[发明专利]一种电容式小麦收获产量实时测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于粮食测产技术领域，特别涉及一种电容式收获产量实时测量方法及装置。

背景技术

粮食是人类生存的基本必需品，保障粮食产量安全事关国计民生。由于小麦产量集中反映了田地土壤墒情、种肥使用、气象条件以及病虫害等因素对产量的影响，实现小麦收获产量实时测量将能够获取农田不同区域的产量差异信息并进行综合分析，为后续的小麦收获决策提供理论依据，有利于提高小麦产量，对保障国家粮食安全具有重要意义。

近年来，随着科学技术的进步与发展，采用现代电子技术应用于粮食收获产量实时测量成为粮食测产技术的发展方向与趋势。具体来说，常用的电子测产方法有：动量式、光电式、容积式和电容式等。动量式测产方法基于动量定理，运动中的粮食流与装有传感器的感应板撞击时会产生一个与粮食质量相关的动量变化，当连续测量粮食流撞击感应板后其动量的变化即可实时测量粮食积累的产量，但本方法受限于对撞击动量的精准测量，容易受到收获机速度和机器震动而产生较大误差。光电式测产方法采用当粮食流通过对射式光电开关之间时，阻碍光电开关之间的正常接收而产生了一个脉冲信号，根据挡光时间来测量粮食产量，本方法由于采用光电传感器易受田间尘土污染等复杂的田间工况影响，降低测量精度。容积式测产方法依托于收获机械装置，先将粮食流喂入叶轮，当粮食高度达到并触发叶轮上方探测传感器，驱动叶轮旋转将粮食倒入下一个出口，根据叶轮容积和旋转次数计算测定粮食产量，此方法需要对原有收获机进行局部改造，成本高、安装调试困难。电容式测产方法基于电容传感器，利用粮食流通过电容传感器时介电常数产生变化导致电容变化，根据电容变化与粮食流量的关系测定粮食产量，本方法结构简单、动态响应好、灵敏度高，但目前国内学者在利用电容法计算电容与粮食流量关系时多采用互相关函数、互相关峰值插值修正以及快速傅立叶变换等高等数学方法，极为繁杂且运算量大。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、准确快速且易于使用的小麦收获产量实时测量方法及装置，利用小麦流量值与平行极板电容值和小麦流速的数学模型，实现小麦收获产量快速、准确的实时测量。

本发明的电容式小麦收获产量实时测量方法包括以下步骤：

a、选取介电常数和密度均已知的一批粮小麦样品作为样本；

b、通过本发明装置中的电子测量仪提取两个平行极板的初始电容值作为采集脉冲信号的基准值；

c、将样本从本发明装置的小麦输送管进料口输入后，样本经过第一个平行极板时会造成其电容发生变化，产生一个电容脉冲信号并被电子测量仪采集；

d、由于两个平行极板完全一样，样本当经过第二个平行极板时会产生一个相同的电容脉冲信号并被采集，并从小麦输送管出料口输出；

e、本发明装置的电子测量仪根据平行极板电容、样本流速与流量的数学关系，通过所采集到的两个电容脉冲信号数据运算出样本流量，进而计算出测量样本的产量。

上述方法中关于样本流量与产量的计算方法如下：

（1）平行极板的初始电容值 ；

（2）样本通过平行极板因介电常数变化导致电容变化为；

（3）样本通过平行极板的流量值，即得到样本流量与平行极板电容和样本流速的数学关系；

（4）测量样本的产量值，通过电子测量仪检测电容与流速即可间接运算样本的产量值；

其中为真空介电常数，为已知相对介电常数，为已知样本密度，为极板面积，为极板间距，为样本流速，为测量时间。关于样本流速的实现算法如下：

（1）样本经过第一个平行极板时产生一个脉冲信号并被电子测量仪采集，开始记录时间；

（2）当电子测量仪采集到第二个相同的脉冲信号时，停止记录时间，采集两个相同脉冲信号的间隔时间为；

（3）电子测量仪自动计算样本流速；

其中为两个平行极板中心点距离。

本发明还公开了一种电容式小麦收获产量实时测量装置，该装置包括一个小麦输送管、两个完全一样的平行极板、一个电子测量仪。工作时，小麦输送管进料口喂入小麦，出料口流出小麦；平行极板测量极板间因小麦通过造成的电容变化；电子测量仪具有数据分析、显示和人机交互的功能。

所述小麦输送管设计为半圆柱体空心结构。

所述两个完全一样的平行极板采用上下设计，横向对齐且相隔一段距离内置于小麦输送管内。

所述电子测量仪包括电子测量仪盒和测量工作电路；