УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАЛИЧИЯ И/ИЛИ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА ИЛИ ЕГО СОСТАВЛЯЮЩИХ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК A01B69/04 A01B41/06 A01D75/00 G01V3/08 

Настоящее изобретение относится к устройствам для контроля протекания технологических процессов в сельском хозяйстве, в том числе на сельскохозяйственной, посевной и уборочной технике, а также на машинах для первичной переработки сельскохозяйственного сырья и различных материалов, а более точно касается устройств для копирования поверхности растительного покрова, почвы без растений и опорных траекторий в виде рядков растений, гребня или валка на почве, дискретных и аналоговых уровней материалов, определения координат растений над почвой, расхода и объема материала в зоне контроля и геометрических характеристик элементов растений, контроля свойств материалов, а также наличия, положения и перемещения в зоне контроля живых и неживых объектов.

Известно устройство для контроля наличия и/или характеристик объекта или его составляющих, преимущественно для объектов сельскохозяйственного назначения, содержащее емкостный датчик, имеющий первый и второй электроды для образования между ними зоны контроля, каждый из которых окружен одним слоем диэлектрика с зазором между торцами этих слоев, относящимся к разным электродам, причем слои диэлектрика охвачены с одной стороны общим токопроводящим экраном, при этом последний имеет электрический контакт с упомянутыми слоями диэлектрика, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый упомянутый электрод, усилитель с заданной полосой пропускания, вход которого связан со вторым упомянутым электродом, а выход посредством детектора с выходным блоком формирования сигнала (Патент СССР N 1797451, А 01 В 69/04, 41/06, А 01 D 75/00, G 01 V 3/08, 1993, бюл. N 7).

Указанное устройство имеет максимальную чувствительность между примыкающими друг к другу торцами электродов вблизи последних, что снижает технологические возможности устройства в условиях загрязнений.

В основу настоящего изобретения была положена задача создания устройства для надежного и точного контроля наличия и/или характеристик объекта или его составляющих с широкими технологическими возможностями, в частности, для копирования растительного покрова, опорных траекторий в виде рядков растений, гребня или валка на почве, уровней материалов, координат растений над почвой, расхода и объема материала в зоне контроля и геометрических характеристик элементов растений, контроля свойств материалов, а также наличия, положения и перемещения в зоне контроля различных объектов.

Это достигается тем, что устройство для контроля наличия и/или характеристик объекта или его составляющих, преимущественно для объектов сельскохозяйственного назначения, содержащее емкостный датчик, имеющий первый и второй электроды для образования между ними зоны контроля, каждый из которых окружен по крайней мере одним слоем диэлектрика с зазором между торцами этих слоев, относящимся к разным электродам, причем слои диэлектрика охвачены с одной стороны общим токопроводящим экраном, при этом последний имеет электрический контакт с упомянутыми слоями диэлектрика, основной генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый упомянутый электрод, основной усилитель с заданной полосой пропускания, вход которого связан со вторым упомянутым электродом, а выход посредством детектора с выходным блоком формирования сигнала, согласно изобретению, снабжено по крайней мере одним токопроводящим элементом, установленным в упомянутом зазоре между слоями диэлектрика, при этом внешняя поверхность токопроводящего элемента выполнена заподлицо с общей поверхностью данных диэлектриков или выступает за эту поверхность и электрически связана с общим экраном.

Это создает между примыкающими торцами электродов зону нечувствительности в том числе к загрязнениям и расширяет технологические возможности устройства.

Важно, что основной усилитель с заданной полосой пропускания выполнен в виде резонансного усилителя, а основной генератор электромагнитных колебаний имеет частоту основной гармоники, равную частоте резонанса усилителя.

Это повышает чувствительность устройства и расширяет его технологические возможности.

Целесообразно, что токопроводящий элемент расположен во всем объеме торцевого зазора между упомянутыми диэлектриками, относящимися к разным электродам.

Это исключает загрязнения указанного объема и дополнительно расширяет технологические возможности устройства.

Важно, что образующая токопроводящего элемента имеет профиль по отношению к поверхностям диэлектриков.

