【正文】 證糧食產(chǎn)量。還有日常生活用的鼠標，激光打印機，驗鈔器等都用到了激光技術。它可 以實現(xiàn)無觸點遠距離測量、速度高、精度高、測量范圍廣、抗電磁干擾能力強。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與傳感器的距離。目前，為了提高焊接質(zhì)量和效率，改善人工勞動條件，焊接技術正在向半自動化方向發(fā)展，目前超聲波傳感器在汽車領域用于焊接生產(chǎn)已經(jīng)很廣泛了。 (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。例如采用紅外線傳感器遠距離測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地球云層進行監(jiān)視，可實現(xiàn)大范圍的天氣預報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機的過熱情況等。 各傳感器的優(yōu)缺點及在其他領域的應用 (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，響應快等。常見的是激光測距傳感器，它通過記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，即可測定目標距離 [16]。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。這些交叉技術與新的學科的出現(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，使得激光器的應用范圍擴展到幾乎國民經(jīng)濟的所有領域。 激光傳感器 激光技術和激光器是二十世紀六 十年代出現(xiàn)的最重大的科學技術之一。 (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。 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。 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而研制的裝置，通常也稱為超聲波換能器、探測器。它是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程完成的。而當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)及結構，稱為高能超聲或功率超聲。 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]。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。 (2) 紅外傳 感器組成 紅外傳感器一般由光學系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路和顯示單元等組成 [6]。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 。物體溫度越高，輻射出來的紅外線就越多，輻射的能量也就越高。工程上把紅外 線所占據(jù)的波段分為近紅外、中紅外、遠紅外和極紅外四部分。在軍事上的應用有紅外成像、搜 索 跟蹤系統(tǒng)、紅外制導火箭、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、紅外烘干 以及 紅外測距；日常生活中的紅外取暖、自動門、自動水龍頭等。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。如果工作過程中割臺高度調(diào)節(jié)的不合適，可能會 使 機器堵塞，從而出現(xiàn)故障和降低作業(yè)效率，如果割茬過高也會影響下次的耕種或者降低產(chǎn)量。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。在飛機的設計制造中常采用電動式傳感器對一些重要部件進行振動測試。但是電動式傳感器易磨損，工作溫度不高，頻響范圍有限。它的靈敏度 高、輸出阻抗低、輸出功率大、性能穩(wěn)定，還可制成多種結構形式以適應不同的測量場合。 (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。目前在機床行業(yè)、三坐標測量、機精密轉(zhuǎn)臺、電子設備制造、水利等領域開始廣泛應用，例如光柵式應變傳感器用于對橋梁的溫度檢測、車輛載荷檢測 [15]。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。由于其應用領域極其廣泛，所以傳感器在水稻收割機上的應用及發(fā)展 世界上對它的研究高度重視。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用反射式光電測速傳感器更加方便可靠。目前，霍爾測速傳感器在機車測速中占有重要的地位 [9]，但是實際應用時，霍爾元件的測量精度受到多種因素的影響，其中最主要的就是半導體的固有特性和半導體的制造工藝缺陷。因霍爾元件結構簡單、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強 度、電功率、電能、微氣隙中的磁場等。 以上傳感器的特點及在其方面的應用 (1)霍爾測速傳感器 耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或 腐蝕 。可以表示為如下： dtdU ??? (43) 當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電壓 ，通過測量電路便可測得感應電壓的大小，從而測出速度的大小。電動式速度傳感器由軛鐵、永久磁鐵、線圈、支撐彈簧等組成。 