【正文】 上研制鑒定了“江南 120”，湖北、江西等省研制的與 12 馬力機耕船配套的半喂入聯(lián)合收割機，分別于 1980 年前后鑒定定型。這一時期，配合水稻收割機的國產(chǎn)動力和拖拉機的技術(shù)也有較大發(fā)展，為水稻收獲機械的進一步發(fā)展提供了基礎(chǔ)。 九十年代是我國水稻收獲機械發(fā)展的關(guān)鍵階段。 建國初期 ， 我國 的 水稻收割主要是 靠 人力 和 畜力機械為主 ，上個世紀(jì)五十年代末我國啟動了水稻收割機械的研制工作。在發(fā)達國家 , 谷物收割已基本實現(xiàn)了機械化 。 trend緒論 1 1 緒論 國內(nèi)水稻收割機的發(fā)展現(xiàn)狀 我國水稻種植面積約占世界水稻總面積的四分之一，在全國糧食總播種面積中也占了很大比重，接近三分之一，占全國糧食總產(chǎn)量的百分之四十五 [1]。本文主要介紹了水稻收割機的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及傳感器在水稻收割機上的作用和地位，并分析了水稻收割機實現(xiàn)各功能所用傳感器的類型、工作原理、對比了實現(xiàn)同一功能所選傳感器的優(yōu)缺點以及在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，最后總結(jié)了傳感器今后在農(nóng)業(yè)機械上的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞： 傳感器；農(nóng)業(yè)；水稻收割機；趨勢 緒論 23 The application and development of sensors in rice harvester Abstract As the rapidly development of sensor technology,sensor has been used in agriculture extensively .It improves the degree of agricultural mechanization and contributes greatly to the safety for this paper,firstly introducing the presentation situation of sensor at home and abroad and its effects on rice the text,the kinds of sensors used in the key parts of rice harvester ,their working principle, characteristics and applications in other fields mainly have been described,then paring the merits and demerits of sensors played the same role in the rice harvester .Finally summarizing the development trend of sensors in the agricultural machines. Key words: sensor。可見它在全國糧食安全中的地位非同一般。 美國 70 年代初機械收割面積已達 95%，目前聯(lián)合收割機已向大型化 、 高速化和自動化方向發(fā)展 。廣東省農(nóng)機所在 1965 年開始研究軸流式脫粒裝置[1]， 1966 年開始，先后與惠陽縣農(nóng)機一廠、佛山農(nóng)機廠和廣東機引農(nóng)具廠共同開發(fā)了“豐收 I 型” (配豐收 35 拖拉機 )，“珠江 2 號” (配東方紅 54)，“工農(nóng) I 型” (配工農(nóng) 11手扶拖拉機 )等全喂入軸流型水稻收割機 [12]。這一時期， 35 馬力小動力底盤立式割臺收割機和中小型半喂入收割機均被成功研制出來。另外，由中國農(nóng)機院設(shè)計的帶簡易扶禾器的立式割臺收割機在也被推廣到一些地方使用，但這種收割機不能避免水田倒伏時的穗頭沾水和分把困難，因此綜合作業(yè)效率低，并且谷粒損失大，至今沒有得到普遍使用。中國農(nóng)機院和福建等單位為“閩江 150”型研究設(shè)計了三角皮帶無級變速專用底盤率先應(yīng)用于國產(chǎn)半喂入水稻聯(lián)合收割傳感器在水稻收割機上的應(yīng)用及發(fā)展 機上，實現(xiàn)了作業(yè)過程的無級變速。這些試驗工作為我國水稻半喂入聯(lián)合收割機的發(fā)展和產(chǎn)品系列化打下了良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過幾十年的研究和改進，日本半喂入聯(lián)合收割機技術(shù)非常成熟。到 90 年代 ,韓國聯(lián)合機收割水稻面積達到 85%[1]， 近年來，以日本為代表的半喂入聯(lián)合收割機，具備了更加美觀的整機造型。