传感器在水稻收割机上的应用及发展毕业论文(编辑修改稿)

传感器在水稻收割机上的应用及发展毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

要外加电源，对收割机在野外工作提供了很大便利。 以上传感器的特点及在其方面的应用 (1)霍尔测速传感器 耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或 腐蚀。 因此在水稻收割机所处的这样的工作环境中，霍尔测速传感器能很好地满足要求。 因霍尔元件结构简单、工艺成熟、体积小、寿命长、线性度好、耐高温而被广泛用于测量磁感应强 度、电功率、电能、微气隙中的磁场等。 经过再次转换可以用于非电量的测量，比如测量微位移、流量、压力、转速、加速度等。 目前，霍尔测速传感器在机车测速中占有重要的地位 [9]，但是实际应用时，霍尔元件的测量精度受到多种因素的影响，其中最主要的就是半导体的固有特性和半导体的制造工艺缺陷。 (2)光电传感器具有频谱宽、不易受电磁干扰、响应快、分辨率高、可靠性高、可以实现非接触式测量 [11]等优点而被广泛应用于自动控制中。 光电测速传感器一般有 透光式测速传感器和反射式测速传感器两种形式，其中透光式不宜在强震动环境中使用，这样会使光源寿命降低， 反射式不存在这个问题，所以在水稻收割机上应用反射式光电测速传感器更加方便可靠。 目前，生活中我们最切实感受到光电传感器的应用就是手机的自动调节亮度、条形码扫描、复印机、打印机 [1213]等。 由于其应用领域极其广泛，所以传感器在水稻收割机上的应用及发展 世界上对它的研究高度重视。 (3)光纤传感器是利用光波传输信息，而且光纤是电绝缘传输介质，因此与传统的传感器相比它可以抗电磁干扰、也不影响外界的电磁场，安全性好。 此外，光纤传感器还具有灵敏度高、重量轻、体积小、对被测介质影响小等特点。 可以进行连续分布测量，便于复用和联网，有 利于与现有的光通信技术组成遥测网和光纤传感网络 [14]。 目前在机床行业、三坐标测量、机精密转台、电子设备制造、水利等领域开始广泛应用，例如光栅式应变传感器用于对桥梁的温度检测、车辆载荷检测 [15]。 光纤光栅位移传感器、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅压力传感器 等 在国内都已经有商品化的产品了。 (4)电动式传感器是一种典型的发电型传感器，它在工作过程中不需要外加电源，而是直接吸取被测物体的机械能并转换成电信号输出。 电动式传感器主要用于测量物体的振动速度，配以积分电路或微分电路还可测量振动位移或加速度。 它的灵敏度 高、输出阻抗低、输出功率大、性能稳定，还可制成多种结构形式以适应不同的测量场合。 输出阻抗低可以降低对绝缘和输出电路的要求并减小了连接电缆的噪声干扰。 但是电动式传感器易磨损，工作温度不高，频响范围有限。 电动式传感器广泛应用于航空、 兵器工业 和民用工业。 在飞机的设计制造中常采用电动式传感器对一些重要部件进行振动测试。 在火炮炮筒振动对射弹散布影响的研究中，相对式电动传感器是测量炮口振动速度的重要元件。 在民用工业 方面，对于各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、 化工设备 、各种水管道、气管道、桥梁楼房等的振动监测或振动研究都广泛使用电动式传感器。 测量割台高度可选择的传感器 在收割过程中，要根据收割对象的生长状况进行合适的调节割台高度。 如果工作过程中割台高度调节的不合适，可能会 使 机器堵塞，从而出现故障和降低作业效率，如果割茬过高也会影响下次的耕种或者降低产量。 因此，割台的控制对机械化作业的高效 率、高质量具有重要意义。 以下几种传感器目前都很好地用在收割机上来对割台进行控制。 红外传感器 红外技术 [5]已经发展成为一种新兴的技术，目前被广泛应用在工农业 、 医学方面、军事、航天等领域。 在军事上的应用有红外成像、搜 索 跟踪系统、红外制导火箭、警戒系统等；如医疗上的红外诊断和辅助治疗；工农业方面的温度探测、红外烘干 以及 红外测距；日常生活中的红外取暖、自动门、自动水龙头等。 (1) 红外辐射 红外辐射 [3,17]就是平时所说的红外线，它是一种辐射波长大约在 ~1000μ m 的不可见光。 工程上把红外 线所占据的波段分为近红外、中红外、远红外和极红外四部分。 参考文献 11 红外辐射的物理本质就是热辐射， 凡是温度高于绝对零度的所有物体都在不停地向周围空间以热辐射或电磁辐射发出能量。 物体温度越高，辐射出来的红外线就越多，辐射的能量也就越高。 红外线的本质和可见光和电磁波的性质一样，具有反射、折射、干涉、吸收等特性，它在真空中以光速传播，并具有明显的波粒二象性。 红外辐射和所有电磁波一样， 是 以波的形式在空间 中 直线传播 的。 大气是红外辐射的主要传播介质，当红外线 在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带。 (2) 红外传 感器组成 红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路和显示单元等组成 [6]。 红外传感器的核心是红外探测器，是利用红外辐射与物质相互作用所表现的物理效应来探测红外辐射的。 红外探测器的种类很多，根据探测机理的不同分为热探测器和光子探测器。 (3) 红外辐射传感器测量割幅的原理 红外辐射传感器是利用仪器发出一束光（通常是近红外光）照射到作物的表面，仪器同时接受被测作物反射回的能量，根据接收到的反射光的能量来判断作物的距离。 超声波传感器 超声波通常是指频率在 20xx0HZ 以上的高频声波 [17]。 在其 强度较低时，超声波可以作为探测负载信息的载体与媒介，称为检测超声。 而当其强度超过一定值时，则与传声媒介相互作用，可以改变以致破坏传声媒介的状态、性质及结构，称为高能超声或功率超声。 超声技术是一门以物理、电子、机械以及材料学为基础的通用技术。 它是通过超声波产生、传播及接收的物理过程完成的。 超声波广泛应用于冶金、机械、医疗等行业。 超声波传感器是利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置，通常也称为超声波换能器、探测器。 