[发明专利]排种器振动种盘内种子的运动状态监测方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于播种机构振动种盘内种子的运动状态监测技术领域，具体涉及一种精密排种器振动种盘内种子的运动状态监测方法。

背景技术

播种是农业生产过程中的一个重要技术环节，排种器则是实现机械化精密播种的核心部件，气吸式排种器的作业性能和效率较高，是一种较为先进的播种方式，得到了广泛的发展。目前，采用往复振动的种盘激励薄层种子，让种子之间相互离散以减小吸种阻力，是提高播种精度的主要技术手段，然而，排种器工作过程中，振动种盘内种子的数量、振动状态和分布规律都是动态变化参数，随着播种次数的增加，种盘内的种子数量会逐渐减少，机器振动及路面平整度等因素很容易导致振动种盘内种子分布的不均匀，出现有些区域种层较厚而不能有效离散，有些区域种层过薄，甚至没有种子，研究结果表明，种子的数量变化和分布的不均匀直接造成漏吸率的增大，严重影响了吸排种精度，已经成为精密播种技术发展的瓶颈，因此，如何实时监测种子数量和运动状态，采用多信息融合反馈控制种盘振动参数，自动往种盘内添加种子，始终保持理想的种子数量和运动分布状态，有着重要的理论研究意义和实用价值，目前未见有公开研究报道。

发明内容

本发明是为了解决气吸式排种器作业过程中，振动种盘内种子的运动状态监测技术难题，可以实时获得振动种盘内的种子数量、分布均匀性和离散程度等信号，可以根据种盘内种子数量的变化，输出添加种子信号和种盘振动参数的控制信号，保持种盘内种子处于理想的数量和运动状态，提高排种器的作业质量和效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

在排种器种盘内表面安装多个监测敏感元件，用于监测落在监测敏感元件区域内的种子冲击信号，在种盘的背面安装补偿敏感元件，用于监测种盘的振动信号，起到振动补偿作用，将监测到的种子冲击信号和种盘振动信号传输给信号调制电路，信号调制电路分别得出各个监测区域内种子的层厚和离散程度，并传输给二次仪表，二次仪表实时采集信号调制电路的输出信号，并根据事先建立的种子数量监测模型和种子离散状态监测模型进行运算，得到种盘内种子的数量、分布均匀性和离散程度，并根据理想的种子层厚和离散程度的关系判断，输出向种盘内充添种子信号和种盘的振动参数的控制信号。

上述方法具体是：

种盘的四角通过四根支撑弹簧与播种机台架连接，种盘在激振部件的作用下产生往复振动，在种盘内表面不同位置安装多个监测敏感元件，在种盘的背面安装补偿敏感元件，监测敏感元件在种盘的振动作用以及种盘内种子的冲击作用下，产生电荷信号，补偿敏感元件在种盘的振动作用下，也会产生电荷信号，将此两路电荷信号输给信号调制电路，得到该监测区域内种子的层厚和离散程度，每个监测敏感元件设计独立的信号调制电路，从而得到种盘内不同位置区域内种子的层厚和离散程度，信号调制电路将监测结果以多路电压或电流模拟信号输送给二次仪表，二次仪表以单片机为核心，二次仪表通过多通道A/D采集信号调制电路输出信号，并且能够实时采集种盘的振动频率和振幅等参数，然后根据事先建立的种子数量监测模型和种子离散状态监测模型进行运算，得到种盘内种子的数量、分布均匀性和离散程度，根据理想的种子层厚和离散程度的关系判断，输出向种盘（1）内充添种子信号和种盘的振动参数的控制信号。

所述的种子数量监测模型在排种器性能试验台上通过台架试验建立，在不同振动频率、振幅参数和种子层厚的条件下，人工测量种盘内种子数量以及监测敏感元件区域内包含的种子数量，利用高速摄像技术分析种子的振动速度和离散程度，并根据信号调制电路的测量输出结果，建立种子数量监测模型和种子离散状态监测模型，所述的理想的种子层厚和离散程度的关系是通过排种器吸种性能试验确定，并以此关系为依据，判断输出向种盘内充添种子信号和种盘的振动参数的控制信号，试验台架采用与相应排种器振动种盘装置相同结构参数。

本发明的装置包括种盘、监测敏感元件、补偿敏感元件、激振部件、支撑弹簧、排种器机架、信号调制电路、二次仪表。

所述的监测敏感元件可采用PVDF压电薄膜、压电陶瓷等压电类材料，监测敏感元件在种盘内的安装数量可以为4－9片，每片的长宽尺寸在20－50 mm，厚度30－100 μm，监测敏感元件的安装位置均匀分布在种盘的内表面，监测敏感元件与种盘之间通过柔性硅胶粘贴，也可以通过柔性减震阻尼片连接，监测敏感元件在种盘的振动和种盘内种子的冲击作用下产生电荷信号。

所述的补偿敏感元件安装在种盘的背面，补偿敏感元件的物理特性和安装方式应与监测敏感元件一致，补偿敏感元件在种盘的振动作用下产生电荷信号。