一种基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置的制作方法

1.本发明涉及施肥机技术领域，特别是涉及一种基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置。


背景技术：

2.施肥是农作物种植过程中的必要操作，在施肥过程中，需要对施肥量进行实时监控，以方便在缺肥等状况发生时可以及时补肥。现有技术中，专利cn107980312a公开了一种防堵排肥装置，其在排肥管道上设置压电陶瓷片，并通过压电陶瓷片产生的电信号判断是否产生堵肥；专利cn107155474a公开了一种混沌排肥装置，其通过混沌振动发生装置使肥料充分振动提升排肥均匀性，并在肥箱侧壁设置倾斜设置带有压电陶瓷片的粉碎输送装置，以将下料口落下的受潮之后结拱的化肥进行第二次粉碎。这些方案中，虽然设置了压电陶瓷片，但是并不能实时监控排肥量。此外，压电陶瓷片还被cn114451132a、cn208191337u等专利方案用于监控清选时的物料损失率，这些方案与本技术的应用目的存在明显差别，且这些方案中清选所产生的物料分散，利用压电陶瓷片计算的物料量的值也不准确。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够实时较为准确地监控排肥量且方便标定以及调节排料量的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其包括上、下布局的排肥器、检测装置以及出肥口；所述排肥器的排肥量能够被调节；
5.所述检测装置安装在壳体内，所述出肥口位于所述壳体的下端，所述壳体的上端通过落肥管道与所述排肥器连接；
6.所述检测装置包括倾斜安装的座板与检测板，所述检测板与所述座板之间设置有阻尼垫；所述检测板的背面安装有压电陶瓷片；
7.所述压电陶瓷片连接信号处理电路；所述信号处理电路包括在信号传递方向上依次排列的反向电压滤除单元、高通滤波器、低通滤波器以及信号放大组件。
8.进一步地，所述高通滤波器及所述低通滤波器分别能够滤除500hz以下以及1khz以上的噪声信号。
9.进一步地，所述高通滤波器由第一电容、第二电阻以及第三电阻构成；所述第一电容与所述压电陶瓷片串联，所述第二电阻以及所述第三电阻与所述压电陶瓷片并联；所述第一电容的容值为10nf；所述第二电阻与所述第三电阻的总阻值为32kω。
10.进一步地，所述低通滤波器由第四电阻与第二电容构成；所述第四电阻与所述压电陶瓷片串联，所述第二电容与所述压电陶瓷片并联；所述第四电阻的阻值为16kω，所述第二电容的容值为10nf。
11.进一步地，所述信号放大组件包括运算放大器；经由所述低通滤波器过滤后的信号进入所述运算放大器的正向输入端；所述运算放大器的负反馈电阻的阻值为49kω，接地
电阻的阻值为1kω。
12.进一步地，所述座板的一侧相对于所述壳体转动安装；所述壳体上形成有弧形槽；所述座板的另一侧连接有穿过所述弧形槽的固定螺钉。
13.进一步地，所述排肥器包括座体以及安装在所述座体上的槽轮；所述槽轮的四周设置有圆周阵列排布的肥槽；
14.所述槽轮还包括光轮，所述光轮能够相对于所述座体滑动而不能相对于所述座体转动；所述槽轮相对于所述光轮转动安装；
15.所述排肥器还包括转动安装在所述座体上的限制板；所述限制板内具有与所述槽轮的外轮廓形状契合的配合孔。
16.进一步地，所述光轮具有两个挡耳，所述座体上具有与所述光轮的外轮廓形状契合的导滑孔。
17.进一步地，所述座体的下端安装有可旋转打开的底板。
18.进一步地，所述信号处理电路安装在所述座体之外，并位于所述检测板的背侧。
19.有益效果：本发明的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，通过设置排肥量可调节的排肥器以及基于压电陶瓷片的检测装置，并对排肥器、落肥管道、排肥器以及出肥口进行合理布局，使得一方面可以利用压电陶瓷片产生的电信号对施肥过程中的施肥量进行实时监测，且通过设置落肥管道可有效将肥料汇聚以及使肥料获得下落速度，提升肥料使压电陶瓷片产生电信号的强度以方便后续滤波；另一方面可方便对排肥量与压电陶瓷片所产生的电信号之间的关系进行标定，使得实际施肥过程中根据电信号计算的排肥量准确。
附图说明
20.图1为基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置的外形图；
