農業物料撞擊特性試驗裝置及方法

2023-06-10 14:04:51

專利名稱：農業物料撞擊特性試驗裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種農業物料撞擊特性試驗裝置及方法，主要用於水稻、小麥、玉米、大 豆、油菜等農作物籽粒動態特性的檢測。
技術背景對農業物料碰撞特性的研究，獲得農業物料碰撞特性和損傷程度的相關性，可以為農 業物料採收、分級包裝和運輸等相關設備的設計提供科學理論依據，以減少農業物料生產 過程的機械損傷。農業物料本質上是一個生物系統，不同於工程材料，因此很難用理論分 析方法來研究生物材料的動態力學特性，而多採用試驗方法，然而到目前為止農業物料碰 撞特性還沒有成熟和普遍適用的實驗方法。專利號為ZL03141601.2是浙江大學王俊發明的 一種名稱為"果實堅實度的檢測方法和裝置"，該專利利用懸擺小球對果實中部進行敲擊， 獲取敲擊響應主頻，通過計算模型獲取果實堅實度，這一方法的缺陷是由於是通過懸擺 敲擊，所以不適用於體積較小的農業物料如穀物等，且無法獲得動屈服力、動破裂力等參 數信息。對穀物破碎率的預測，美國(Cooke和Dickens, 1981)的辦法是將穀物放入特定的實驗 設備中，使穀物承受一定形式的載荷，產生破碎。把處理過的穀物通過圓孔篩(根據穀粒 大小選擇篩孔大小)的碎粒質量與樣品質量的比值定義為破碎敏感性(Susceptibility),這 是一種間接的方法，而沒有給出穀物本身的動態特性參數。 發明內容本發明的目的是提供一種能獲取農業物料動屈服力、動破裂力等動態特性參數的裝置 及方法，且適用於各種大小體積的農業物料。本發明裝置採用的技術方案是落錘從上至下穿過導向輪和三腳架，落錘上套著一個 可顯示落錘高度的透明套管，透明套管的上端與支撐導向輪的導向輪座相連接，啟動機構 與導向輪座固定在一起；在落錘上安裝可調整落錘高度的定位板；在三腳架的腳底部設置 測試臺，待測物料放置在測試臺上，在落錘的底部安裝電荷型加速度傳感器，加速度傳感 器的輸出端連接電荷放大器的輸入端，電荷放大器的輸出端與信號採集箱的輸入端相連， 然後接入計算機。落錘由頂部的球頭，底部的錘頭和中間連接件錘杆組成，電荷型加速度傳感器安裝在 錘頭的中間，定位板安裝在錘杆上。將啟動機構的固定板與導向輪座固定在一起，撥杆的下端與舌型滑塊活動連接在一起， 舌型滑塊的右端套有預緊彈簧；在沒有外力作用時舌型滑塊左端的伸出導套可鎖住定位板， 此時撥杆靠在擋銷上。本發明方法採用的技術方案依序包括如下步驟-A. 將三腳架放置在測試臺四周，移動待測物料，使其位於落錘下部的中心位置；B. 提起落錘，使定位板與啟動機構相鎖，通過透明套管觀察落錘的下落高度；C. 啟動機構釋放落錘時對放置在測試臺上的農業物料進行撞擊，用安裝在錘頭中的高 阻抗電荷型加速度傳感器獲取所響應的動力學信號；D. 利用電荷放大器對響應信號進行放大，信號採集箱和計算機對放大後的信號進行採 集、記錄和存儲；E. 計算機中的信號輸入模塊用於獲取農業物料撞擊的加速度、力響應信息，數據記錄 模塊將模擬信號進行離散化轉換成數字量，並按格式存儲在計算機中，通過信號處理模塊 中濾波、頻譜分析提取響應曲線、計算響應時間、峰值、主頻等參數，結果輸出模塊將計 算、分析結果列印輸出，提取第一個響應信號的力峰值即為稻穀的動屈服力，同樣可以獲 得稻穀發生破碎時的動破裂力。