電動式速度傳感器 電動式傳感器 [17]是指利用電磁感應原理，將運動速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應電 動 勢輸出，又稱感應式傳感器。由于反射鏡隨轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤的變化周期即轉(zhuǎn)動周期，由此便可測得速度。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。光在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號與光相互作用，外界信號可能引起光的強度、波長、頻率、相位等光學性質(zhì)的變化，從而形成不同的調(diào)制。近年來光纖傳感技術發(fā)展迅速，它對航空航天、生命科學、有線通信等的發(fā)展做出了很大貢獻，在這個多學科交叉的信息時代，它應用前景越來越廣泛。光纖傳感器是 20 世紀 70 年代的重要發(fā)明之一，它隨著光纖和通信技術的發(fā)展逐漸發(fā)展并成熟起來。 但是水稻收割機所處的泥水工作環(huán)境容易影響光源。每分鐘轉(zhuǎn)速與脈沖頻率 f 的關系為 : 60Nf n ?? (42) N 表示黑白條紋的數(shù)目。例如，光電池就是基于這個效應 制成 的。光敏電阻就是基于這種效應的光電器件。 (2)內(nèi)光電效應 內(nèi)光電效應 [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 光學通路 光電元 件件 測量電路 傳感器在水稻收割機上的應用及發(fā)展 應。反之，光的波長越長，其光子的能量也越小 [6]。s)。這些向外逸出的電子叫做光電子。 光量 光量 電量 輸出 圖 光電傳感器原理框圖 它 的物理基礎是光電效應，光電效應一般分為內(nèi)光電效應和外光電效應兩大類，其中內(nèi)光電效應可分為光電導效應和光生伏特效應。 光電傳感器概述 光電傳感器 [6,17]是把 被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再通過光電器件把光信號的變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。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。 由于霍爾測速傳感器 耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或 腐蝕 [89]。 它的靈敏度與元件的材料的性質(zhì)和幾何尺寸有關，在實際應用中，一般都采用 N 型半導體材料 [5]制作霍爾元件。 139。稱為霍爾電極。 139。 I B HE 圖 霍爾效應示意圖 (2)霍爾元件 根據(jù)霍爾效應，利用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。當 放置于 磁感應強度為 B 的 磁場中的靜止載流導體的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上垂直于電流和磁場方向上將產(chǎn)生電動勢 HE ，這一效應稱為霍爾效應?；魻杺鞲衅饕蚱浣Y構簡單，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 用于自動控制、交通運輸?shù)阮I域。直接應用是直接檢測出被檢測對象的磁場特性，間接應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。 目前的霍爾元件基本都是半導體材料制成。 4 傳感器在水稻收割機上的應用 測量水稻收割機前進速度可選 擇 傳感器的種類 霍爾傳感器概述 霍爾傳感器 [3,4,6]是一種以霍爾效應為工作基礎的磁傳感器，它可以檢測磁場及其變化。 (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。在采用損失傳感器測試分離和清選損失時，應實時測試收割機的喂入量和籽粒流量，然后推導出草谷比和脫粒、分離與清選負荷，即可控制分離和清選裝置工作在最佳狀態(tài)。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 。 下面列舉傳感器在水稻收割機上的一些應用。因此，作為機電一體化三大關鍵技術之一的傳感器技術必將在農(nóng)業(yè)機械上廣泛應用。 隨著計算機技術、信息處理技術、測量技術、控制及自動化技術的發(fā)展，傳感器技術已成為一個重要的科學技術，其作用也越來越重要，應用越來越廣泛。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) 、 科學實踐 和現(xiàn)代測控技術 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。 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]進行描述： xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtyda011m1m1mmmm011n1n1nnnn????????????????? (23) 其中， x 表示輸入量 ， y 表示輸出量 ， m10n10 b,b,b,a,a,a ?? 表示與傳感器結構有關的常數(shù)。 傳感器的動態(tài)特性 當輸入量隨時間變化時傳感器的響應特性稱為傳感器的動態(tài)特性 [5]。通常用一個靜態(tài)數(shù)學模型描述其靜態(tài)特性 ： nn2210 xaxaxaay ????? ? (21) 敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 信 號 調(diào) 理 轉(zhuǎn) 換 電 路 輔助電源 傳感器在水稻收割機上的應用及發(fā)展 其中， 0a 為零輸入的輸出，n21 ,a,aa ?表示