21.图2为基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置的剖视图；
22.图3为检测装置部分的结构图；
23.图4为排肥器的剖视结构图；
24.图5为信号处理电路的电路图。
25.图中：1-排肥器；11-座体；12-槽轮；13-光轮；131-挡耳；14-限制板；15-转动座；16-底板；2-检测装置；21-座板；22-检测板；23-阻尼垫；24-压电陶瓷片；25-固定螺钉；3-出肥口；4-壳体；41-主壳体；42-副壳体；4a-弧形槽；5-信号处理电路；51-反向电压滤除单元；52-高通滤波器；53-低通滤波器；54-信号放大组件；6-落肥管道；d1-二极管；r1-第一电阻；c1-第一电容；r2-第二电阻；r3-第三电阻；c2-第二电容；r4-第四电阻；u1-运算放大器；r5-接地电阻；r6-负反馈电阻；c3、c4-滤波电容。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
27.如图1-2所示的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其包括上、下布局的排肥器1、检测装置2以及出肥口3；所述排肥器1的排肥量能够被调节；所述检测装置2安装在壳体4内，所述出肥口3位于所述壳体4的下端，所述壳体4的上端通过落肥管道6与所述排肥
器1连接。
28.如图3所示，所述检测装置2包括倾斜安装的座板21与检测板22，所述检测板22与所述座板21之间设置有阻尼垫23；所述检测板22的背面安装有压电陶瓷片24。
29.所述压电陶瓷片24连接信号处理电路5；如图5所示，所述信号处理电路5包括在信号传递方向上依次排列的反向电压滤除单元51、高通滤波器52、低通滤波器53以及信号放大组件54。所述信号处理电路5安装在所述座体11之外，并位于所述检测板22的背侧，如此可方便压电陶瓷片24与信号处理电路5连接。座体11上安装有保护信号处理电路5的保护罩。
30.上述结构中，排肥器1排出的肥料经由落肥管道6汇总后变得集中，且落肥管道6的长度较长，可使肥料充分落体加速，如此能够对检测板22进行充分冲击，使压电陶瓷片24产生较强的电信号，如此杂波更容易被过滤，有用的电信号更容易被提取出来。
31.所述高通滤波器52及所述低通滤波器53分别能够滤除500hz以下以及1khz以上的噪声信号。其中，500hz以下的噪声信号涵盖了施肥机自身振动产生的噪声信号的频率，1khz以上的噪声信号涵盖了脉动颗粒撞击冲击板产生的噪声信号；可见，通过高通滤波器52及低通滤波器53可以有效滤除噪声，获得较为平滑的有效信号。
32.壳体4内的空间宽敞，检测板22位于落肥管道6的下方，所述落肥管道6与所述出肥口3在竖向上相互错开，落肥管道6落下的肥料沿着检测板22滑落至出肥口3或经由检测板22反弹后落至出肥口3，肥料的路径更合理，可有效减少四处弹跳。相比而言，将检测板横置的方案，物料落下后可能在检测板的表面反复弹跳或堆积，使得压电陶瓷片24产生的电信号因扰动因素过多而不准确。
33.具体地，所述反向电压滤除单元51包括二极管d1以及第一电阻r1。
34.所述高通滤波器52由第一电容c1、第二电阻r2以及第三电阻r3构成；所述第一电容c1与所述压电陶瓷片24串联，所述第二电阻r2以及所述第三电阻r3与所述压电陶瓷片24并联；所述第一电容c1的容值为10nf；所述第二电阻r2与所述第三电阻r3的总阻值为32kω，其中第二电阻r2与所述第三电阻r3的阻值分别为30kω与2kω。如此，可实现500hz以下的噪声信号的滤除。
35.所述低通滤波器53由第四电阻r4与第二电容c2构成；所述第四电阻r4与所述压电陶瓷片24串联，所述第二电容c2与所述压电陶瓷片24并联；所述第四电阻r4的阻值为16kω，所述第二电容c2的容值为10nf。如此，可实现1khz以上的噪声信号的滤除。
36.所述信号放大组件54包括运算放大器u1；经由所述低通滤波器53过滤后的信号进入所述运算放大器u1的正向输入端；所述运算放大器u1的负反馈电阻r6的阻值为49kω，接地电阻r5的阻值为1kω。如此，运算放大器u1能够将信号放大50倍后输出；此外，运算放大器u1由双电源vcc与vee进行供电，vcc与vee两电源分别通过容值为1uf的滤波电容c3、c4连接运算放大器u1，如此可使运算放大器工作平稳。
