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传感器在农机机械中的应用研究论文
引言
我国是农业生产大国, 但我国的农业机械技术却并不发达, 很多地区采用传统的生产模式, 极大地降低了农业生产效率。随着世界农业机械自动化的逐渐进步, 传感技术作为农业机械发展的必然途径, 在未来将会极大地改变农业地区人民的生产生活习惯。想要实现农业机械的自动化控制, 其关键就在于准确监测农业机械每个结构和部件的工作状态。将传感器应用于农业机械领域, 有利于及时发现并处理农业机械工作中容易出现的问题, 并能促进农业机械自动化发展进程, 保证农业机械使用的可靠性、降低工作能耗、节省人力和资源的投入。传感器因其反应速度快、分辨力高、易于实现非接触式测量、精度高、可靠性好, 加之半导体光敏器件的体积小、质量轻、功耗较低、容易集成等优点, 因而被各行各业广泛使用。如果不在农业机械中应用传感器技术, 那么农业机械在工作时就难以精准地获取整个设备的信息, 更无法完成信息处理和设备检测等进一步的工作。由此可见, 在我国现有的农业机械技术之上, 发展与传感器相结合的农业机械化新方向是必要的。
1 传感器的特点介绍。
传感器是一种能感受到被测量的信息检测装置, 并且能够将感受到的信息, 按照一定规律性转变成电信号或其他形式的信号, 用来满足信息的传输、显示、存储、处理、控制和记录等要求。利用物理效应、化学效应和生物效应, 把被测量的不同信息转换成电信号, 这是信息获取的有效手段, 是新时期信息技术的重大发明。
传感器的优势包括以下几点:
(1) 对信息的反馈速度快;
(2) 对接触到的和不同距离的测量量均适应;
(3) 针对不同工作情况具有分辨力强、可靠性强、精度高等特点;
(4) 环境适应能力强, 对传感器而言在环境差的农业作业中同样能准确获取需要的测量信息。
随着当今时代科学技术的发展、人类对自然界的不断探索及信息技术的快速发展, 信息的快速传递程度和精确传递成为了当前必须要研究的课题, 传感器技术就是这一方向的主力技术之一, 它具有智能化、微型化、数字化、系统化、多功能化、网络化等特点。传感器的技术相对复杂, 制造工序比较多, 如果技术水平跟不上, 即使有相关政策支持并且投入大量的资金和人力, 依然无法达到所需的要求。因为在传感器的设计制造过程中存在很多的非线性、温度、零点、蠕变等性能补偿, 还有很多的误差需要调整, 目前我国技术在补偿度、高稳定、高可靠性等方面还需进一步发展。
2 农业机械中的传感器应用及工作范围。
2.1 光电传感器在农机中的应用。
光电传感器的工作原理是将所需要测量的物理量转化成光学信号的变化量, 再借助光电元件把光学信号转变成为电学信号。它通常包括光电元件、光源和光学通路3个部分。播种是农业生产过程中的重要环节, 播种过程中控制系统反应的快速程度以及可靠程度是播种类农业机械工作中需要解决的重要问题。排种器作为播种机的重要部件, 光电传感器可以对播种的种子籽粒距离进行准确检测。光电传感器具有结构简单、抗电磁干扰能力强、价格低廉等优点, 并且不会对播种的机械过程产生影响。光电传感器现已发展成为国内外种子籽粒距离检测的最有效方法之一, 通过对地轮前进速度的记录和对两籽粒播种的时间间隔来计算两粒种子之间的距离, 将光电传感器安装于导种管之上, 进行播种数量的统计, 每次种子遮挡光电传感器时, 在其通过后都会使光电管发出相对应的脉冲信号, 系统会对此数据进行记录。将导种管播种数量的信号精确转变成为可以被单片机所识别的信号, 这是光电传感器需完成的首要任务, 光电传感器工作的优良程度直接影响到整个播种系统的性能和效果, 进而影响产量。
随着我国农业机械技术水平的提高, 在某些农用喷药机设备上, 采用液压结构来控制喷药杆的工作位置、平衡与稳定, 同时采用自动控制技术对机械行进速度、需要植保面积、喷药所需压力、喷药量等进行严格的监控和自动调节, 改善了农机操作人员的劳动强度, 同时也提高了喷药机的作业效率和可靠程度。相关学者在“光电传感器在水库测量中的应用研究”中提及, 红外光电传感器的特点是:灵敏度高、体积小、环境适应能力强, 适用于在指定的特殊环境中使用。
2.2 压力传感器在农机中的应用。