本發明利用落錘對農業物料的撞擊，在落錘上裝有高阻抗電荷型加速度傳感器可獲得 農業物料撞擊響應動力學信號，通過信號分析可獲取農業物料發生屈服、破碎時的動屈服 力、動破裂力等動態特性參數，為農業物料收穫、加工、儲運等機械設備的設計提供依據， 結構簡單，操作方便，所獲取的參數可靠。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖l是本發明裝置的結構圖；圖2是圖1中啟動機構7和導向輪座3連接處的局部放大圖； 圖3是圖1中導向輪2的局部俯視圖； 圖4圖1中落錘1的結構圖；圖5是圖1中計算機13的檢測軟體系統組成框圖；圖6是圖1中農業物料9受撞擊後的響應信號顯示圖。圖中l.落錘，101.球頭，102.錘杆，103.鎖緊螺母，104.錘頭，2.導向輪，3. 導向輪座，4.三腳架，5.套管，6.定位板，7.啟動機構，701.撥杆，702.擋銷，703. 固定板，704.導套，705.舌型滑塊，706.預緊彈簧，8.加速度傳感器，9.農業物料，10.測試臺，11.電荷放大器，12.信號採集箱，13.計算機。
具體實施方式
如圖l一4所示是本發明裝置硬體系統結構，落錘1從上至下穿過三個徑向均布的導向 輪2和三腳架4，落錘l由頂部的球頭101、底部的錘頭104和中間連接件錘杆102組成。 電荷型加速度傳感器8安裝在底部錘頭104的中間。在落錘1上安裝可調整落錘1高度的 定位板6，定位板6可安裝在落錘1的錘杆102上。鎖緊螺母103套在錘杆102分別鎖緊 定位板6和錘頭104。落錘1的錘杆102上套著一個可顯示落錘高度的透明套管5，透明套 管5的上端與支撐導向輪2的導向輪座3相連接。將啟動機構7的固定板703與導向輪座 3固定在一起，撥杆701的下端與舌型滑塊705用鉸鏈活動連接在一起，舌型滑塊705的 右端套有預緊彈簧706;在沒有外力作用時舌型滑塊705左端的伸出導套704可鎖住定位 板6，此時撥杆701靠在擋銷702上。在三腳架4的腳底部設置測試臺10，待測物料9放 置在測試臺10上，在落錘1的底部安裝電荷型加速度傳感器8，加速度傳感器8的輸出端 連接電荷放大器11的輸入端，電荷放大器11的輸出端與信號採集箱12的輸入端相連，然 後接入計算機13。如圖5所示，計算機13的軟體系統包括信號輸入模塊、數據記錄模塊、信號處理模塊 和結果輸出模塊。信號輸入模塊用於獲取農業物料撞擊的加速度、力等響應信息，數據記 錄模塊將模擬信號進行離散化轉換成數字量，並按格式存儲在計算機中，通過信號處理模 塊中濾波、頻譜分析，提取響應曲線，計算響應時間、峰值、主頻等參數，結果輸出模塊 將計算、分析結果列印輸出。本發明的在檢測時將三腳架4放置在測試臺IO四周，移動待測農業物料9，使其位於 落錘l的中心位置；提起落錘1使定位板6與啟動機構7相連接，通過透明套管5觀察落 錘1的下落高度；推動啟動機構7的撥杆7使舌型滑塊705後縮，釋放落錘1對放置在測 試臺10上的農業物料9進行撞擊，通過安裝在錘頭104中的高阻抗電荷型加速度傳感器8 獲取所響應的動力學信號；利用電荷放大器11對響應信號進行放大，信號採集箱12和計 算機13對放大後的信號進行採集、記錄和存儲。農業物料9撞擊響應信號如圖6所示，此 時農業物料9剛產生屈服，將得到的加速度信號轉換成力信號，提取第一個響應信號的力 峰值即為稻穀的動屈服力，同樣可以獲得農業物料9發生破碎時的動破裂力。本發明可廣泛用水稻、小麥、玉米、大豆、油菜等農作物籽粒動態特性的檢測。
權利要求