37.优选地，如图4所示，所述排肥器1包括座体11以及安装在所述座体11上的槽轮12；所述槽轮12的四周设置有圆周阵列排布的肥槽；所述槽轮12还包括光轮13，所述光轮13能够相对于所述座体11滑动而不能相对于所述座体11转动；所述槽轮12相对于所述光轮13转动安装；所述排肥器1还包括转动安装在所述座体11上的限制板14；所述限制板14内具有与所述槽轮12的外轮廓形状契合的配合孔。
38.所述光轮13具有两个挡耳131，所述座体11上具有与所述光轮13的外轮廓形状契合的导滑孔。如此，挡耳131一方面可以防止座体11内的肥料不经过槽轮12排出，另一方面可以起到止转作用。此外，限制板14通过转动座15连接所述座体11，转动座15与光轮13构成了对槽轮12的可靠支撑。
39.采用上述结构，通过改变光轮13的位置，能够改变槽轮12与限制板14的相对位置，从而能够改变槽轮12上肥槽的作业段的长度，如此，槽轮12转动时的排肥量能够被改变。
40.此外，所述座体11的下端安装有可旋转打开的底板16。通过打开底板16可将座体11内剩余的肥料倒出。
41.在实施施肥作业之前，先对排肥器1的实际排肥量与压电陶瓷片24所产生的电信号的相关性进行标定，具体地，可在静态条件下，先调节槽轮12的位置与转速，使得排肥器1的排肥量为一已知数值，而后采集压电陶瓷片24产生的数据并建立该数据与排肥量的关系，而后为了考虑到实际作业过程中的机具振动影响，可再在机具行驶时再一次在同一排肥量前提下对压电陶瓷片24产生的数据进行采集，并将两次采集的数据进行比对，算出动态条件相比于静态条件的影响因子，并将影响因子施加到上述数据与排肥量的关系中，得到最终的关系式。更优选地，可设置抖动测试装置，将本技术之施肥量检测与调节装置安装在抖动测试装置上，施肥量检测与调节装置上设置有用于记录抖动幅值的幅值检测传感器，通过改变抖动测试装置的抖动幅度，并记录对应于不同抖动幅值范围的影响因子。在实际行驶中，施肥量检测与调节装置上也安装幅值检测传感器，幅值检测传感器可实时检测施肥量检测与调节装置的实际抖动幅值，并根据固定时间间隔内的实际抖动幅值计算平均抖动幅值，根据平均抖动幅值查阅影响因子，并根据影响因子与压电陶瓷片24产生的数据计算排肥量，如此，可得到较为精确的排肥量数据，避免因机具振动幅度不同产生的影响导致精确性一直变化。
42.优选地，所述座板21的一侧相对于所述壳体4转动安装；所述壳体4上形成有弧形槽4a；所述座板21的另一侧连接有穿过所述弧形槽4a的固定螺钉25。通过上述结构，用户可方便对座板21的角度进行调节，也即对检测板22的角度进行调节，一方面使得设定阈值(如70％)以上的肥料能够顺着检测板22流动向下，减少弹跳的肥料的比例，如此可以获得更稳定的数据。另一方面可使检测板22的角度与肥料的特征相适应，如肥料较轻和/或排肥量较小，可减少检测板22的倾斜角度，以增加肥料在检测板22上的可堆积厚度，增加物料能够使压电陶瓷片24产生电信号的强度。此外，上述落肥管道6的上下两端分别与排肥器1的座体11以及壳体4之间为套接固定结构，可通过改变落肥管道6上下两端与对应的连接部件(座体11或壳体4)的实际套接长度改变肥料的落下高度，以改变肥料对检测板22的冲击力度，以使肥料作用于检测板22产生的信号更加明显。上述每一次调节座板21的角度以及调节落肥管道6两端的实际套接长度后，均需要对排肥量与压电陶瓷片24产生数据的关系进行重新标定。
43.为了方便拆修，壳体4包括主壳体41以及副壳体42两部分，主壳体41上形成有豁口部，副壳体42安装在豁口部处，并能够相对于豁口部拆卸，检测装置2安装在副壳体42内，如此可以方便对检测装置2进行拆修维护。上述弧形槽4a形成在副壳体42上。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其包括上、下布局的排肥器(1)、检测装置(2)以及出肥口(3)；所述排肥器(1)的排肥量能够被调节；其特征在于：所述检测装置(2)安装在壳体(4)内，所述出肥口(3)位于所述壳体(4)的下端，所述壳体(4)的上端通过落肥管道(6)与所述排肥器(1)连接；所述检测装置(2)包括倾斜安装的座板(21)与检测板(22)，所述检测板(22)与所述座板(21)之间设置有阻尼垫(23)；所述检测板(22)的背面安装有压电陶瓷片(24)；所述压电陶瓷片(24)连接信号处理电路(5)；所述信号处理电路(5)包括在信号传递方向上依次排列的反向电压滤除单元(51)、高通滤波器(52)、低通滤波器(53)以及信号放大组件(54)。