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傳感器在農(nóng)機(jī)機(jī)械中的應(yīng)用研究論文
引言
我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó), 但我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)卻并不發(fā)達(dá), 很多地區(qū)采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式, 極大地降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。隨著世界農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的逐漸進(jìn)步, 傳感技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的必然途徑, 在未來將會(huì)極大地改變農(nóng)業(yè)地區(qū)人民的生產(chǎn)生活習(xí)慣。想要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化控制, 其關(guān)鍵就在于準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械每個(gè)結(jié)構(gòu)和部件的工作狀態(tài)。將傳感器應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域, 有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理農(nóng)業(yè)機(jī)械工作中容易出現(xiàn)的問題, 并能促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程, 保證農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的可靠性、降低工作能耗、節(jié)省人力和資源的投入。傳感器因其反應(yīng)速度快、分辨力高、易于實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量、精度高、可靠性好, 加之半導(dǎo)體光敏器件的體積小、質(zhì)量輕、功耗較低、容易集成等優(yōu)點(diǎn), 因而被各行各業(yè)廣泛使用。如果不在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用傳感器技術(shù), 那么農(nóng)業(yè)機(jī)械在工作時(shí)就難以精準(zhǔn)地獲取整個(gè)設(shè)備的信息, 更無法完成信息處理和設(shè)備檢測(cè)等進(jìn)一步的工作。由此可見, 在我國(guó)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)之上, 發(fā)展與傳感器相結(jié)合的農(nóng)業(yè)機(jī)械化新方向是必要的。
1 傳感器的特點(diǎn)介紹。
傳感器是一種能感受到被測(cè)量的信息檢測(cè)裝置, 并且能夠?qū)⒏惺艿降男畔? 按照一定規(guī)律性轉(zhuǎn)變成電信號(hào)或其他形式的信號(hào), 用來滿足信息的傳輸、顯示、存儲(chǔ)、處理、控制和記錄等要求。利用物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng), 把被測(cè)量的不同信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào), 這是信息獲取的有效手段, 是新時(shí)期信息技術(shù)的重大發(fā)明。
傳感器的優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn):
(1) 對(duì)信息的反饋速度快;
(2) 對(duì)接觸到的和不同距離的測(cè)量量均適應(yīng);
(3) 針對(duì)不同工作情況具有分辨力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn);
(4) 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng), 對(duì)傳感器而言在環(huán)境差的農(nóng)業(yè)作業(yè)中同樣能準(zhǔn)確獲取需要的測(cè)量信息。
隨著當(dāng)今時(shí)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人類對(duì)自然界的不斷探索及信息技術(shù)的快速發(fā)展, 信息的快速傳遞程度和精確傳遞成為了當(dāng)前必須要研究的課題, 傳感器技術(shù)就是這一方向的主力技術(shù)之一, 它具有智能化、微型化、數(shù)字化、系統(tǒng)化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。傳感器的技術(shù)相對(duì)復(fù)雜, 制造工序比較多, 如果技術(shù)水平跟不上, 即使有相關(guān)政策支持并且投入大量的資金和人力, 依然無法達(dá)到所需的要求。因?yàn)樵趥鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)制造過程中存在很多的非線性、溫度、零點(diǎn)、蠕變等性能補(bǔ)償, 還有很多的誤差需要調(diào)整, 目前我國(guó)技術(shù)在補(bǔ)償度、高穩(wěn)定、高可靠性等方面還需進(jìn)一步發(fā)展。
2 農(nóng)業(yè)機(jī)械中的傳感器應(yīng)用及工作范圍。
2.1 光電傳感器在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用。
