【正文】 走裝置以解決收割機(jī)在水田中的行走問題。日本70年代中期研制出適應(yīng)本國小塊水田的小型聯(lián)合收割機(jī)并很快大量投入應(yīng)用,基本上實現(xiàn)了收獲過程機(jī)械化[2]。隨著近年來糧食產(chǎn)量的大幅增長，農(nóng)村年輕勞動力的嚴(yán)重外流，因此，要求機(jī)械化的程度越來越高。 agriculture。緒論傳感器在水稻收割機(jī)上的應(yīng)用及發(fā)展摘 要隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度并為保障糧食安全起到重要作用。 rice harvester。實現(xiàn)對水稻的機(jī)械化生產(chǎn)是提高糧食產(chǎn)量的重要保障。目前，我國對水稻的機(jī)械化生產(chǎn)水平還比較低，大部分依然靠人工收割，而美國、澳大利亞，日本已基本實現(xiàn)了全面的機(jī)械化生產(chǎn)。這一階段，我國的水稻收獲機(jī)械設(shè)計工作已全面啟動，水稻收獲機(jī)械的發(fā)展開始繁榮起來。這些機(jī)型的割幅均在1米左右，作業(yè)速度適當(dāng)，整機(jī)重量比較輕，并采用并列式雙輪胎或超低壓寬斷面輪胎，提高了收割機(jī)的水田行走性能和對作物的適應(yīng)性。新的機(jī)型不斷被研制成功，如“湖州10012”和“龍江120”[1]等機(jī)型。中國農(nóng)機(jī)院、廣東農(nóng)機(jī)所和江西農(nóng)機(jī)所針對脫粒部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的室內(nèi)外臺架分析試驗以探討最佳的運(yùn)動參數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。半喂入式聯(lián)合收割機(jī)具有機(jī)器結(jié)構(gòu)小巧、適應(yīng)性強(qiáng)、工作可靠性高、效率高、脫粒損失小等特點(diǎn)，是各國大力發(fā)展的機(jī)型。韓國的水稻收割機(jī)技術(shù)是在引進(jìn)日本技術(shù)的基礎(chǔ)上吸收再創(chuàng)新的，在日本機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合本國特點(diǎn)進(jìn)行了國產(chǎn)化。同時廣泛采用了自動控制系統(tǒng)、零部件快速拆裝機(jī)構(gòu)、輕質(zhì)材料、電動式喂入深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、整機(jī)潤滑系統(tǒng)等。要實現(xiàn)全面的機(jī)械化收割，傳感器將起到舉足輕重的作用，對提高水稻收割機(jī)的適應(yīng)性和可靠性具有重要的作用。2傳感器概述 傳感器[3]是一種能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路組成。轉(zhuǎn)換元件又稱為變換器，它能將敏感元件感受到或者響應(yīng)的非電量轉(zhuǎn)換成電量[35]。其中有源傳感器能將非電量轉(zhuǎn)換成電能量，例如電動勢傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器等；無源傳感器不能轉(zhuǎn)換能量，只是把被測非電量轉(zhuǎn)換成電參數(shù)的量，如電阻式傳感器、電容式傳感器等。通常用一個靜態(tài)數(shù)學(xué)模型描述其靜態(tài)特性： (21)其中，為零輸入的輸出，表示非線性項系數(shù)。為了更好的分析傳感器的動態(tài)特性，我們可以用以下微分方程[6]進(jìn)行描述： (23) 其中，表示輸入量，表示輸出量，表示與傳感器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。隨著計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、測量技術(shù)、控制及自動化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)已成為一個重要的科學(xué)技術(shù)，其作用也越來越重要，應(yīng)用越來越廣泛。下面列舉傳感器在水稻收割機(jī)上的一些應(yīng)用。在采用損失傳感器測試分離和清選損失時，應(yīng)實時測試收割機(jī)的喂入量和籽粒流量，然后推導(dǎo)出草谷比和脫粒、分離與清選負(fù)荷，即可控制分離和清選裝置工作在最佳狀態(tài)。4傳感器在水稻收割機(jī)上的應(yīng)用霍爾傳感器[3,4,6]是一種以霍爾效應(yīng)為工作基礎(chǔ)的磁傳感器，它可以檢測磁場及其變化。直接應(yīng)用是直接檢測出被檢測對象的磁場特性，間接應(yīng)用是通過人為給被檢測對象施加磁場，再通過這個磁場將非電量、非磁的物理量轉(zhuǎn)變成電量來檢測和控制。當(dāng)放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中的靜止載流導(dǎo)體的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上垂直于電流和磁場方向上將產(chǎn)生電動勢，這一效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)。稱為激勵電極；239。 1 2 霍爾元件的圖形符號霍爾元件具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、輸出電壓變化大和使用壽命長等特點(diǎn)，因此在測量、自動控制、信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是它易受分辨率和田間作業(yè)滑移的影響，測量的精度難以控制。[6]。光電子具有能量，每個光電子具有的能量可由下式確定： （41）式中: 普朗克常數(shù)，(J例如光電管、光電倍增管等都是基于外光電效應(yīng)的光電器件。?光生伏特效應(yīng)[,17] 物體受到光照后，其內(nèi)部的原子釋放電子，但這些電子并沒有逸出物體表面，而是仍留在物體內(nèi)部，從而使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。 光電轉(zhuǎn)速傳感器可以實現(xiàn)非接觸式測量，克服了輪子的跳動、打滑以及振動給測量結(jié)果帶來的影響。光纖傳感器可以探測的物理量多達(dá)70多種[17]，例如，壓力、溫度、位移、速度、加速度、磁場、電壓、電流、化學(xué)量等。光纖傳感器由光源、敏感元件、光探測器、信號處理系統(tǒng)和光纖[17]等組成。