[发明专利]联合收割机的谷物流量测量装置及测产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种联合收割机的谷物流量测量装置及测产方法，属于测量装置技术领域，用于联合收割机收割工作过程中在线测量谷物流量和收割作物产量。 

背景技术

在谷物收割过程中，在线采集的作物产量及其空间分布信息(产量图)，集中反映了农田土壤特性、化肥利用、地形结构、气象因素、灌溉情况、虫草侵害等因素对产量的影响。它既可以为后续变量作业提供决策依据，又能够反馈先前精确农作诸环节的实施效果，使精确农业成为一个完整的闭环调节系统。因此，作物产量是精细农业中需要获取的重要信息，而谷物流量测量装置作为作物产量测试的关键核心部件，其性能直接影响产量图的精度。 

目前国内外作物产量测量基本原理是：上海交通大学的专利申请200510027056.7，名称是“基于单片机和电子盘存储的谷物测产系统”以及专利申请200510027055.2，名称是“基于远程数据传输的智能测产系统”：利用GPS给出每秒联合收割机在田间的经、纬度坐标，通过流量测量装置或者传感器测量单位时间内谷物的质量流量值，再利用速度传感器记录前进的速度，根据幅宽，通过流量除以收割机机器通过的面积(行走速度×收割宽度)即为单位面积的产量，从而将谷物流量值换算为单位农田小区面积产量值。这两件专利申请的缺陷是：产量值没有考虑收割时空气湿度和谷物含水率影响，与在标准空气湿度和谷物含水率下测得的标准作物产量没有可比性，同时该产量值和收割面积一样，作为收割机收割费用的依据也不科学合理。 

欧美国家在20世纪90年代就已开发出多种类型商品化谷物流量传感器，目前国内外谷物流量测量从测量形式看主要有测量体积流量和质量流量两种方法。从测量技术看主要有： 

冲击式流量传感器。采用冲击式载荷测量法，冲量式谷物质量流量传感器以安装方便，对谷物品种不敏感，没有任何潜在污染等特点而被较多采用。但是，在实际使用中，载荷测量一般是采用应变片测力、半导体压阻元件测力和电容测力的原理进行力的测量。由于联合收割机工作环境恶劣，振动严重、干扰大，同时需要连续动态测量，这几种测量力的方案均会产生较大的测量误差。另外根据资料介绍，美国Ag Leader公司商品化的谷物测产计价系统(不含GPS)一套约为4.0万元人民币左右，价格较高，在我国难于应用推广。同时冲击式流量传感器在我国也一直倍受重视，如：中国农业大学于2000年引进一台带AFS系统的CASE2366联合收割机，2002年6月在消化吸收基础上自主开发了一套适用谷物收获的测产系统；2000年6月上海市精准农业技术有限公司与上海交通大学机器人研究所开始合作，研制了我国第一台拥有自主知识产权的联合收割机智能测产系统“精准一号”，2006年上海交通大学设计一种平行梁结构冲量式谷物质量流量传感器，并以之为核心部件构建了测产系统，同时进行了大量的田间实验。但国内冲击式流量传感器研究进展缓慢，尚处于实验探讨阶段，要进入实际应用还有许多技术问题需要解决。 

γ射线式流量传感器。如英国Massey Ferguson公司研制生产的产量自动计量系统，采用γ射线吸收原理测量谷物流量，具有较高的精度，但制造成本较高，同时由于其利用γ射线作为测产手段，要用到放射性物质，在许多国家包括我国在射线产品的使用上受到严格限制，这就限制了γ射线式流量传感器的普及与推广。 

电容流量传感器。英国AGCO公司的Field Star系统，及英国RDS公司的产量监测系统等曾用电容法测量谷物质量流量，这种测量系统会受到谷物湿度、谷物在容器内的分布及机器运行状态的影响。 

总体来说，上述三种质量流量测量技术虽各具特色，但应用这些测量技术设计的谷物流量传感器在实际使用中均存在着精度不高、性能不稳定、成本高等问题。 

光电式容积流量测量装置。德国采用容积式光电测量法，通过测量谷物升运器内谷物高度得出体积流量，这种方法会受到机器倾斜及谷物湿度的影响，在不测定谷物的密度和含水量情况下，确定谷物质量流量误差较大。如根据资料介绍，在进行316m×20m左右收获面积田间试验时，由于随机干扰的影响，谷物质量流量试验误差达10％。