和 铝合金基板15。上层PET保护膜11与下层PET保护膜13，粘贴于阵列式传感器本体12的上下表 面，用于保护传感器材料不受磨损；阵列式传感器本体12，位于上层PET保护膜11与下层PET保护膜13之间，用于感 应外界压力，并将力信号转换为电信号，进行后续处理；橡胶阻尼层14，位于下层PET保护膜11之下，用于削弱振动对传感器信号产生的 影响；铝合金基板15，位于橡胶阻尼层14之下，用于支撑整个传感器部分。本发明揭示的阵列式传感器是基于阵列分布的PVDF(聚偏二氟乙烯)压电传感 器，具体说，是采用基于阵列分布的聚偏二氟乙烯压电薄膜为组成阵列的多个敏感元件，每 个敏感单元的电极均采用冷压端子方式引出，使得各阵列单元完全独立，每个敏感单元分别对应独立通道的处理电路，也就是调理电路具有与阵列式传感器的每个敏感单元分别对 应的独立的处理通道，并将阵列传感器与调理电路集成于一体，提高了测量的精度与可靠 性。本发明揭示的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，还可以采用在被测位置 安装多个阵列式传感器，且每一阵列式传感器均与水平呈一定角度，从而可以得到整个测 量空间的籽粒损失分布。如图3所示，为本发明的阵列式传感器信号调理电路结构图。在图3中，信号调理电路包括电荷转换放大模块21、鉴频滤波模块22、脉冲整形 模块23、高速计数模块M。电荷转换放大模块21，连接PVDF阵列式传感器10和鉴频滤波模块22，用于将 PVDF阵列式传感器产生的电荷信号转换放大为电压信号，便于后续信号处理；鉴频滤波模块22，连接电荷转换放大模块21和脉冲整形模块23，用于提取籽粒、 短茎秆和轻杂余信号的特征，根据这些信号特征不同，滤除短茎秆和轻杂余信号，保留籽粒 信号，从而达到分辨谷草的目的；脉冲整形模块23，连接鉴频滤波22和高速计数模块对，用于将分辨出的籽粒信号 整形，使之成为标准方波信号；高速计数模块M，连接脉冲整形模块23和单片机处理器30，用于对整形输出的标 准方波信号的计数；单片机30，连接高速计数模块24，且连接有通信接口，用于根据整形输出的标准 方波信号的计数值计算所测量的籽粒损失量，并根据传感器阵列分布情况信息101计算得 到谷物损失的空间分布信息。如图4所示，为联合收割机谷物损失空间分布的测量方法步骤示意图。本发明揭示的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，采用上述揭示的联合收 割机谷物损失空间分布的测量装置，包括步骤S100，将阵列式传感器10安装于联合收割机所需测量损失的对应位置，将包含籽 粒、短茎秆和轻杂余的物料对阵列式传感器表面的冲击力转换为电信号；S200，通过信号调理电路20，实时处理阵列式传感器提供的信号，将籽粒与其他物 料信号区分、脉冲计数。S300，通过单片机处理器30，根据脉冲计数的数值计算阵列式传感器的各阵列单 元损失量，并根据阵列式传感器的单元尺寸及分布信息101，计算谷物损失的空间分布信 息；S400，通过显示装置40经由单片机处理器30连接的串行接口接收谷物损失空间 分布信息，并实时显示。其中，步骤S200中提供的信号调理电路包括电荷转换放大模块21、鉴频滤波模 块22、脉冲整形模块23、高速计数模块对。电荷转换放大模块21，连接PVDF阵列式传感器10和鉴频滤波模块22，用于将 PVDF阵列式传感器产生的电荷信号转换放大为电压信号，便于后续信号处理；鉴频滤波模块22，连接电荷转换放大模块21和脉冲整形模块23，用于提取籽粒、 短茎秆和轻杂余信号的特征，根据这些信号特征不同，滤除短茎秆和轻杂余信号，保留籽粒信号，从而达到分辨谷草的目的；脉冲整形模块23，连接鉴频滤波22和高速计数模块对，用于将分辨出的籽粒信号 整形，使之成为标准方波信号；高速计数模块M，连接脉冲整形模块23和单片机处理器30，用于对整形输出的标 准方波信号的计数。其中，阵列式传感器是基于阵列分布的PVDF(聚偏二氟乙烯)压电传感器，具体 说，是采用基于阵列分布的聚偏二氟乙烯压电薄膜为组成阵列的多个敏感元件，每个敏感 单元的电极均采用冷压端子方式引出，使得各阵列单元完全独立，每个敏感单元分别对应 独立通道的处理电路，也就是调理电路具有与阵列式传感器的每个敏感单元分别对应的独 立的处理通道，并将阵列传感器与调理电路集成于一体，提高了测量的精度与可靠性。其中，阵列式传感器可以采用在被测位置安装一个或多个，且每一阵列式传感器 均与水平呈一定角度，从而可以得到整个测量空间的籽粒损失分布。下面结合具体实施例，进一步描述本发明的技术方案。将阵列式传感器安装于联合收割机所需测量损失的位置，传感器与水平方向呈一 定角度，当联合收割机进行田间作业时，包含饱满籽粒、短茎秆及轻杂余等不同组分的脱粒 物料下落至阵列式传感器时，对传感器产生冲击力，并产生电荷信号。信号调理电路中的电 荷转换放大模块将该电荷信号转换成电压信号，由于籽粒、短茎秆和轻杂余产生的信号幅 值和频率不同，鉴频滤波电路根据这些不同特征将籽粒与短茎秆和轻杂余区分开来，提取 籽粒的冲击信号，脉冲整形电路对得到的籽粒信号进行整形处理，使之成为标准的方波信 号，送入高速计数模块。单片机处理器根据计数值计算得到各阵列单元的籽粒损失量，同时 依据损失传感器的阵列分布情况得到籽粒损失量的空间分布信息。单片机将空间分布信息 通过串行接口送入安装于驾驶室的损失量显示仪表，方便驾驶员实时观测。综上，本发明所提供的谷物损失测量装置根据测量传感器安装于联合收割机的位 置不同，可以测量夹带、清选等不同类型的谷物损失。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其特征在于，包括步骤一，提供阵列式传感器并安装于联合收割机所需测量损失的对应位置，将包含籽 粒、短茎秆和轻杂余的物料对阵列式传感器的表面冲击力转换为电信号；步骤二，提供信号调理电路，实时处理阵列式传感器提供的信号，将籽粒与其他物料信 号区分、脉冲计数；步骤三，提供单片机处理器，根据所述脉冲计数的数值计算阵列式传感器的各阵列 单元的损失量，并结合阵列式传感器的单元尺寸及分布信息，计算谷物损失的空间分布信 息；步骤四，提供显示装置通过串行接口接收谷物损失空间分布信息，并实时显示。