收割機的使用成本不斷降低，使用壽命得到延長。本文主要用對比的方法分析了水稻收割機上各重要部位可選用的傳感器類型，并加以擇優(yōu)選擇。傳感器的原理決定了輸出信號的形式。 傳感器的分類及基本特性 目前，傳感器種 類繁多， 很多時候一種被測量可以用不同的傳感器來完成；而且傳感器應(yīng)用原理多種多樣，同一原理的傳感器又可測量不同的被測量 。通常傳感器的基本特性可分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 傳感器的動態(tài)特性 當(dāng)輸入量隨時間變化時傳感器的響應(yīng)特性稱為傳感器的動態(tài)特性 [5]。人類處在一個信息瞬息萬變的時代， 傳感器是工業(yè)生產(chǎn) 、 科學(xué)實踐 和現(xiàn)代測控技術(shù) 等 的重要組成部分 ，主要依靠對信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸、處理 ，它是被測對象 和 檢測 系統(tǒng)的接口 [4]，是感知和檢測信息的窗口。因此，作為機電一體化三大關(guān)鍵技術(shù)之一的傳感器技術(shù)必將在農(nóng)業(yè)機械上廣泛應(yīng)用。如果秸稈過長影響耕種，秸稈過短則地里的石塊會損害刀片； (2)在應(yīng)用中，我們可以選擇霍爾傳感器、光電傳感器、光纖傳感器、電動式速度傳感器等作為 測速傳感器 以實現(xiàn) 對 水稻 收割機 作業(yè)時的 速度進行測量并轉(zhuǎn)化成可輸出的 信號，通過與計算機連接，可對被測物進行自動化、智能化的測量控制，同時還可以間接測量出畝產(chǎn) [25]； (3)為了 保證一定的喂入量 ，防止喂入量過大而導(dǎo)致堵塞，可以采用紅外傳感器、激光傳感器、超聲波傳感器等傳感器對 割茬的高度進行測量 。 (6)目前在收割機上主要利用 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 [20,22]來測量谷物的流量。 目前的霍爾元件基本都是半導(dǎo)體材料制成。霍爾傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無觸點，可靠性高，使用壽命長，易于集成電路化等特點而被廣泛應(yīng) 用于自動控制、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。 I B HE 圖 霍爾效應(yīng)示意圖 (2)霍爾元件 根據(jù)霍爾效應(yīng)，利用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。稱為霍爾電極。 它的靈敏度與元件的材料的性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，在實際應(yīng)用中，一般都采用 N 型半導(dǎo)體材料 [5]制作霍爾元件。此外，在作業(yè)過程中的加速和減速對測量會帶來較大的誤差以及傳感器的安裝固定不方便。 光量 光量 電量 輸出 圖 光電傳感器原理框圖 它 的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，光電效應(yīng)一般分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)兩大類，其中內(nèi)光電效應(yīng)可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。s)。 (2)內(nèi)光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) [6]是指在光線作用下，物體電阻率發(fā)生變化或者產(chǎn)生光生電動勢的效 光源 光學(xué)通路 光電元 件件 測量電路 傳感器在水稻收割機上的應(yīng)用及發(fā)展 應(yīng)。例如，光電池就是基于這個效應(yīng) 制成 的。 但是水稻收割機所處的泥水工作環(huán)境容易影響光源。近年來光纖傳感技術(shù)發(fā)展迅速，它對航空航天、生命科學(xué)、有線通信等的發(fā)展做出了很大貢獻，在這個多學(xué)科交叉的信息時代，它應(yīng)用前景越來越廣泛。由光源發(fā)出的光通過源光纖引到敏感元件，被測參數(shù)作用于敏感元件，在光的調(diào)制區(qū)內(nèi)，使光的某一性質(zhì)受到被測量的調(diào)制，調(diào)制后的光信號經(jīng)過接收光纖耦合到光探測器，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，最后經(jīng)過信號處理即可得到所需要的被測量。 電動式速度傳感器 電動式傳感器 [17]是指利用電磁感應(yīng)原理，將運動速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電 動 勢輸出，又稱感應(yīng)式傳感器?？