压力传感器是众多的传感器中的一种, 它具有其他传感器所不具备的特性, 压力传感器常被用于交通运输领域, 它可以完成制动压力、监测气动、机油压力、轻载液压、传动装置、机械结构气闸等关键系统的压力、流量、液力及液位等来维持机械设备的性能。通过在农业机械中广泛应用压力传感器, 可以解决很多农业机械难以解决的难题, 有利于我国农业机械科学现代化的普及。正确的选择压力传器可以大大提升农业机械设备的可靠性, 并且可以延长农业机械关键部件的寿命。压力传感器在农业机械中的应用主要可以体现在以下几个方面: (1) 使用压力传感器测量液压和气压:测量液体肥料喷雾压力, 在大型喷雾设备中应用液压来控制喷杆工作状态以及控制平衡和稳定; (2) 使用压力传感器能够通过液压传动对农耕用具进行提升和移动, 监测和控制制动及调平犁地和播种设备的安全系统的压力; (3) 压力传感器还可通过测量油压和液压充油压力等数据来保证农业机械的使用安全。针对不同的农业工作选择相对应的压力传感器, 对于液压和气动的传感器, 要注意其载荷、防暴等关键因素的认真选择和使用, 确保工作过程的安全可靠。
2.3 传感器定位在农机中的应用。
随着卫星定位技术的普及, 应用卫星进行田地测量和农机控制也逐渐走进了我国农民的生活, 卫星定位系统在农业机械中起着重要的作用, 然而在实际的农机装备使用中, 高精度的卫星定位系统成本很高, 农业机械使用时虽然效果好但却极大地提升了农业机械的售价, 若选用低精度的GPS传感器, 虽然成本会下降一些, 但却在一些方面难以满足实际需求。因此, 选择更加适合农业机械使用的数字传感器代替卫星定位控制, 不仅提升了农业机械的定位精度, 还节约了制造成本。数字传感器是把传统模式下GPS输入输出信号改造成有A/D转换模块的传感器, 输出的信号是数字。它的原理就是在原有数字补偿物理模型和数学模型的基础之上, 利用计算机软件的优势性能进行误差修正与补偿, 从而给出准确和可靠的数字补偿精度。农业机械GPS导航技术包括全球定位导航、超声波导航和电缆导航等, 数字定位技术包括相对定位技术和绝对定位技术两种。在农业机械工作时, 因为农作物两行之间的距离较小, 对于大型农业机械来说, 在复杂的农田里工作需要较高的侧向控制准确度, 这可以利用先进的声呐技术和激光技术等获取道路信息, 然后在计算机中进行分析, 控制农业机械的行进方式。充分将传感器技术与数学建模技术相结合, 使得农业机械在复杂的环境下, 在传感器控制下根据路况信息自动进行行驶调整。
3 传感器在农机自动化领域的发展方向。
农业机械在现代农业中具有非常重要的作用, 发展农业机械化是发展现代农业的基础。随着农业的不断发展, 农业机械不断的向自动化农业发展, 传感器在农业机械中被广泛的应用, 正因为传感器在农业机械中占重要的主导地位, 这也对传感器提出了更高的要求。所以, 开发传感器的趋势是多功能、微型化、网络化, 并具有更高测量精度和高性能指标。近代物理学的新技术, 如纳米技术、红外、超声、激光、微波、光纤、强磁体、放射性同位素等技术, 开辟了传感器集成化的广阔前景;在同一硅片上集成了微米级的敏感传感元件、信号检测、转换处理电路等不同功能的元件, 以此为基础开发出体积更小、更易于封装、可靠性高、功能强大的新型传感器是传感器发展的新趋势。研发人员可以参考自然界中特殊生物的感观能力进一步研究, 开发新型的仿生传感器。同时传感器也将向着微型化发展, 在不同的零部件可实现多种功能交叉的前提之下, 传感器的元器件逐步向着小型化方向发展, 最终可以实现无线网络化。同时, 随着农业机械大范围的使用新型传感器, 可实现通过互联网控制农业机械作业并进行远程调试以及故障诊断。实现农业机械自动控制的高精确性, 从而够成一系列的网络化、现代化的农业机械生产检测系统。伴随着国际化的农业机械自动化发展进程, 传感器在其中的作用也越来越明显。传感器技术作为新时代的技术之一, 具有极高的可开发价值, 对未来农业机械自动化发展起着决定性作用。这需要我们不断提升农业机械中传感器的使用效率, 近而减轻农业机械操作的难度, 使得农业机械向着更加人性化的方向发展。
4 结论
由此可见, 伴随着农业机械的不断发展, 精准农业作为一种新的农机战略思想, 强调了自动化和智能化技术在农业机械生产中的重要运用。尽管我国的传感器技术发展较晚, 但其应用领域也已经极为广泛, 随着科学技术的不断进步, 对传感器精准性、可靠性、稳定性的要求也越来越高, 传感器系统更需要具有相当的数据处理能力, 并能够有序的完成自检、校对、补偿等要求, 尽管传统的光电传感器仍具有其自身优势, 但是单凭光电传感器已经不能完全满足农机现代化的要求了, 而更加智能传感器的研发成了时下新的研究重点。同时, 在农业机械中使用新型传感器能极大的提升农业机械的自动化程度, 将农业机械与传感器完美结合可以在更高层次上推进我国农业机械产业的蓬勃发展。
参考文献
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