1.一種農業物料撞擊特性檢測裝置，其特徵在於落錘(1)從上至下穿過導向輪(2)和三腳架(4)，落錘(1)上套著一個可顯示落錘高度的透明套管(5)，透明套管(5)的上端與支撐導向輪(2)的導向輪座(3)相連接，啟動機構(7)與導向輪座(3)固定在一起；在落錘(1)上安裝可調整落錘(1)高度的定位板(6)；在三腳架(4)的腳底部設置測試臺(10)，待測物料(9)放置在測試臺(10)上，在落錘(1)的底部安裝電荷型加速度傳感器(8)，加速度傳感器(8)的輸出端連接電荷放大器(11)的輸入端，電荷放大器(11)的輸出端與信號採集箱(12)的輸入端相連，然後接入計算機(13)。
2. 根據權利要求1所述的農業物料撞擊特性檢測裝置，其特徵在於落綞(1)由頂部的 球頭(101)，底部的錘頭(104)和中間連接件綞杆(102)組成，電荷型加速度傳感器(8) 安裝在錘頭(104)的中間，定位板(6)安裝在錘杆(102)上。
3. 根據權利要求1所述的農業物料撞擊特性檢測裝置，其特徵在於將啟動機構(7)的 固定板(703)與導向輪座(3)固定在一起，撥杆(701)的下端與舌型滑塊(705)活動 連接在一起，舌型滑塊(705)的右端套有預緊彈簧(706);在沒有外力作用時舌型滑塊(705) 左端的伸出導套(704)可鎖住定位板(6)，此時撥杆(701)靠在擋銷(702)上。
4. 根據權利要求1所述的農業物料撞擊特性檢測裝置，其特徵在於計算機(13)包括信 號輸入模塊、數據記錄模塊、信號處理模塊和結果輸出模塊。
5. —種農業物料撞擊特性檢測方法，其特徵在於依序包括如下步驟A. 將三腳架(4)放置在測試臺(10)四周，移動待測物料(9)，使其位於落錘(1) 下部的中心位置；B. 提起落錘(1)，使定位板(6)與啟動機構(7)相鎖，通過透明套管(5)觀察落 錘(1)的下落高度；C. 啟動機構(7)釋放落錘(1)時對放置在測試臺(10)上的農業物料(9)進行撞 擊，用安裝在錘頭(104)中的高阻抗電荷型加速度傳感器(8)獲取所響應的動力學信號；D. 利用電荷放大器(11)對響應信號進行放大，信號採集箱(12)和計算機(13)對 放大後的信號進行採集、記錄和存儲；E. 計算機(13)中的信號輸入模塊用於獲取農業物料(9)撞擊的加速度、力響應信 息，數據記錄模塊將模擬信號進行離散化轉換成數字量，並按格式存儲在計算機中，通過 信號處理模塊中濾波、頻譜分析提取響應曲線、計算響應時間、峰值、主頻等參數，結果 輸出模塊將計算、分析結果列印輸出，提取第一個響應信號的力峰值即為稻穀的動屈服力， 同樣可以獲得稻穀發生破碎時的動破裂力。
全文摘要
本發明公開了一種農業物料撞擊特性試驗裝置及方法，落錘從上至下穿過導向輪和三腳架，啟動機構與導向輪座固定在一起；在落錘上安裝可調整高度的定位板；在三腳架的腳底部設置測試臺，待測物料放置在測試臺上，在落錘的底部安裝電荷型加速度傳感器，加速度傳感器的輸出端連接電荷放大器的輸入端，電荷放大器的輸出端與信號採集箱的輸入端相連，然後接入計算機，本發明利用落錘對農業物料的撞擊，通過高阻抗電荷型加速度傳感器可獲得農業物料撞擊響應動力學信號，通過信號分析可獲取農業物料發生屈服、破碎時的動屈服力、動破裂力等動態特性參數，為農業物料收穫、加工、儲運等機械設備的設計提供依據，結構簡單，操作方便，所獲取的參數可靠。
文檔編號G01N3/30GK101216396SQ200710192399
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月26日 優先權日2007年12月26日
發明者常光寶, 徐立章, 李耀明, 馬朝興 申請人:江蘇大學