一种高速籽粒计数传感器及检测方法技术

本发明专利技术提供一种高速籽粒计数传感器及检测方法，包括敏感板、敏感元件、信号处理电路、控制器和显示器；本发明专利技术针对籽粒冲击信号的特点，通过设计的信号处理电路，将压电敏感元件产生的籽粒冲击电荷信号转换为数字方波和模拟电压双信号输出；同时采用自适应模糊神经网络ANFIS算法，对数字方波和模拟电压进行信号融合，通过标定试验和训练，提高ANFIS算法的稳定性，从而提高籽粒计数速率，即提高计数传感器的量程。本发明专利技术还通过对敏感板进行强化处理，提高籽粒冲击信号的幅值和衰减速率。

【技术实现步骤摘要】
一种高速籽粒计数传感器及检测方法
本专利技术属于农业机械
，尤其涉及一种高速籽粒计数传感器及检测方法。
技术介绍
清选是谷物联合收获机作业的重要环节，清选性能直接影响谷物损失率和整机作业性能的重要因素。联合收获机清选装置主要由风机和振动筛(风筛式)组成，籽粒的透筛状态是影响清选性能的重要因素，籽粒透筛状态和清选损失率通常可以在筛下和筛尾安装籽粒计数传感器进行实时监测。目前，籽粒计数传感器一般采用压电陶瓷作为传感元件，将压电陶瓷固定在金属敏感板中心位置。物料冲击敏感板时，压电陶瓷将敏感板所产生的周期振荡信号转变为电荷信号；由于饱满籽粒、茎秆等杂余的物理特性不同，它们冲击敏感板产生的振动响应不同，可以根据输出电荷的幅值提取籽粒冲击信号，并将其整形为脉冲方波信号输出，即监测到一个籽粒冲击，输出一个方波信号，通过统计方波信号数量进行籽粒计数。采用这种方法存在一个普遍问题是籽粒测量的速率较低，究其原因：由于输出方波信号有一定的时间宽度，随着单位时间内籽粒的数量的增大，方波信号会产生混叠，即当一个方波时间宽度内有多个籽粒冲击时，只能输出一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速籽粒计数传感器，其特征在于，包括敏感板(1)、敏感元件(6)、信号处理电路、控制器和显示器；/n所述敏感板(1)的底部设有敏感元件(6)，所述敏感元件(6)与信号处理电路连接，所述信号处理电路与控制器连接，所述控制器与显示器连接；所述敏感元件(6)用于检测敏感板(1)上籽粒冲击产生的振动信号，并将振动信号转换为电荷信号输出至信号处理电路，信号处理电路将电荷信号转换为标准方波信号v

【技术特征摘要】
1.一种高速籽粒计数传感器，其特征在于，包括敏感板(1)、敏感元件(6)、信号处理电路、控制器和显示器；
所述敏感板(1)的底部设有敏感元件(6)，所述敏感元件(6)与信号处理电路连接，所述信号处理电路与控制器连接，所述控制器与显示器连接；所述敏感元件(6)用于检测敏感板(1)上籽粒冲击产生的振动信号，并将振动信号转换为电荷信号输出至信号处理电路，信号处理电路将电荷信号转换为标准方波信号v1和模拟电压信号v2输出至控制器；所述控制器对输入信号v1和v2进行采样，获得单位时间标准方波信号v1的个数Nv1和单位时间v2的模拟电压均值Uv2，Nv1和Uv2输入至ANFIS模型，ANFIS模型通过自适应模糊神经网络计算输出籽粒数量Np，在显示器上显示。


2.根据权利要求1所述的高速籽粒计数传感器，其特征在于，所述信号处理电路包括前处理电路、脉冲输出电路和电压输出电路；
所述前处理电路分别与脉冲输出电路和电压输出电路连接；所述前处理电路用于将籽粒冲击敏感板(1)产生的电荷信号转变为电压信号v0，并将电压信号v0分别输入脉冲输出电路和电压输出电路；所述输入脉冲输出电路用于将电压信号v0整形为标准方波信号v1；所述电压输出电路用于将电压信号v0转变为模拟电压信号v2。


3.根据权利要求2所述的高速籽粒计数传感器，其特征在于，所述前处理电路包括电荷放大器和带通滤波器；所述电荷放大器用于将籽粒冲击产生的电荷信号转换为电压信号v0并传送到带通滤波器，所述带通滤波器用于滤除非籽粒冲击的信号。


4.根据权利要求2所述的高速籽粒计数传感器，其特征在于，所述脉冲输出电路包括依次串联的绝对值放大电路、包络检波电路、电压比较器和触发器；所述绝对值放大电路用于检测电压的峰值；所述包络检波电路用于对绝对值放大电路的输出信号进行包络检波处理，以获取籽粒碰撞信号的包络曲线；所述电压比较器用于对包络检波电路包络检波后的电压信号进行脉冲整形得到方波电压，将方波电压输入到所述触发器得到时间宽度稳定的标准方波信号v1；
所述电压输出电路包括依次连接的二级放大器、半波整流和低通滤波电路；所述二级放大器用于将前处理电路输出的电压信号v0进行放大后传送到半波整流，所述半波整流用于滤除电压信号v0中的负值信号后传送到低通滤波电路，通过低通滤波电路得到模拟电压信号v2。


5.根据权利要求1所述的高速籽粒计数传感器，其特征在于，所述敏感板(1)进行表面强化处理；所述敏感板(1)的材料为中碳钢、低碳钢、不锈钢或合金钢；所述敏感板(1)的厚度为0.5-1.5mm，表面硬度为HRC50。


6.根据权利要求1所述的高速籽粒计数传感器，其特征在于，所述ANFIS模型包括五层网络，以单位时间标准方波信号v1的个数Nv1和单位时间v2的模拟电压均值Uv2为输入，输出为预测的籽粒数量Np，表示第t层的第i个节点输出；
第1层：模糊化，用于对输入的Nv1和Uv2信号模糊化，共有m1+m2个节点，第1层节点i具有输出函数:



和



其中，Nv1、Uv2是节点i的输入；Ak、Bk分别是模糊集合A和B模糊子集；和为隶属度函数；是Ak或Bk的隶属度函数值，表示Nv1、Uv2属于Ak、Bk的程度；






当j＝1时，和分别表示第k个隶属函数的中心和宽度；当j＝2时，和分别表示第k个隶属函数的中心和宽度；和也称为前件参数；
第2层：规则适用度，这第2层共有n个节点，n＝m1×m2,第2层的节点用于将输入信号相乘，第2层每个节点的输出代表该条规则的可信度



当模糊集合为A，k＝1,2……m1；当模糊集合为B，k＝1,2……m2；
第3层：归一化适用度,共有n个节点，对第i个节点计算第i条规则的适用度与所有规则适用度之和的比值，第3层的输出称为归一化适用度



第4层：计算每...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵湛，金明志，陈军毅，秦芳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32