光電傳感器的工作原理是將所需要測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號(hào)的變化量, 再借助光電元件把光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電學(xué)信號(hào)。它通常包括光電元件、光源和光學(xué)通路3個(gè)部分。播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié), 播種過程中控制系統(tǒng)反應(yīng)的快速程度以及可靠程度是播種類農(nóng)業(yè)機(jī)械工作中需要解決的重要問題。排種器作為播種機(jī)的重要部件, 光電傳感器可以對(duì)播種的種子籽粒距離進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗電磁干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn), 并且不會(huì)對(duì)播種的機(jī)械過程產(chǎn)生影響。光電傳感器現(xiàn)已發(fā)展成為國(guó)內(nèi)外種子籽粒距離檢測(cè)的最有效方法之一, 通過對(duì)地輪前進(jìn)速度的記錄和對(duì)兩籽粒播種的時(shí)間間隔來計(jì)算兩粒種子之間的距離, 將光電傳感器安裝于導(dǎo)種管之上, 進(jìn)行播種數(shù)量的統(tǒng)計(jì), 每次種子遮擋光電傳感器時(shí), 在其通過后都會(huì)使光電管發(fā)出相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào), 系統(tǒng)會(huì)對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。將導(dǎo)種管播種數(shù)量的信號(hào)精確轉(zhuǎn)變成為可以被單片機(jī)所識(shí)別的信號(hào), 這是光電傳感器需完成的首要任務(wù), 光電傳感器工作的優(yōu)良程度直接影響到整個(gè)播種系統(tǒng)的性能和效果, 進(jìn)而影響產(chǎn)量。
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)水平的提高, 在某些農(nóng)用噴藥機(jī)設(shè)備上, 采用液壓結(jié)構(gòu)來控制噴藥桿的工作位置、平衡與穩(wěn)定, 同時(shí)采用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)機(jī)械行進(jìn)速度、需要植保面積、噴藥所需壓力、噴藥量等進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié), 改善了農(nóng)機(jī)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度, 同時(shí)也提高了噴藥機(jī)的作業(yè)效率和可靠程度。相關(guān)學(xué)者在“光電傳感器在水庫(kù)測(cè)量中的應(yīng)用研究”中提及, 紅外光電傳感器的特點(diǎn)是:靈敏度高、體積小、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng), 適用于在指定的特殊環(huán)境中使用。
2.2 壓力傳感器在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用。
壓力傳感器是眾多的傳感器中的一種, 它具有其他傳感器所不具備的特性, 壓力傳感器常被用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域, 它可以完成制動(dòng)壓力、監(jiān)測(cè)氣動(dòng)、機(jī)油壓力、輕載液壓、傳動(dòng)裝置、機(jī)械結(jié)構(gòu)氣閘等關(guān)鍵系統(tǒng)的壓力、流量、液力及液位等來維持機(jī)械設(shè)備的性能。通過在農(nóng)業(yè)機(jī)械中廣泛應(yīng)用壓力傳感器, 可以解決很多農(nóng)業(yè)機(jī)械難以解決的難題, 有利于我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)現(xiàn)代化的普及。正確的選擇壓力傳器可以大大提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的可靠性, 并且可以延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵部件的壽命。壓力傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用主要可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1) 使用壓力傳感器測(cè)量液壓和氣壓:測(cè)量液體肥料噴霧壓力, 在大型噴霧設(shè)備中應(yīng)用液壓來控制噴桿工作狀態(tài)以及控制平衡和穩(wěn)定; (2) 使用壓力傳感器能夠通過液壓傳動(dòng)對(duì)農(nóng)耕用具進(jìn)行提升和移動(dòng), 監(jiān)測(cè)和控制制動(dòng)及調(diào)平犁地和播種設(shè)備的安全系統(tǒng)的壓力; (3) 壓力傳感器還可通過測(cè)量油壓和液壓充油壓力等數(shù)據(jù)來保證農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用安全。針對(duì)不同的農(nóng)業(yè)工作選擇相對(duì)應(yīng)的壓力傳感器, 對(duì)于液壓和氣動(dòng)的傳感器, 要注意其載荷、防暴等關(guān)鍵因素的認(rèn)真選擇和使用, 確保工作過程的安全可靠。
2.3 傳感器定位在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用。
隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的普及, 應(yīng)用衛(wèi)星進(jìn)行田地測(cè)量和農(nóng)機(jī)控制也逐漸走進(jìn)了我國(guó)農(nóng)民的生活, 衛(wèi)星定位系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中起著重要的作用, 然而在實(shí)際的農(nóng)機(jī)裝備使用中, 高精度的衛(wèi)星定位系統(tǒng)成本很高, 農(nóng)業(yè)機(jī)械使用時(shí)雖然效果好但卻極大地提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的售價(jià), 若選用低精度的GPS傳感器, 雖然成本會(huì)下降一些, 但卻在一些方面難以滿足實(shí)際需求。因此, 選擇更加適合農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的數(shù)字傳感器代替衛(wèi)星定位控制, 不僅提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的定位精度, 還節(jié)約了制造成本。數(shù)字傳感器是把傳統(tǒng)模式下GPS輸入輸出信號(hào)改造成有A/D轉(zhuǎn)換模塊的傳感器, 輸出的信號(hào)是數(shù)字。它的原理就是在原有數(shù)字補(bǔ)償物理模型和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上, 利用計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)勢(shì)性能進(jìn)行誤差修正與補(bǔ)償, 從而給出準(zhǔn)確和可靠的數(shù)字補(bǔ)償精度。