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1、传感器在水稻收割机上的应用及发展摘 要随着传感器技术的快速发展，传感器目前已经广泛应用于农业领域，提高了农业机械化程度并为保障粮食安全起到重要作用。本文主要介绍了水稻收割机的国内外现状以及传感器在水稻收割机上的作用和地位，并分析了水稻收割机实现各功能所用传感器的类型、工作原理、对比了实现同一功能所选传感器的优缺点以及在其他领域的应用，最后总结了传感器今后在农业机械上的发展趋势。关键词：传感器；农业；水稻收割机；趋势The application and development of sensors in rice harvesterAbstractAs the rapidly developm
2、ent of sensor technology,sensor has been used in agriculture extensively .It improves the degree of agricultural mechanization and contributes greatly to the safety for food.In this paper,firstly introducing the presentation situation of sensor at home and abroad and its effects on rice harvester.In
3、 the text,the kinds of sensors used in the key parts of rice harvester ,their working principle, characteristics and applications in other fields mainly have been described,then comparing the merits and demerits of sensors played the same role in the rice harvester .Finally summarizing the developme
4、nt trend of sensors in the agricultural machines.Key words: sensor; agriculture; rice harvester; trend目 录1绪论- 1 -1.1国内水稻收割机的发展现状- 2 -1.2国外水稻收割机的现状- 3 -2传感器概述- 4 -2.1传感器的组成- 4 -2.2传感器的分类及基本特性- 4 -2.2.1传感器的静态特性- 4 -2.2.2 传感器的动态特性- 5 -3传感器在收割机中的地位及作用- 5 -4传感器在水稻收割机上的应用- 6 -4.1测量水稻收割机前进速度可选择传感器的种类- 6 -4
5、.1.1霍尔传感器概述- 7 -4.1.2霍尔传感器的工作原理- 7 -4.1.3光电传感器概述- 8 -4.1.4光纤传感器- 9 -4.1.5电动式速度传感器- 10 -4.1.6以上传感器的特点及在其方面的应用- 10 -4.2 测量割台高度可选择的传感器- 11 -4.2.1红外传感器- 11 -4.2.2超声波传感器- 12 -4.2.3激光传感器- 13 -4.2.4各传感器的优缺点及在其他领域的应用- 13 -4.3测量谷物流量可选用传感器- 14 -4.3.1光电式容积传感器- 14 -4.3.2 射线式流量传感器- 15 -4.3.3冲量式流量传感器- 15 -4.3.4刮板
6、轮式容积流量传感器- 16 -4.3.5以上四种传感器优缺点的比较- 17 -4.4测量谷物湿度可选用的传感器- 17 -4.4.1氯化锂湿度传感器- 17 -4.4.2半导体陶瓷湿度传感器- 18 -4.4.3氧化铝湿度传感器- 18 -4.4.4微波湿度传感器- 19 -4.4.5各湿度传感器的优缺点对比及在其它领域的应用- 19 -4.5测量滚筒转速可选传感器- 20 -4.5.1应变型转矩传感器- 20 -4.5.2磁弹性传感器- 21 -4.5.3光栅式转矩传感器- 21 -4.5.4各扭矩传感器的优缺点比较- 22 -5传感器在农业机械方面的发展趋势- 22 -参考文献- 23 -
7、致 谢- 24 -1绪论1.1国内水稻收割机的发展现状我国水稻种植面积约占世界水稻总面积的四分之一，在全国粮食总播种面积中也占了很大比重，接近三分之一，占全国粮食总产量的百分之四十五1。可见它在全国粮食安全中的地位非同一般。随着近年来粮食产量的大幅增长，农村年轻劳动力的严重外流，因此，要求机械化的程度越来越高。实现对水稻的机械化生产是提高粮食产量的重要保障。在发达国家, 谷物收割已基本实现了机械化。美国70年代初机械收割面积已达 95%，目前联合收割机已向大型化、高速化和自动化方向发展;日本70年代中期研制出适应本国小块水田的小型联合收割机并很快大量投入应用,基本上实现了收获过程机械化2。目前
8、，我国对水稻的机械化生产水平还比较低，大部分依然靠人工收割，而美国、澳大利亚，日本已基本实现了全面的机械化生产。建国初期，我国的水稻收割主要是靠人力和畜力机械为主，上个世纪五十年代末我国启动了水稻收割机械的研制工作。广东省农机所在1965年开始研究轴流式脱粒装置1，1966年开始，先后与惠阳县农机一厂、佛山农机厂和广东机引农具厂共同开发了“丰收-I型”(配丰收-35拖拉机)，“珠江-2号”(配东方红-54)，“工农-I型”(配工农-11手扶拖拉机)等全喂入轴流型水稻收割机1-2。另外，广东省农机所还开发了金属覆带行走装置以解决收割机在水田中的行走问题。这一阶段，我国的水稻收获机械设计工作已全面
