电容式排种性能检测传感器试验研究

【摘要】为提高精密播种性能检测系统的适应性，提出了一种采用电容式传感器检测排种性能的方法。前期工作中设计了3种电容传感器和排种性能检测的硬件、软件系统，在简易试验台上完成了单粒种子流测试。本文将电容传感器应用在指夹式玉米精密排种器性能检测中，以期找出合理的装配方案和排种速度适应范围，优化传感器结构参数，提高传感器的检测性能。主要内容如下：(1)电容式排种性能检测系统的模拟分析。采用ANSYS软件对提出的3种传感器进行玉米种子检测静态模拟，分析传感器的结构对测试结果的影响。根据输种管的结构建立了长60mm宽24mm高40mm的模拟空间，参照实际种子的参数将其简化为边长4mm的正方体模型。设定激励电压1.5V、玉米种子介电常数3和空气介电常数1，通过模拟得出有无种子时电容值变化量为：E型交叉极板0.232pF；对置式极板0.014pF；差动式三级板0.235pF。模拟结果与单粒玉米种子流试验结果基本一致：E型极板和差动式三级板可实现种子检测，对置式极板不可行。(2)电容式排种性能检测传感器的试验研究。为考察电容传感器结构参数对玉米排种性能检测结果的影响，将E型电容传感器装配到指夹式排种器上，进行室内台架测试。分析了极板间距、极板安装位置、机车作业速度，对传感器输出的影响，确定了极板间距0.4~2mm，极板安装位置20~30mm，机车作业速度5~9km/h，均匀选取5水平，采用均匀设计法进行试验研究。试验结果表明，有种子通过时电容值均有变大。在极板间距为1.6mm、极板安装位置为25cm、机车作业速度为5km/h条件下，有种子通过时电容变化量的平均值为2.427pF，没有种子通过时为2.421pF。虽然电容值有变化，但是干扰信号较强，检测效果不太理想。(3)种子在输种管中运动状态的试验研究。为考察电容传感器输出信号中干扰信号较强的原因，进行了种子在输种管中运动轨迹试验，分析种子与传感器的距离、种子滚动和滑动状态对检测性能的影响。为考察种子在输种管中的运动轨迹，运用高速摄像法在排种速度为1~8km/h情况下，采用自制的有机玻璃输种管在排种试验台上进行试验研究。试验表明：在传感器检测范围内，播种速度低于2km/h时，种子与输种管底壁没有明显的间隙，播种均匀稳定，种子沿着输种管底壁滑动而下。播种速度在3km/h到6.5km/h时，种子在运动过程中与输种管底壁横向间隙平均大小是3.775~6.175mm，且种子有滚动现象。播种速度高于7km/h时种子投种点与该水平上输种管底壁距离大于7.3mm，种子与输种管底壁平均间距大于8.208mm，且种子在运动过程中有明显的碰壁现象和翻滚现象。为考察种子与传感器距离对其输出的影响，采用自制的纸板输种管和简易试验台在种子运动速度为0.664~1.192m/s时进行试验研究。试验表明：种子与传感器距离为0时，电容平均变化量为0.068~0.098pF，可以实现种子检测；距离为1mm和2mm时，电容平均变化量分别为0.006~0.014pF和0.004~0.01pF电容平均值小于0.02pF，不能检测种子流动情况。为考察种子滑动和滚动对传感器输出的影响，在简易试验台上采用10粒种子测试求电容平均值的方法进行试验研究。试验表明：种子在传感器表面滑动时比滚动电容值变化大。在同种条件下种子滑动经过电容传感器时电容值的平均变化量为0.109pF，可实现种子检测；种子滚动时电容值的平均变化量为0.02pF，不能达到检测目的。在排种速度高于3km/h时，种子运动轨迹距离电容传感器较远，影响检测效果，需要对输种管的结构进行改进，使种子沿着输种管底壁下滑，提高检测效果。
【作者】任德良；
【导师】孙裕晶；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】排种性能；检测；电容传感器；运动轨迹；

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