Это увеличивает зону нечувствительности, облегчает очистку поверхности выступающего токопроводящего элемента и защищает от ударов диэлектрики, что дополнительно расширяет технологические возможности устройств.

Важно, что устройство снабжено по меньшей мере одним дополнительным генератором электромагнитных колебаний, первая гармоника полосы частот выходного сигнала которого не совпадает с первой гармоникой полосы частот основного генератора электромагнитных колебаний, при этом выход дополнительного генератора электромагнитных колебаний связан с первым электродом, а также по меньшей мере одним дополнительным усилителем, первая гармоника полосы частот которого соответствует первой гармонике полосы частот упомянутого дополнительного генератора, причем вход этого дополнительного усилителя связан со вторым электродом.

Это позволяет одновременно контролировать свойства материалов тем же устройством, которое контролирует наличие и геометрические характеристики объекта (например, влажность, содержание сахара в сиропе, примесей в масле и т. д.).

Целесообразно, что второй электрод выполнен в виде секций, которые примыкают своими торцами к торцам первого электрода и между соответствующими диэлектриками которых расположены дополнительные токопроводящие элементы, причем упомянутые секции связаны с усилителем и/или дополнительными усилителями.

Важно, что устройство снабжено средством учета начальных условий, включающим средство контроля отсутствия контролируемого материала в зоне контроля, связанным с этим средством контроля количественных характеристик материала.

Важно, что устройство снабжено средством контроля отсутствия материала в зоне контроля, включенным в средство учета начальных условий, связанным со средством контроля количественных характеристик материала, причем с последним средством связано средство учета вида и свойств материала. Причем средство учета вида и свойств материала выполнено аналогично средству контроля количественных характеристик материала с возможностью установки, обеспечивающей полное заполнение материалом его зоны контроля.

Это позволяет расширить технологические возможности устройства при изменении условий работы.

Такое выполнение устройства за счет образования зоны нечувствительности у электродов позволяет надежно и точно контролировать наличие и/или характеристики объекта или его составляющим в широком диапазоне технологических условий, в частности, обеспечить копирование поверхности растительного покрова, почвы без растений и опорных траекторий в виде рядков растений, гребня или валка на почве, уровней материалов, определение координат растений над почвой, расходы и объема материала в зоне контроля и геометрических характеристик элементов растений, контроля свойств материалов, а также наличие, положение и перемещение объектов в зоне контроля.

Как показал научно-технический поиск, заявляемое техническое решение неизвестно в литературе, т.е. соответствует критерию "новизна". Поскольку только сочетание признаков, характеризующих параметры диэлектрических деталей, разделенных токопроводящими поверхностями, и схемы, учитывающей начальные условия и выполняющей линеаризацию, дает возможность решить указанную задачу, то заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Результаты опытных испытаний данного устройства и его высокая эффективность показали соответствие критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображена схема устройства для копирования поверхности различных материалов, в частности растительного покрова, почвы без растений, уровня в емкостях и транспортных устройствах; на фиг. 2 вариант конструкции емкостного датчика по фиг. 1; на фиг. 3 вариант емкостного датчика; на фиг. 4 вариант конструктивного выполнения емкостного датчика; на фиг. 5 еще один вариант конструкции емкостного датчика; на фиг. 6 вариант применения емкостного датчика для копирования поверхности растительного покрова; на фиг. 7 вариант по фиг. 6 для копирования поверхности почвы без растений; на фиг. 8 вариант контроля дискретного уровня материала в емкости; на фиг. 9 - вариант конструкции датчика по фиг. 8; на фиг. 10 вариант конструкции датчика для контроля дискретного уровня; на фиг. 11 вариант применения емкостного датчика для контроля аналогового уровня; на фиг. 12 вариант конструкции датчика для контроля уровня; на фиг. 13 вариант применения датчика по фиг. 4 для контроля расходов материалов; на фиг. 14 датчик для копирования осей рядков и определения координат растений; на фиг. 15 - принципиальная схема емкостного датчика для аналоговых измерений; на фиг. 16 - то же по фиг. 15 для дискретного контроля; на фиг. 17 принципиальная схема пульта; на фиг. 18-20 примеры комбинированного использования устройств в дозаторах кормораздатчиков.