2.根据权利要求1所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其特征在于，所 述步骤二中提供的信号调理电路包括电荷转换放大模块、鉴频滤波模块、脉冲整形模块、 高速计数模块，所述电荷转换放大模块连接阵列式传感器和鉴频滤波模块，用于将阵列式 传感器产生的电荷信号转换放大为电压信号，所述鉴频滤波模块连接电荷转换放大模块和 脉冲整形模块，用于提取籽粒、短茎秆和轻杂余信号的特征，根据这些信号特征不同，滤除 短茎秆和轻杂余信号，保留籽粒信号，所述脉冲整形模块连接鉴频滤波和高速计数模块，用 于将分辨出的籽粒信号整形为标准方波信号，所述高速计数模块连接脉冲整形模块，用于 对整形输出的标准方波信号的计数。
3.根据权利要求1所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其特征在于，所 述阵列式传感器的安装为与水平呈一定角度。
4.根据权利要求1、2或3所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法，其特征在 于，所述阵列式传感器的阵列单元为采用聚偏二氟乙烯压电薄膜构成敏感元件。
5.一种联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其特征在于，包括阵列式传感器，安装于联合收割机所需测量损失的对应位置，用于将包含籽粒、短茎秆 和轻杂余的物料对阵列式传感器的表面冲击力转换为电信号；信号调理电路，连接阵列式传感器，用于实时处理阵列式传感器提供的信号，将籽粒与 其他物料信号区分、脉冲计数。单片机处理器，连接信号调理电路，根据信号调理电路提供的计数值计算阵列式传感 器的各阵列单元损失量，并根据阵列式传感器的单元尺寸及分布信息，计算谷物损失的空 间分布信息；显示装置，通过串行通信接口连接单片机处理器，用于接收谷物损失空间分布信息，并 实时显示。
6.根据权利要求5所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其特征在于， 所述阵列式传感器包括阵列式传感器本体、粘贴于阵列式传感器本体的上下表面的上层 PET保护层、下层PET保护层。
7.根据权利要求6所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其特征在于，所 述阵列式传感器还包括橡胶阻尼层和铝合金基板，所述橡胶阻尼层设置于所述下层PET 保护层之下，所述铝合金基板设置于所述橡胶阻尼层之下，所述阵列式传感器的各阵列单 元为采用聚偏二氟乙烯压电薄膜构成的敏感元件。
8.根据权利要求5所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其特征在于，所述信号调理电路包括电荷转换放大模块、鉴频滤波模块、脉冲整形模块、高速计数模块，所 述电荷转换放大模块连接阵列式传感器和鉴频滤波模块，用于将阵列式传感器产生的电荷 信号转换放大为电压信号，所述鉴频滤波模块连接电荷转换放大模块和脉冲整形模块，用 于提取籽粒、短茎秆和轻杂余信号的特征，根据这些信号特征不同，滤除短茎秆和轻杂余信 号，保留籽粒信号，所述脉冲整形模块连接鉴频滤波和高速计数模块，用于将分辨出的籽粒 信号整形为标准方波信号，所述高速计数模块连接脉冲整形模块，用于对整形输出的标准 方波信号的计数。
9.根据权利要求5、6或7所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其特征在 于，所述阵列式传感器为安装在被测位置的多个，且分别与水平呈一定角度。
10.根据权利要求6或7所述的联合收割机谷物损失空间分布的测量装置，其特征在 于，所述阵列式传感器的各阵列单元为相互独立，所述阵列式传感器的每个阵列单元的电 极均采用冷压端子方式引出，所述阵列式传感器与所述调理电路集成于一体，所述调理电 路具有与所述阵列式传感器的各阵列单元分别对应的独立的处理通道。
全文摘要
一种联合收割机谷物损失空间分布的测量方法及其装置，该方法包括提供阵列式传感器并安装于联合收割机所需测量损失的对应位置，将包含籽粒、短茎秆和轻杂余的物料对传感器表面的冲击力转换为电信号；提供信号调理电路，实时处理阵列式传感器提供的信号，将籽粒与其他物料信号区分、脉冲计数；提供单片机处理器，根据所述脉冲计数的数值计算各阵列单元损失量，并结合阵列式传感器的单元尺寸及分布信息，计算谷物损失的空间分布信息；提供显示装置通过串行接口接收谷物损失空间分布信息，并实时显示。本发明揭示的联合收割机谷物损失空间分布的测量方法及装置，能够有效的区分谷草，并获得谷物损失的空间分布信息，以实现谷物损失的实时定量监测。
文档编号A01D41/127GK102138383SQ20101010295
公开日2011年8月3日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者周利明, 张小超 申请人:中国农业机械化科学研究院