9、启动，水稻收获机械的发展开始繁荣起来。九十年代是我国水稻收获机械发展的关键阶段。这一时期，3-5马力小动力底盘立式割台收割机和中小型半喂入收割机均被成功研制出来。主要机型有直接输送侧向条放“鄂100-3”型和“上海-90型”收割机，中间输入侧向条放的浙江“嘉兴100-3”型、江西“南丰100-4”型收割机、江西“万安跃进-150型”和福建“南靖-L40”型集束堆放圆盘式收割机27等。这些机型的割幅均在1米左右，作业速度适当，整机重量比较轻，并采用并列式双轮胎或超低压宽断面轮胎，提高了收割机的水田行走性能和对作物的适应性。这一时期，配合水稻收割机的国产动力和拖拉机的技术也有较大发展，为水稻收获机
10、械的进一步发展提供了基础。另外，由中国农机院设计的带简易扶禾器的立式割台收割机在也被推广到一些地方使用，但这种收割机不能避免水田倒伏时的穗头沾水和分把困难，因此综合作业效率低，并且谷粒损失大，至今没有得到普遍使用。2002年以后，水稻联合收割机进入了更深层次的提高阶段。新的机型不断被研制- 23 -成功，如“湖州100-12”和“龙江-120”1等机型。此外，江苏、上海和云南三省在“龙江一120”基础上研制鉴定了“江南-120”，湖北、江西等省研制的与12马力机耕船配套的半喂入联合收割机，分别于1980年前后鉴定定型。中国农机院和福建等单位为“闽江-150”型研究设计了三角皮带无级变速专用底盘
11、率先应用于国产半喂入水稻联合收割机上，实现了作业过程的无级变速。同时，各省对刀片进行了技术攻关，对半喂入机型的主要零部件还进行了优化设计工作。中国农机院、广东农机所和江西农机所针对脱粒部件结构进行了一系列的室内外台架分析试验以探讨最佳的运动参数的结构设计。同时，中国农机院对半喂入联合收割机的核心工作部件一脱粒和清洗部件进行了创新性的试验分析。这些试验工作为我国水稻半喂入联合收割机的发展和产品系列化打下了良好的基础。1.2国外水稻收割机的现状日本是世界上半喂入式水稻联合收割机技术最先进的国家。半喂入式联合收割机具有机器结构小巧、适应性强、工作可靠性高、效率高、脱粒损失小等特点，是各国大力发展的机
12、型。日本开发的半喂入式联合收割机放弃了欧美全喂入式的传统结构,制造简单、拆装方便、操作舒适性强，并具备对各主要部件的电子自动监控功能，能够收割水稻、小麦等多种作物，在小田块、高湿烂田的作业性能也同样出色。经过几十年的研究和改进，日本半喂入联合收割机技术非常成熟。目前，日本国内的久保田、井关、洋马、三菱四个公司主要生产该类型的收割机，年产量超过10万台，市场保有量不下120万台2，全面实现了水稻收割的机械化。韩国的水稻收割机技术是在引进日本技术的基础上吸收再创新的，在日本机的基础上结合本国特点进行了国产化。韩国的国际、LG、大同、东洋四大公司从1975年开始就分别引进日本的久保田、洋马、井关、三
13、菱的技术进行仿制、创新。到90年代,韩国联合机收割水稻面积达到85%1，近年来，以日本为代表的半喂入联合收割机，具备了更加美观的整机造型。以人体工程学原理为基础，充分考虑了老年人、妇女操作的轻便性、安全性和舒适性。同时广泛采用了自动控制系统、零部件快速拆装机构、轻质材料、电动式喂入深度调节机构、整机润滑系统等。另外，发动机的配套动力得到了极大加强；主要零部件、机架、割台的强度和刚度得到强化。收割机的使用成本不断降低，使用寿命得到延长。在行走机构的设计上,液压无级变速机构被泛推广；悬挂式支承轮和履带中部可转动支重轮的研制成功大大加强了收割机的跨沟过埂和清除淤泥的能力。要实现全面的机械化收割，传感
14、器将起到举足轻重的作用，对提高水稻收割机的适应性和可靠性具有重要的作用。目前，不同品牌的收割机上用的传感器也有所不同。本文主要用对比的方法分析了水稻收割机上各重要部位可选用的传感器类型，并加以择优选择。为日后工程技术人员提供一定的参考。- 1 -2传感器概述 2.1传感器的组成传感器3是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件以及相应的电子线路组成。它的输出信号通常是电压、电流、电阻和电容等便于传输、转换、输出，处理的电量。传感器的原理决定了输出信号的形式。其组成框图6如下:敏感元件转换元件信号调理转换电路辅助电源图2.1 传感器组成框图其中，
15、敏感元件4是在传感器中能完成预变换和能直接感受或响应被测量的器件。转换元件又称为变换器，它能将敏感元件感受到或者响应的非电量转换成电量3-5。信号调理转换电路对传感器输出的微弱信号进行放大运算、调制等处理。2.2传感器的分类及基本特性目前，传感器种类繁多，很多时候一种被测量可以用不同的传感器来完成；而且传感器应用原理多种多样，同一原理的传感器又可测量不同的被测量。因此，对传感器的分类可谓是仁者见仁，智者见智，目前国内外尚无统一的分类方法，但通常采用以下方法对其进行分类3,6,17：（1）根据被测物理量划分，例如，温度传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、气敏传感器等；（2）是根据传感器的工作原理划分，例如，应变式传感器、电容式传感器、磁敏传感器等；（3）根据输出信号的性质可分为模拟式传感器和数字式传感器；（4）根据能量转换原理分为有源传感器和无源传感器。其中有源传感器能将非电量转换成电能量，例如电动势传感器、压电式传感器、磁电式传感器等；无源传感器不能转换能量，只是把被测非电量转换成电参数的量，如电阻式传感器、电容式传感器等。在生产、科学实验中，传感器的基本特性决定了它能否感受被测非电量的变化并不失真地