光纖傳感器具有優(yōu)良的傳光性能、傳光損害很小、頻帶寬、可進(jìn)行超高速測量、靈敏度和線性度好，而且它的體積小、重量輕，能在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行非接觸式測量。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)穿過線圈的磁通量隨著時間變化時，回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢可以表示為磁通量隨時間變化速率的相反數(shù)。因此在水稻收割機(jī)所處的這樣的工作環(huán)境中，霍爾測速傳感器能很好地滿足要求。(2)光電傳感器具有頻譜寬、不易受電磁干擾、響應(yīng)快、分辨率高、可靠性高、可以實現(xiàn)非接觸式測量[11]等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于自動控制中。(3)光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而且光纖是電絕緣傳輸介質(zhì)，因此與傳統(tǒng)的傳感器相比它可以抗電磁干擾、也不影響外界的電磁場，安全性好。光纖光柵位移傳感器、光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵壓力傳感器等在國內(nèi)都已經(jīng)有商品化的產(chǎn)品了。輸出阻抗低可以降低對絕緣和輸出電路的要求并減小了連接電纜的噪聲干擾。在火炮炮筒振動對射彈散布影響的研究中，相對式電動傳感器是測量炮口振動速度的重要元件。因此，割臺的控制對機(jī)械化作業(yè)的高效率、高質(zhì)量具有重要意義。(1) 紅外輻射紅外輻射[3,17]就是平時所說的紅外線，~1000μm的不可見光。紅外線的本質(zhì)和可見光和電磁波的性質(zhì)一樣，具有反射、折射、干涉、吸收等特性，它在真空中以光速傳播，并具有明顯的波粒二象性。紅外傳感器的核心是紅外探測器，是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所表現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的。在其強(qiáng)度較低時，超聲波可以作為探測負(fù)載信息的載體與媒介，稱為檢測超聲。超聲波廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、醫(yī)療等行業(yè)。它是根據(jù)壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接受探頭。激光技術(shù)與應(yīng)用的迅猛發(fā)展，已與多個學(xué)科相結(jié)合，形成新興的交叉學(xué)科，如光電子學(xué)、信息光學(xué)、激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)、超快激光學(xué)、量子光學(xué)、光纖光學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、激光醫(yī)學(xué)、激光生物學(xué)、激光化學(xué)等。激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。例如紅外線遙控鼠標(biāo)、紅外線夜視攝影功能都給我們的生活帶來了很大的便利。超聲波流量傳感器具有不阻礙流體流動等特點(diǎn)而用于對自來水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測量。目前軍事上用于對地形的測量，比如戰(zhàn)場前沿測距，測云層、飛機(jī)、導(dǎo)彈等的高度；激光雷達(dá)用于火炮控制、跟蹤系統(tǒng)識別等；激光制導(dǎo)武器具有命中率高、抗電磁干擾能力強(qiáng)而成為未來武器發(fā)展的新趨勢。在對糧食產(chǎn)量測量過程中，谷物流量傳感器是這個測量系統(tǒng)的核心，目前我們采用的谷物流量傳感器有光電容積傳感器、γ射線式流量傳感器、沖量式流量傳感器和刮板輪式容積流量傳感器等幾種。 圖44 光電容積傳感器 γ射線式流量傳感器γ射線式流量傳感器也稱為核輻射監(jiān)測裝置，它是根據(jù)被測物質(zhì)對放射線的吸收、穿透能力、反射、散射或被測物質(zhì)的電離激發(fā)作用而工作的。γ射線式流量傳感器的一個重要組成部分就是核輻射接收器，它將核輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而探測出射線的強(qiáng)弱變化。圖46 沖量式流量傳感器 在應(yīng)用中，沖量式傳感器安裝在收割機(jī)的升運(yùn)器出口，當(dāng)升運(yùn)器運(yùn)送的谷物到達(dá)糧倉頂部，谷物因為具有動量被拋出后而擊打到?jīng)_量式傳感器的彈性元件上[20]，貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變片的阻值因彈性元件的形變而發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化。刮板輪式容積流量傳感器[20,26]可以直接將谷物的體積或重量轉(zhuǎn)換成電信號，可以更加方便地測出谷物的流量。(1)光電式容量傳感器在測量過程中容易受含水量、谷物的質(zhì)量密度、機(jī)器的振動和傾斜程度、探頭易受污染等因素影響，從而在工作中性能不穩(wěn)定。(4)刮板式流量傳感器與上面三種流量傳感器相比可以實現(xiàn)對流量的直接測量，而且它的精度高、實時性好，但是需要較大的空間，所以在實用性上存在局限性。利用這種現(xiàn)象制成的濕敏元件稱為水分子親和力型元件；另一類濕敏元件與水分子親和力無關(guān)，稱為非水分子親和力型元件。通常，要求濕敏元件在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好、響應(yīng)時間短、壽命長、有互換性、耐污染以及受溫度影響小等。從而實現(xiàn)對濕度的測量。將這種陶瓷燒制成表面多孔的薄平板，然后在其兩面配制與陶瓷熱膨脹系數(shù)大致相等，且粘結(jié)強(qiáng)度大的氧化釕（）電極。其變化規(guī)律可以表示為： （46）式中，C表示電容量；A為平板電容的面積；d為兩極板之間的距離；表示真空電容率；為比電容率（隨溫度變化)。微波傳感器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘探、能源、材料、國防等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。高頻電場中，電介質(zhì)存在弛豫損耗，其介電常數(shù)可以用復(fù)數(shù)表示： （47）其中，表示介質(zhì)的儲能特性；表示介質(zhì)的耗能特性。微波濕度傳感器[5]在測量