2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述高通滤波器(52)及所述低通滤波器(53)分别能够滤除500hz以下以及1khz以上的噪声信号。3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述高通滤波器(52)由第一电容(c1)、第二电阻(r2)以及第三电阻(r3)构成；所述第一电容(c1)与所述压电陶瓷片(24)串联，所述第二电阻(r2)以及所述第三电阻(r3)与所述压电陶瓷片(24)并联；所述第一电容(c1)的容值为10nf；所述第二电阻(r2)与所述第三电阻(r3)的总阻值为32kω。4.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述低通滤波器(53)由第四电阻(r4)与第二电容(c2)构成；所述第四电阻(r4)与所述压电陶瓷片(24)串联，所述第二电容(c2)与所述压电陶瓷片(24)并联；所述第四电阻(r4)的阻值为16kω，所述第二电容(c2)的容值为10nf。5.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述信号放大组件(54)包括运算放大器(u1)；经由所述低通滤波器(53)过滤后的信号进入所述运算放大器(u1)的正向输入端；所述运算放大器(u1)的负反馈电阻(r6)的阻值为49kω，接地电阻(r5)的阻值为1kω。6.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述座板(21)的一侧相对于所述壳体(4)转动安装；所述壳体(4)上形成有弧形槽(4a)；所述座板(21)的另一侧连接有穿过所述弧形槽(4a)的固定螺钉(25)。7.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述排肥器(1)包括座体(11)以及安装在所述座体(11)上的槽轮(12)；所述槽轮(12)的四周设置有圆周阵列排布的肥槽；所述槽轮(12)还包括光轮(13)，所述光轮(13)能够相对于所述座体(11)滑动而不能相对于所述座体(11)转动；所述槽轮(12)相对于所述光轮(13)转动安装；所述排肥器(1)还包括转动安装在所述座体(11)上的限制板(14)；所述限制板(14)内具有与所述槽轮(12)的外轮廓形状契合的配合孔。8.根据权利要求7所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述光轮(13)具有两个挡耳(131)，所述座体(11)上具有与所述光轮(13)的外轮廓形状契合的导滑孔。9.根据权利要求7所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述
座体(11)的下端安装有可旋转打开的底板(16)。10.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其特征在于，所述信号处理电路(5)安装在所述座体(11)之外，并位于所述检测板(22)的背侧。

技术总结
本发明公开了一种基于压电陶瓷片的施肥量检测与调节装置，其包括上、下布局的排肥器、检测装置以及出肥口；所述排肥器的排肥量能够被调节；所述检测装置安装在壳体内，所述出肥口位于所述壳体的下端，所述壳体的上端通过落肥管道与所述排肥器连接；所述检测装置包括倾斜安装的座板与检测板，所述检测板与所述座板之间设置有阻尼垫；所述检测板的背面安装有压电陶瓷片；所述压电陶瓷片连接信号处理电路；所述信号处理电路包括在信号传递方向上依次排列的反向电压滤除单元、高通滤波器、低通滤波器以及信号放大组件。本发明中，通过设置排肥量可调节的排肥器以及基于压电陶瓷片的检测装置，能够实时较为准确地监控排肥量且方便标定以及调节排料量。标定以及调节排料量。标定以及调节排料量。


技术研发人员：王云霞 张文毅 祁兵 丁友强 夏倩倩 扈凯 李坤
受保护的技术使用者：农业农村部南京农业机械化研究所
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/11