超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中压电式控头最常用。 压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。 它是根据压电材料的压电效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电效应是将超声振动波转换成电信号，可作为接受探头。 (1)超声波物位传感器 超声波物位传感器是根据超声波在两种介质的分界面上的反射特性来制成的。 如果从发射超声脉冲开始到接收换能器接收到反射波为止的时间间隔已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法对物位进行测量。 激光传感器 激光技术和激光器是二十世纪六 十年代出现的最重大的科学技术之一。 激光技术与传感器在水稻收割机上的应用及发展 应用的迅猛发展，已与多个学科相结合，形成新兴的交叉学科，如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光学、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。 这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展，使得激光器的应用范围扩展到几乎国民经济的所有领域。 激光传感器 [3,5,17]是利用激光技术进行测量的传感器。 它由激光器、激光检测器和测量电路组成。 激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后激光 向各方向散射。 部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。 雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。 常见的是激光测距传感器，它通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离 [16]。 激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。 各传感器的优缺点及在其他领域的应用 (1)红外传感器 红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，并且灵敏度高，响应快等。 红外线传感器常用于无接触温度 测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。 例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。 例如红外线遥控鼠标、红外线夜视摄影功能都给我们的生活带来了很大的便利。 (2)超声波传感器可以实现非接触测量、安装方便、不受被测介质影响，可以在较高温度下测量、精度高、功能强等特点。 对于测距来说，超声波传感器具有频率 高、波长短、定向性好、振幅小、加速度大、能量集中等显著特点。 目前，为了提高焊接质量和效率，改善人工劳动条件，焊接技术正在向半自动化方向发展，目前超声波传感器在汽车领域用于焊接生产已经很广泛了。 超声波流量传感器具有不阻碍流体流动等特点而用于对自来水、工业用水、农业用水等进行测量。 超声波测距传感器测量从换能器发出的超声波经目标反射后沿原路返回接收换能器所需的时间，再由渡越时间和介质中的声速即可求得目标与传感器的距离。 (3)激光传感器因具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性而广泛应用于测量和加工。 它可 以实现无触点远距离测量、速度高、精度高、测量范围广、抗电磁干扰能力强。 目前军事上 用于对地形的测量，比如战场前沿测距，测云层、飞机、导弹等的高度；激光雷达用于火炮控制、跟踪系统识别等；激光制导武器具有命中率高、抗电磁干扰能力强而成为未来武器发展的新趋势。 还有日常生活用的鼠标，激光打印机，验钞器等都用到了激光技术。 参考文献 13 测量谷物流量可选用传感器 面对我国庞大的人口，耕地资源的不断减少，粮食安全问题已经不能小觑，提高粮食产量对保障粮食安全具有重要战略意义。 目前，所提出的精细农业的一个重要指标就是对粮食产量的精准 测量，粮食产量可以反映出田间影响产量的因素，例如，墒情、病虫害、肥料的利用率等，为此，我们可以根据实际情况采取相应的措施来保证粮食产量。 在对粮食产量测量过程中，谷物流量传感器是这个测量系统的核心，目前我们采用的谷物流量传感器有光电容积传感器、 γ 射线式流量 传感器、冲量式流量传感器和刮板轮式容积流量传感器等几种。 光电式容积传感器 光电式容积传感器是由对射式光电开关、电缆、稳压电路、信号采集电路、信号处理电路等组成。 光电式容积传感器的结构原理图如图 44 所示，在使用过程中，把它安装在收割机谷物升运器两 侧，当升运器刮板运送谷物上升时，上升的谷物经过光电开光之间时，会阻断光路，使接收元件接收不到来自发光元件的光，光电敏感元件间断地接收光的反射信号，再经过转换电路处理，将反射光脉冲转换成电脉冲信号。 再由阻断时间间隔就可以计算出谷物的流量。 图 44 光电容积传感器 γ射线式流量传感器 γ射线式流量传感器也称为核辐射监测装置，它是根据被测物质对放射线的吸收、穿透能力、反射、散射或被测物质的电离激发作用而工作的。 它可以用来测量物质的密度、厚度、分析气体成分、探测物体内部结构等。 当原子核 发生α、β衰变时，往往衰变到核的激发态，处于激发态的原子核是不稳定的，他会向低激发态或者基态跃迁，同传感器在水稻收割机上的应用及发展 时释放出γ光子，产生γ射线。 放射线源多使用 Co60 或 Cs137 等放射性同位素发出的γ射线源 [56]。 γ射线式流量传感器的一个重要组成部分就是核辐射接收器，它将核辐射信号转换成电信号，从而探测出射线的强弱变化。 在工作过程中，射线源对准传感器，当升运器运送的谷物 被抛出后，辐射源的放射线经谷物的反向散射，将导致传感器测出的辐射强度发生变化。 它的结构原理图 [28]如图 45 所示， 图 45 γ 射线式流量传感器 射到探测器上的透射射线强度 J 和谷物质量 m的关系为 m0 eJJ  （ 44）。