感測器在農機機械中的應用研究論文
引言
我國是農業生產大國, 但我國的農業機械技術卻並不發達, 很多地區採用傳統的生產模式, 極大地降低了農業生產效率。隨著世界農業機械自動化的逐漸進步, 感測技術作為農業機械發展的必然途徑, 在未來將會極大地改變農業地區人民的生產生活習慣。想要實現農業機械的自動化控制, 其關鍵就在於準確監測農業機械每個結構和部件的工作狀態。將感測器應用於農業機械領域, 有利於及時發現並處理農業機械工作中容易出現的問題, 並能促進農業機械自動化發展程序, 保證農業機械使用的可靠性、降低工作能耗、節省人力和資源的投入。感測器因其反應速度快、分辨力高、易於實現非接觸式測量、精度高、可靠性好, 加之半導體光敏器件的體積小、質量輕、功耗較低、容易整合等優點, 因而被各行各業廣泛使用。如果不在農業機械中應用感測器技術, 那麼農業機械在工作時就難以精準地獲取整個裝置的資訊, 更無法完成資訊處理和裝置檢測等進一步的工作。由此可見, 在我國現有的農業機械技術之上, 發展與感測器相結合的農業機械化新方向是必要的。
1 感測器的特點介紹。
感測器是一種能感受到被測量的資訊檢測裝置, 並且能夠將感受到的資訊, 按照一定規律性轉變成電訊號或其他形式的訊號, 用來滿足資訊的傳輸、顯示、儲存、處理、控制和記錄等要求。利用物理效應、化學效應和生物效應, 把被測量的不同資訊轉換成電訊號, 這是資訊獲取的有效手段, 是新時期資訊科技的重大發明。
感測器的優勢包括以下幾點:
(1) 對資訊的反饋速度快;
(2) 對接觸到的和不同距離的測量量均適應;
(3) 針對不同工作情況具有分辨力強、可靠性強、精度高等特點;
(4) 環境適應能力強, 對感測器而言在環境差的農業作業中同樣能準確獲取需要的測量資訊。
隨著當今時代科學技術的發展、人類對自然界的不斷探索及資訊科技的快速發展, 資訊的快速傳遞程度和精確傳遞成為了當前必須要研究的課題, 感測器技術就是這一方向的主力技術之一, 它具有智慧化、微型化、數字化、系統化、多功能化、網路化等特點。感測器的技術相對複雜, 製造工序比較多, 如果技術水平跟不上, 即使有相關政策支援並且投入大量的資金和人力, 依然無法達到所需的要求。因為在感測器的設計製造過程中存在很多的非線性、溫度、零點、蠕變等效能補償, 還有很多的誤差需要調整, 目前我國技術在補償度、高穩定、高可靠性等方面還需進一步發展。
2 農業機械中的感測器應用及工作範圍。
2.1 光電感測器在農機中的應用。
光電感測器的工作原理是將所需要測量的物理量轉化成光學訊號的變化量, 再借助光電元件把光學訊號轉變成為電學訊號。它通常包括光電元件、光源和光學通路3個部分。播種是農業生產過程中的重要環節, 播種過程中控制系統反應的快速程度以及可靠程度是播種類農業機械工作中需要解決的重要問題。排種器作為播種機的重要部件, 光電感測器可以對播種的種子籽粒距離進行準確檢測。光電感測器具有結構簡單、抗電磁干擾能力強、價格低廉等優點, 並且不會對播種的機械過程產生影響。光電感測器現已發展成為國內外種子籽粒距離檢測的最有效方法之一, 透過對地輪前進速度的記錄和對兩籽粒播種的時間間隔來計算兩粒種子之間的.距離, 將光電感測器安裝於導種管之上, 進行播種數量的統計, 每次種子遮擋光電感測器時, 在其通過後都會使光電管發出相對應的脈衝訊號, 系統會對此資料進行記錄。將導種管播種數量的訊號精確轉變成為可以被微控制器所識別的訊號, 這是光電感測器需完成的首要任務, 光電感測器工作的優良程度直接影響到整個播種系統的效能和效果, 進而影響產量。
隨著我國農業機械技術水平的提高, 在某些農用噴藥機裝置上, 採用液壓結構來控制噴藥杆的工作位置、平衡與穩定, 同時採用自動控制技術對機械行進速度、需要植保面積、噴藥所需壓力、噴藥量等進行嚴格的監控和自動調節, 改善了農機操作人員的勞動強度, 同時也提高了噴藥機的作業效率和可靠程度。相關學者在“光電感測器在水庫測量中的應用研究”中提及, 紅外光電感測器的特點是:靈敏度高、體積小、環境適應能力強, 適用於在指定的特殊環境中使用。
2.2 壓力感測器在農機中的應用。