梢员硎緸槿缦拢? dtdU ??? (43) 當(dāng)線圈沿著垂直于磁場的方向運動時，線圈中就會產(chǎn)生與線圈運動速度成正比的感應(yīng)電壓 ，通過測量電路便可測得感應(yīng)電壓的大小，從而測出速度的大小。因霍爾元件結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、體積小、壽命長、線性度好、耐高溫而被廣泛用于測量磁感應(yīng)強 度、電功率、電能、微氣隙中的磁場等。光電測速傳感器一般有 透光式測速傳感器和反射式測速傳感器兩種形式，其中透光式不宜在強震動環(huán)境中使用，這樣會使光源壽命降低， 反射式不存在這個問題，所以在水稻收割機上應(yīng)用反射式光電測速傳感器更加方便可靠。此外，光纖傳感器還具有靈敏度高、重量輕、體積小、對被測介質(zhì)影響小等特點。 (4)電動式傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器，它在工作過程中不需要外加電源，而是直接吸取被測物體的機械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。但是電動式傳感器易磨損，工作溫度不高，頻響范圍有限。在民用工業(yè) 方面，對于各種大型電機、空氣壓縮機、機床、車輛、軌枕振動臺、 化工設(shè)備 、各種水管道、氣管道、橋梁樓房等的振動監(jiān)測或振動研究都廣泛使用電動式傳感器。以下幾種傳感器目前都很好地用在收割機上來對割臺進行控制。工程上把紅外 線所占據(jù)的波段分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極紅外四部分。紅外輻射和所有電磁波一樣， 是 以波的形式在空間 中 直線傳播 的 。紅外探測器的種類很多，根據(jù)探測機理的不同分為熱探測器和光子探測器。而當(dāng)其強度超過一定值時，則與傳聲媒介相互作用，可以改變以致破壞傳聲媒介的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，稱為高能超聲或功率超聲。 超聲波傳感器是利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置，通常也稱為超聲波換能器、探測器。 (1)超聲波物位傳感器 超聲波物位傳感器是根據(jù)超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性來制成的。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得激光器的應(yīng)用范圍擴展到幾乎國民經(jīng)濟的所有領(lǐng)域。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。 各傳感器的優(yōu)缺點及在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 (1)紅外傳感器 紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，并且靈敏度高，響應(yīng)快等。 (2)超聲波傳感器可以實現(xiàn)非接觸測量、安裝方便、不受被測介質(zhì)影響，可以在較高溫度下測量、精度高、功能強等特點。超聲波測距傳感器測量從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)目標(biāo)反射后沿原路返回接收換能器所需的時間，再由渡越時間和介質(zhì)中的聲速即可求得目標(biāo)與傳感器的距離。還有日常生活用的鼠標(biāo)，激光打印機，驗鈔器等都用到了激光技術(shù)。 光電式容積傳感器 光電式容積傳感器是由對射式光電開關(guān)、電纜、穩(wěn)壓電路、信號采集電路、信號處理電路等組成。它可以用來測量物質(zhì)的密度、厚度、分析氣體成分、探測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。在工作過程中，射線源對準(zhǔn)傳感器，當(dāng)升運器運送的谷物 被拋出后，輻射源的放射線經(jīng)谷物的反向散射，將導(dǎo)致傳感器測出的輻射強度發(fā)生變化。再通過標(biāo)定將電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成谷物的質(zhì)量流量值。刮板輪式容積流量傳感器的原理圖 [20]如圖 47 所示， 圖 47 刮板輪式容積流量傳感器 當(dāng)升運器運送拋出的谷物達到一定的高度時，料位傳感器檢測到信號后，位于升運器和谷倉之間的刮板輪開始轉(zhuǎn)動。 (2)沖量式流量傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的，它的測量范圍也很廣，可以對絕大