農(nóng)業(yè)機(jī)械GPS導(dǎo)航技術(shù)包括全球定位導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航和電纜導(dǎo)航等, 數(shù)字定位技術(shù)包括相對(duì)定位技術(shù)和絕對(duì)定位技術(shù)兩種。在農(nóng)業(yè)機(jī)械工作時(shí), 因?yàn)檗r(nóng)作物兩行之間的距離較小, 對(duì)于大型農(nóng)業(yè)機(jī)械來說, 在復(fù)雜的農(nóng)田里工作需要較高的側(cè)向控制準(zhǔn)確度, 這可以利用先進(jìn)的聲吶技術(shù)和激光技術(shù)等獲取道路信息, 然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析, 控制農(nóng)業(yè)機(jī)械的行進(jìn)方式。充分將傳感器技術(shù)與數(shù)學(xué)建模技術(shù)相結(jié)合, 使得農(nóng)業(yè)機(jī)械在復(fù)雜的環(huán)境下, 在傳感器控制下根據(jù)路況信息自動(dòng)進(jìn)行行駛調(diào)整。
3 傳感器在農(nóng)機(jī)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展方向。
農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中具有非常重要的作用, 發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。隨著農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展, 農(nóng)業(yè)機(jī)械不斷的向自動(dòng)化農(nóng)業(yè)發(fā)展, 傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械中被廣泛的應(yīng)用, 正因?yàn)閭鞲衅髟谵r(nóng)業(yè)機(jī)械中占重要的主導(dǎo)地位, 這也對(duì)傳感器提出了更高的要求。所以, 開發(fā)傳感器的趨勢(shì)是多功能、微型化、網(wǎng)絡(luò)化, 并具有更高測(cè)量精度和高性能指標(biāo)。近代物理學(xué)的新技術(shù), 如納米技術(shù)、紅外、超聲、激光、微波、光纖、強(qiáng)磁體、放射性同位素等技術(shù), 開辟了傳感器集成化的廣闊前景;在同一硅片上集成了微米級(jí)的敏感傳感元件、信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換處理電路等不同功能的元件, 以此為基礎(chǔ)開發(fā)出體積更小、更易于封裝、可靠性高、功能強(qiáng)大的新型傳感器是傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)。研發(fā)人員可以參考自然界中特殊生物的感觀能力進(jìn)一步研究, 開發(fā)新型的仿生傳感器。同時(shí)傳感器也將向著微型化發(fā)展, 在不同的零部件可實(shí)現(xiàn)多種功能交叉的前提之下, 傳感器的元器件逐步向著小型化方向發(fā)展, 最終可以實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)化。同時(shí), 隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械大范圍的使用新型傳感器, 可實(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)控制農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)并進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試以及故障診斷。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制的高精確性, 從而夠成一系列的網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。伴隨著國(guó)際化的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程, 傳感器在其中的作用也越來越明顯。傳感器技術(shù)作為新時(shí)代的技術(shù)之一, 具有極高的可開發(fā)價(jià)值, 對(duì)未來農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展起著決定性作用。這需要我們不斷提升農(nóng)業(yè)機(jī)械中傳感器的使用效率, 近而減輕農(nóng)業(yè)機(jī)械操作的難度, 使得農(nóng)業(yè)機(jī)械向著更加人性化的方向發(fā)展。
4 結(jié)論
由此可見, 伴隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的不斷發(fā)展, 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作為一種新的農(nóng)機(jī)戰(zhàn)略思想, 強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)化和智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中的重要運(yùn)用。盡管我國(guó)的傳感器技術(shù)發(fā)展較晚, 但其應(yīng)用領(lǐng)域也已經(jīng)極為廣泛, 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 對(duì)傳感器精準(zhǔn)性、可靠性、穩(wěn)定性的要求也越來越高, 傳感器系統(tǒng)更需要具有相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理能力, 并能夠有序的完成自檢、校對(duì)、補(bǔ)償?shù)纫? 盡管傳統(tǒng)的光電傳感器仍具有其自身優(yōu)勢(shì), 但是單憑光電傳感器已經(jīng)不能完全滿足農(nóng)機(jī)現(xiàn)代化的要求了, 而更加智能傳感器的研發(fā)成了時(shí)下新的研究重點(diǎn)。同時(shí), 在農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用新型傳感器能極大的提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化程度, 將農(nóng)業(yè)機(jī)械與傳感器完美結(jié)合可以在更高層次上推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。
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