【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要外加電源，對(duì)收割機(jī)在野外工作提供了很大便利。 以上傳感器的特點(diǎn)及在其方面的應(yīng)用 (1)霍爾測(cè)速傳感器 耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或 腐蝕 。因此在水稻收割機(jī)所處的這樣的工作環(huán)境中，霍爾測(cè)速傳感器能很好地滿足要求。因霍爾元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝成熟、體積小、壽命長(zhǎng)、線性度好、耐高溫而被廣泛用于測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng) 度、電功率、電能、微氣隙中的磁場(chǎng)等。經(jīng)過(guò)再次轉(zhuǎn)換可以用于非電量的測(cè)量，比如測(cè)量微位移、流量、壓力、轉(zhuǎn)速、加速度等。目前，霍爾測(cè)速傳感器在機(jī)車測(cè)速中占有重要的地位 [9]，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，霍爾元件的測(cè)量精度受到多種因素的影響，其中最主要的就是半導(dǎo)體的固有特性和半導(dǎo)體的制造工藝缺陷。 (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(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量 [11]等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制中。光電測(cè)速傳感器一般有 透光式測(cè)速傳感器和反射式測(cè)速傳感器兩種形式，其中透光式不宜在強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境中使用，這樣會(huì)使光源壽命降低， 反射式不存在這個(gè)問(wèn)題，所以在水稻收割機(jī)上應(yīng)用反射式光電測(cè)速傳感器更加方便可靠。目前，生活中我們最切實(shí)感受到光電傳感器的應(yīng)用就是手機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度、條形碼掃描、復(fù)印機(jī)、打印機(jī) [1213]等。由于其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，所以傳感器在水稻收割機(jī)上的應(yīng)用及發(fā)展 世界上對(duì)它的研究高度重視。 (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(chǎng)，安全性好。此外，光纖傳感器還具有靈敏度高、重量輕、體積小、對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小等特點(diǎn)?？梢赃M(jìn)行連續(xù)分布測(cè)量，便于復(fù)用和聯(lián)網(wǎng)，有 利于與現(xiàn)有的光通信技術(shù)組成遙測(cè)網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò) [14]。目前在機(jī)床行業(yè)、三坐標(biāo)測(cè)量、機(jī)精密轉(zhuǎn)臺(tái)、電子設(shè)備制造、水利等領(lǐng)域開(kāi)始廣泛應(yīng)用，例如光柵式應(yīng)變傳感器用于對(duì)橋梁的溫度檢測(cè)、車輛載荷檢測(cè) [15]。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(guó)內(nèi)都已經(jīng)有商品化的產(chǎn)品了。 (4)電動(dòng)式傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器，它在工作過(guò)程中不需要外加電源，而是直接吸取被測(cè)物體的機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。電動(dòng)式傳感器主要用于測(cè)量物體的振動(dòng)速度，配以積分電路或微分電路還可測(cè)量振動(dòng)位移或加速度。它的靈敏度 高、輸出阻抗低、輸出功率大、性能穩(wěn)定，還可制成多種結(jié)構(gòu)形式以適應(yīng)不同的測(cè)量場(chǎng)合。輸出阻抗低可以降低對(duì)絕緣和輸出電路的要求并減小了連接電纜的噪聲干擾。但是電動(dòng)式傳感器易磨損，工作溫度不高，頻響范圍有限。電動(dòng)式傳感器廣泛應(yīng)用于航空、 兵器工業(yè) 和民用工業(yè)。在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造中常采用電動(dòng)式傳感器對(duì)一些重要部件進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。在火炮炮筒振動(dòng)對(duì)射彈散布影響的研究中，相對(duì)式電動(dòng)傳感器是測(cè)量炮口振動(dòng)速度的重要元件。在民用工業(yè) 方面，對(duì)于各種大型電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、機(jī)床、車輛、軌枕振動(dòng)臺(tái)、 化工設(shè)備 、各種水管道、氣管道、橋梁樓房等的振動(dòng)監(jiān)測(cè)或振動(dòng)研究都廣泛使用電動(dòng)式傳感器。 測(cè)量割臺(tái)高度可選擇的傳感器 在收割過(guò)程中，要根據(jù)收割對(duì)象的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)割臺(tái)高度。如果工作過(guò)程中割臺(tái)高度調(diào)節(jié)的不合適，可能會(huì) 使 機(jī)器堵塞，從而出現(xiàn)故障和降低作業(yè)效率，如果割茬過(guò)高也會(huì)影響下次的耕種或者降低產(chǎn)量。因此，割臺(tái)的控制對(duì)機(jī)械化作業(yè)的高效 率、高質(zhì)量具有重要意義。以下幾種傳感器目前都很好地用在收割機(jī)上來(lái)對(duì)割臺(tái)進(jìn)行控制。 紅外傳感器 紅外技術(shù) [5]已經(jīng)發(fā)展成為一種新興的技術(shù)，目前被廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè) 、 醫(yī)學(xué)方面、軍事、航天等領(lǐng)域。