一种联合收获机内植株群含水率检测装置与方法

本发明属于智能农机系统领域，尤其涉及一种联合收获机内植株群含水率检测装置与方法。

背景技术：

1、由于田间水肥和土壤状态有差异，作物植株在田间的含水率会有不同，而植株含水率直接影响联合收获机的喂入量。联合收获机在田间工作过程中喂入量的波动，会导致联合收获机内部的载荷和物料流不均匀，进而直接影响整机的作业性能。因此，实时监测喂入联合收获机的植株含水率，构建喂入量预测模型，进而调整联合收获机前进速度、脱粒滚筒导流条角度和鱼鳞筛开度等工作参数，是保证联合收获机高效能作业的有效手段。

2、现有研究对作物含水率的检测，多集中在利用电容法、中子法、电阻法、光谱法、近红外法和微波法等方法对粮箱内籽粒含水率检测，由于作物从割台进入联合收获机到籽粒进入联合收获机有较长的路径，在粮箱内获得的籽粒含水率信息对控制系统而言，具有较大的滞后性，控制系统不能及时根据进入联合收获机作物含水率的变化而及时采取应对的调控措施，现有依据粮箱内籽粒含水率开发的控制系统的控制效果有限。文献检索发现，尚未有直接对植株群含水率进行实时监测的研究报道。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种联合收获机内植株群含水率检测装置与方法，能够较为精准的检测进入联合收获机输送槽内部植株群的含水率，为后续工作部件参数调整提供参考，可显著提高联合收获机的作业质量。

2、注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。

3、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

4、一种联合收获机内植株群含水率检测装置，包括含水率检测机构、至少两个加速度传感器和信号处理系统；

5、所述含水率检测机构与进入联合收获机输送槽内的植株群直接接触，用于检测进入联合收获机输送槽内部植株群的电流，并传递给信号处理系统；

6、所述加速度传感器用于检测不同喂入量下联合收获机输送槽的振动信号，并传递给信号处理系统；

7、所述信号处理系统分别与含水率检测机构、加速度传感器连接，信号处理系统根据振动信号和不同喂入量下联合收获机输送槽内植株群的电流变化，得到联合收获机内植株群含水率。

8、上述方案中，所述信号处理系统对振动信号进行分析，并通过建立的喂入量预测模型，得到喂入量w，信号处理系统根据含水率检测机构测量的不同喂入量下联合收获机输送槽内植株群的电流变化，进而拟合得到修正系数k和喂入量w的关系，并通过建立的植株群含水率检测模型计算得到联合收获机内植株群含水率。

9、上述方案中，所述含水率检测机构安装在输送槽底板的内侧与进入联合收获机内部的植株群直接接触；

10、所述加速度传感器包括第一加速度传感器和第二加速度传感器；所述第一加速度传感器和第二加速度传感器在联合收获机输送槽底板外侧、位于沿输送槽垂直于宽度方向的中心线上，且第一加速度传感器位于含水率检测机构的后方，第二加速度传感器位于含水率检测机构的前方。

11、上述方案中，所述含水率检测机构包括至少两个结构相同的含水率检测模块；

12、每个含水率检测模块均分别包括橡胶绝缘板、金属板、塑料套筒、第一金属螺母、第二金属螺母、导线和金属螺杆；所述橡胶绝缘板位于输送槽下底板的内侧，金属板位于在橡胶绝缘板的上方，金属螺杆的一端插入塑料套筒后，再连同塑料套筒依次穿过金属板、橡胶绝缘板和输送槽下底板，并通过第一金属螺母在输送槽下底板外侧固定，第一金属螺母与输送槽下底板之间通过塑料套筒的台阶绝缘，第一金属螺母下方的金属螺杆上缠绕导线，并通过第二金属螺母压紧。

13、进一步的，所述金属板通过导线与电源正极相连，电流通过金属板传递给植株群，植株群再将电流传递给机架，监测流过机架中电流的变化，信号处理系统根据电流变化，进而拟合得到修正系数k和喂入量w的关系，并通过植株群含水率检测模型计算得到联合收获机内植株群含水率。