壓力感測器是眾多的感測器中的一種, 它具有其他感測器所不具備的特性, 壓力感測器常被用於交通運輸領域, 它可以完成制動壓力、監測氣動、機油壓力、輕載液壓、傳動裝置、機械結構氣閘等關鍵系統的壓力、流量、液力及液位等來維持機械裝置的效能。透過在農業機械中廣泛應用壓力感測器, 可以解決很多農業機械難以解決的難題, 有利於我國農業機械科學現代化的普及。正確的選擇壓力傳器可以大大提升農業機械裝置的可靠性, 並且可以延長農業機械關鍵部件的壽命。壓力感測器在農業機械中的應用主要可以體現在以下幾個方面: (1) 使用壓力感測器測量液壓和氣壓:測量液體肥料噴霧壓力, 在大型噴霧裝置中應用液壓來控制噴杆工作狀態以及控制平衡和穩定; (2) 使用壓力感測器能夠透過液壓傳動對農耕用具進行提升和移動, 監測和控制制動及調平犁地和播種裝置的安全系統的壓力; (3) 壓力感測器還可透過測量油壓和液壓充油壓力等資料來保證農業機械的使用安全。針對不同的農業工作選擇相對應的壓力感測器, 對於液壓和氣動的感測器, 要注意其載荷、防暴等關鍵因素的認真選擇和使用, 確保工作過程的安全可靠。
2.3 感測器定位在農機中的應用。
隨著衛星定位技術的普及, 應用衛星進行田地測量和農機控制也逐漸走進了我國農民的生活, 衛星定位系統在農業機械中起著重要的作用, 然而在實際的農機裝備使用中, 高精度的衛星定位系統成本很高, 農業機械使用時雖然效果好但卻極大地提升了農業機械的售價, 若選用低精度的GPS感測器, 雖然成本會下降一些, 但卻在一些方面難以滿足實際需求。因此, 選擇更加適合農業機械使用的數字感測器代替衛星定位控制, 不僅提升了農業機械的定位精度, 還節約了製造成本。數字感測器是把傳統模式下GPS輸入輸出訊號改造成有A/D轉換模組的感測器, 輸出的訊號是數字。它的原理就是在原有數字補償物理模型和數學模型的基礎之上, 利用計算機軟體的優勢效能進行誤差修正與補償, 從而給出準確和可靠的數字補償精度。農業機械GPS導航技術包括全球定位導航、超聲波導航和電纜導航等, 數字定位技術包括相對定位技術和絕對定位技術兩種。在農業機械工作時, 因為農作物兩行之間的距離較小, 對於大型農業機械來說, 在複雜的農田裡工作需要較高的側向控制準確度, 這可以利用先進的聲吶技術和鐳射技術等獲取道路資訊, 然後在計算機中進行分析, 控制農業機械的行進方式。充分將感測器技術與數學建模技術相結合, 使得農業機械在複雜的環境下, 在感測器控制下根據路況資訊自動進行行駛調整。
3 感測器在農機自動化領域的發展方向。
農業機械在現代農業中具有非常重要的作用, 發展農業機械化是發展現代農業的基礎。隨著農業的不斷髮展, 農業機械不斷的向自動化農業發展, 感測器在農業機械中被廣泛的應用, 正因為感測器在農業機械中佔重要的主導地位, 這也對感測器提出了更高的要求。所以, 開發感測器的趨勢是多功能、微型化、網路化, 並具有更高測量精度和高效能指標。近代物理學的新技術, 如奈米技術、紅外、超聲、鐳射、微波、光纖、強磁體、放射性同位素等技術, 開闢了感測器整合化的廣闊前景;在同一矽片上集成了微米級的敏感感測元件、訊號檢測、轉換處理電路等不同功能的元件, 以此為基礎開發出體積更小、更易於封裝、可靠性高、功能強大的新型感測器是感測器發展的新趨勢。研發人員可以參考自然界中特殊生物的感觀能力進一步研究, 開發新型的仿生感測器。同時感測器也將向著微型化發展, 在不同的零部件可實現多種功能交叉的前提之下, 感測器的元器件逐步向著小型化方向發展, 最終可以實現無線網路化。同時, 隨著農業機械大範圍的使用新型感測器, 可實現透過網際網路控制農業機械作業並進行遠端除錯以及故障診斷。實現農業機械自動控制的高精確性, 從而夠成一系列的網路化、現代化的農業機械生產檢測系統。伴隨著國際化的農業機械自動化發展程序, 感測器在其中的作用也越來越明顯。感測器技術作為新時代的技術之一, 具有極高的可開發價值, 對未來農業機械自動化發展起著決定性作用。這需要我們不斷提升農業機械中感測器的使用效率, 近而減輕農業機械操作的難度, 使得農業機械向著更加人性化的方向發展。
4 結論
由此可見, 伴隨著農業機械的不斷髮展, 精準農業作為一種新的農機戰略思想, 強調了自動化和智慧化技術在農業機械生產中的重要運用。儘管我國的感測器技術發展較晚, 但其應用領域也已經極為廣泛, 隨著科學技術的不斷進步, 對感測器精準性、可靠性、穩定性的要求也越來越高, 感測器系統更需要具有相當的資料處理能力, 並能夠有序的完成自檢、校對、補償等要求, 儘管傳統的光電感測器仍具有其自身優勢, 但是單憑光電感測器已經不能完全滿足農機現代化的要求了, 而更加智慧感測器的研發成了時下新的研究重點。同時, 在農業機械中使用新型感測器能極大的提升農業機械的自動化程度, 將農業機械與感測器完美結合可以在更高層次上推進我國農業機械產業的蓬勃發展。
參考文獻
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