在軍事上的應(yīng)用有紅外成像、搜 索 跟蹤系統(tǒng)、紅外制導(dǎo)火箭、警戒系統(tǒng)等；如醫(yī)療上的紅外診斷和輔助治療；工農(nóng)業(yè)方面的溫度探測(cè)、紅外烘干 以及 紅外測(cè)距；日常生活中的紅外取暖、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭等。 (1) 紅外輻射 紅外輻射 [3,17]就是平時(shí)所說(shuō)的紅外線，它是一種輻射波長(zhǎng)大約在 ~1000μ m 的不可見(jiàn)光。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。參考文獻(xiàn) 11 紅外輻射的物理本質(zhì)就是熱輻射， 凡是溫度高于絕對(duì)零度的所有物體都在不停地向周圍空間以熱輻射或電磁輻射發(fā)出能量 。物體溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線就越多，輻射的能量也就越高。紅外線的本質(zhì)和可見(jiàn)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 。 大氣是紅外輻射的主要傳播介質(zhì)，當(dāng)紅外線 在大氣中傳播時(shí)，大氣層對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線存在不同的吸收帶。 (2) 紅外傳 感器組成 紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路和顯示單元等組成 [6]。紅外傳感器的核心是紅外探測(cè)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(lái)探測(cè)紅外輻射的。紅外探測(cè)器的種類很多，根據(jù)探測(cè)機(jī)理的不同分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。 (3) 紅外輻射傳感器測(cè)量割幅的原理 紅外輻射傳感器是利用儀器發(fā)出一束光（通常是近紅外光）照射到作物的表面，儀器同時(shí)接受被測(cè)作物反射回的能量，根據(jù)接收到的反射光的能量來(lái)判斷作物的距離。 超聲波傳感器 超聲波通常是指頻率在 20xx0HZ 以上的高頻聲波 [17]。在其 強(qiáng)度較低時(shí)，超聲波可以作為探測(cè)負(fù)載信息的載體與媒介，稱為檢測(cè)超聲。而當(dāng)其強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí)，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。 超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械以及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)。它是通過(guò)超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過(guò)程完成的。超聲波廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、醫(yī)療等行業(yè)。 超聲波傳感器是利用超聲波在超聲場(chǎng)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(cè)器。超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中壓電式控頭最常用。 壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是根據(jù)壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，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(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接受探頭。 (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(lái)制成的。如果從發(fā)射超聲脈沖開(kāi)始到接收換能器接收到反射波為止的時(shí)間間隔已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量。 激光傳感器 激光技術(shù)和激光器是二十世紀(jì)六 十年代出現(xiàn)的最重大的科學(xué)技術(shù)之一。激光技術(shù)與傳感器在水稻收割機(jī)上的應(yīng)用及發(fā)展 應(yīng)用的迅猛發(fā)展，已與多個(gè)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。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動(dòng)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(kuò)展到幾乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有領(lǐng)域。 激光傳感器 [3,5,17]是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器工作時(shí)，先由激光發(fā)射二極管對(duì)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。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。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。常見(jiàn)的是激光測(cè)距傳感器，它通過(guò)記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離 [16]。激光傳感器必須極其精確地測(cè)定傳輸時(shí)間，因?yàn)楣馑偬?。 各傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 (1)紅外傳感器 紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，并且靈敏度高，響應(yīng)快等。紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度 測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)熱情況等。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(lái)了很大的便利。 (2)超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、安裝方便、不受被測(cè)介質(zhì)影響，可以在較高溫度下測(cè)量、精度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。對(duì)于測(cè)距來(lái)說(shuō)，超聲波傳感器具有頻率 高、波長(zhǎng)短、定向性好、振幅小、加速度大、能量集中等顯著特點(diǎn)。目前，為了提高焊接質(zhì)量和效率，改善人工勞動(dòng)條件，焊接技術(shù)正在向半自動(dòng)化方向發(fā)展，目前超聲波傳感器在汽車領(lǐng)域用于焊接生產(chǎn)已經(jīng)很廣泛了。超聲波流量傳感器具有不阻礙流體流動(dòng)等特點(diǎn)而用于對(duì)自來(lái)水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測(cè)量。超聲波測(cè)距傳感器測(cè)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(shí)間，再由渡越時(shí)間和介質(zhì)中的聲速即可求得目標(biāo)與傳感器的距離。 (3)激光傳感器因具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性而廣泛應(yīng)用于測(cè)量和加工。它可 以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)遠(yuǎn)距離測(cè)量、速度高、精度高、測(cè)量范圍廣、抗電磁干擾能力強(qiáng)。目前軍事上 用于對(duì)地形的測(cè)量，比如戰(zhàn)場(chǎng)前沿測(cè)距，測(cè)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(shí)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(lái)武器發(fā)展的新趨勢(shì)。還有日常生活用的鼠標(biāo)，激光打印機(jī)，驗(yàn)鈔器等都用到了激光技術(shù)。 參考文獻(xiàn) 13 測(cè)量谷物流量可選用傳感器 面對(duì)我國(guó)龐大的人口，耕地資源的不斷減少，糧食安全問(wèn)題已經(jīng)不能小覷，提高糧食產(chǎn)量對(duì)保障糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義。目前，所提出的精細(xì)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要指標(biāo)就是對(duì)糧食產(chǎn)量的精準(zhǔn) 測(cè)量，糧食產(chǎn)量可以反映出田間影響產(chǎn)量的因素，例如，墑情、病蟲(chóng)害、肥料的利用率等，為此，我們可以根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施來(lái)保證糧食產(chǎn)量。在對(duì)糧食產(chǎn)量測(cè)量過(guò)程中，谷物流量傳感器是這個(gè)測(cè)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。 光電式容積傳感器 光電式容積傳感器是由對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、電纜、穩(wěn)壓電路、信號(hào)采集電路、信號(hào)處理電路等組成。光電式容積傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖 44 所示，在使用過(guò)程中，把它安裝在收割機(jī)谷物升運(yùn)器兩 側(cè)，當(dāng)升運(yùn)器刮板運(yùn)送谷物上升時(shí)，上升的谷物經(jīng)過(guò)光電開(kāi)光之間時(shí)，會(huì)阻斷光路，使接收元件接收不到來(lái)自發(fā)光元件的光，光電敏感元件間斷地接收光的反射信號(hào)，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路處理，將反射光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。再由阻斷時(shí)間間隔就可以計(jì)算出谷物的流量。 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(cè)裝置，它是根據(jù)被測(cè)物質(zhì)對(duì)放射線的吸收、穿透能力、反射、散射或被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用而工作的。它可以用來(lái)測(cè)量物質(zhì)的密度、厚度、分析氣體成分、探測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。當(dāng)原子核 發(fā)生α、β衰變時(shí)，往往衰變到核的激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子核是不穩(wěn)定的，他會(huì)向低激發(fā)態(tài)或者基態(tài)躍遷，同傳感器在水稻收割機(jī)上的應(yīng)用及發(fā)展 時(shí)釋放出γ光子，產(chǎn)生γ射線。放射線源多使用 Co60 或 Cs137 等放射性同位素發(fā)出的γ射線源 [56]。 γ射線式流量傳感器的一個(gè)重要組成部分就是核輻射接收器，它將核輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而探測(cè)出射線的強(qiáng)弱變化。在工作過(guò)程中，射線源對(duì)準(zhǔn)傳感器，當(dāng)升運(yùn)器運(yùn)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(cè)出的輻射強(qiáng)度發(fā)生變化。它的結(jié)構(gòu)原理圖 [28]如圖 45 所示， 圖 45 γ 射線式流量傳感器 射到探測(cè)器上的透射射線強(qiáng)度 J 和谷物質(zhì)量 m的關(guān)系為 m0 eJJ ??? （ 44）