14、上述方案中，所述喂入量预测模型为：

15、w＝β0+β1y1+β2y2+β3y3+β4y4

16、其中，β0是截距，β1，β2，β3，β4是回归系数，y1为第一加速度传感器测点的时域均方根，y2为第二加速度传感器测点的时域均方根，y3为第一加速度传感器测点的1/3倍频程总均方根，y4为第二加速度传感器测点的1/3倍频程总均方根。

17、上述方案中，所述植株群含水率检测模型为：

18、q＝m1×v×f1(w，v)

19、其中，q为植株群含水率，m1为试验田块植株平均含水率，v为输送槽内部植株群的电流，f1(w，v)为修正系数k。

20、一种根据所述联合收获机内植株群含水率检测装置的检测方法，包括以下步骤：

21、所述含水率检测机构检测进入联合收获机输送槽内部植株群的电流，并传递给信号处理系统；

22、所述第一加速度传感器、第二加速度传感器检测不同喂入量下联合收获机输送槽的振动信号，并传递给信号处理系统；

23、所述信号处理系统对振动信号进行分析，并通过建立的喂入量预测模型，得到喂入量w，信号处理系统根据含水率检测机构测量的不同喂入量下联合收获机输送槽内植株群的电流变化，进而拟合得到修正系数k和喂入量w的关系，并通过建立的植株群含水率检测模型计算得到联合收获机内植株群含水率。

24、上述方案中，所述喂入量预测模型的建立步骤如下：

25、s1：改变联合收获机前进速度从而改变联合收获机的喂入量，通过第一加速度传感器采集输送槽第一测点在不同喂入量输入下的振动信号，并传递给信号处理系统，通过第二加速度传感器采集输送槽第二测点在不同喂入量输入下的振动信号，并传递给信号处理系统；

26、s2：在时域状态下分析第一加速度传感器和第二加速度传感器所采集振动信号的特征值变化趋势，包括平均值、峰峰值、标准差和均方根；

27、s3：使用快速傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，绘制频谱图，展示信号中各个频率成分的振幅包括中心频率，均方根值，对各频谱图对应的振动信号进行1/3倍频程分析得到1/3倍频带，获取各个子频带的中心频率和幅值，并计算出各试验组两个测点的平均值、最大值、总均方根；

28、s4：通过分析在时域状态和频域状态下所采集振动信号的特征值变化趋势，优选出最佳的特征值来表征联合收获机喂入量的变化；

29、s5：使用优选出的振动信号特征值，建立喂入量预测模型对联合收获机的喂入量进行预测，所述喂入量预测模型为：

30、w＝β0+β1y1+β2y2+β3y3+β4y4

31、其中，β0是截距，β1，β2，β3，β4是回归系数，y1为第一加速度传感器测点的时域均方根，y2为第二加速度传感器测点的时域均方根，y3为第一加速度传感器测点的1/3倍频程总均方根，y4为第二加速度传感器测点的1/3倍频程总均方根。

32、上述方案中，所述植株群含水率检测模型的建立步骤如下：

33、检测试验田块植株植株平均含水率，记为m1；

34、测量不同喂入量下联合收获机输送槽内植株群的电流变化，再通过分析得到不同喂入量下联合收获机输送槽内植株群的电流v变化和喂入量w的关联性：

35、k＝f1(w，v)

36、得到，所述植株群含水率检测模型为：

37、q＝m1×v×f1(w，v)

38、其中，q为联合收获机的喂入量，m1为试验田块植株平均含水率，输送槽内部植株群的电流f1(w，v)为修正系数k。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

40、可根据不同含水率植株群流过输送槽监测区域时电流量的变化，并通过分析电流监测量与喂入量之间的关联性，消除喂入量变化对电流监测值的影响，建立植株群含水率监测模型，进而实现进入联合收获机输送槽内部植株群含水率的准确表征。在植株经过输送槽时，及时获得植株群含水率的变化，可为联合收获机控制系统提供前置信号，控制系统可及时调整相关工作参数，消除了现有方法的控制滞后，对提升整机作业性能和作业效率具有重要意义。

41、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不一定必须具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述以外的效果。