Устройство для контроля наличия и/или характеристик объекта или его составляющих будет описано на примере выполнения устройства по фиг. 1 для копирования примерно плоской поверхности различных материалов, например, поверхности растительного покрова, почвы без растений, уровня материала в емкостях и транспортных устройствах.

Устройство для копирования поверхности, согласно изобретению, содержит емкостный датчик 1 (фиг. 1), включающий средство 2 формирования зоны 3 контроля. Средство 2 формирования зоны 3 контроля содержит общий токопроводящий экран 4, первый 5 и второй 6 электроды и токопроводящий элемент 7, образующие жесткую пространственную конструкцию. Для этого каждый из электродов 5 и 6 окружен по крайней мере одним слоем диэлектрика с зазором между торцами этих слоев 8 и 9 соответственно. Между упомянутыми торцами слоев 8 и 9 диэлектрика в зазоре установлен, например, посредством сварки токопроводящий элемент 7, прилегающий к общему экрану 4, который имеет электрический контакт с упомянутыми слоями 8 и 9 диэлектрика, которые смонтированы на поверхности общего экрана 4, в частности приклеены к нему. Электрод 5 электрически связан с выходом генератора 10 электромагнитных колебаний, а электрод 6 со входом усилителя 11. Выход упомянутого усилителя 11 через амплитудный детектор 12 связан со входом выходного блока 13. Выходы выходного блока 13 электрически связаны с цепями сигнализации 14 и/или цепями управления 15, которые связаны с исполнительными органами 16.

В описанном варианте (фиг. 1) токопроводящий элемент 7 расположен во всем объеме торцевого зазора между упомянутыми диэлектриками 8 и 9, относящимися к разным электродам 5 и 6 соответственно.

Внешняя поверхность токопроводящего элемента 7, в частности, расположена заподлицо с общей поверхностью данных диэлектриков 8 и 9.

Электроды 5 и 7 связаны с генератором 10 и усилителем 11 посредством проводников, пропущенных через отверстия в общем экране 4 и диэлектриках 8 и 9.

В другом варианте выполнения устройства токопроводящий элемент 7 в торцевом зазоре между диэлектриками 8 и 9 выполнен заодно с общим экраном 4 посредством гибки последнего. Это устройство по фиг. 1 предназначено для копирования поверхностей, контроля наличия, положения и перемещения в зоне контроля живых и неживых объектов, контроля количества материала на транспортерах.

Еще в одном варианте выполнения устройства образующая токопроводящего элемента 7 имеет профиль, выпуклый по отношению к поверхности диэлектриков 8 и 9, в частности цилиндрический (фиг. 2) или элипсообразный профиль. Этот профиль выполняется либо путем установки прутка, либо путем гибки общего экрана 4, как показано на фиг. 2.

Открытые поверхности слоев диэлектриков и металлических деталей выполнены гладкими, затрудняющими налипание загрязнений.

Этот вариант по фиг. 2 целесообразно применять для копирования поверхности почвы на предпосевной обработке на посевных и рассадопосадочных машинах, а также для контроля дискретных уровней сыпучих материалов.

В следующем варианте выполнения устройства второй электрод 6 выполнен в виде по меньшей мере двух секций 17 и 18, которые примыкают своими торцами к торцам первого электрода 5. Причем в торцевых зазорах между секциями 17 и 18 и электродом 5 расположены токопроводящие элементы 19. В этом варианте выполнения устройства по фиг. 3 секция 17 второго электрода связана со входом основного усилителя 11, а секция 18 дополнительного усилителя 20, аналогичного основному.

Описанный вариант целесообразно применять на культиваторах и уборочных машинах, для копирования осей рядков низких растений, контроля взаимного положения деталей сельхозмашин. Еще в одном варианте выполнения устройства по фиг. 4 секций 17 и 18 второго электрода 6 расположены под углом, например под прямым углом к первому электроду 5.

Этот вариант устройства целесообразно применять на культиваторах и уборочных машинах для копирования осей рядков высоких растений, а также для одновременного контроля количественных характеристик материалов и объемных характеристик различных объектов.

Еще в одном варианте выполнения устройства по фиг. 4 секции 17 и 18 второго электрода подключены к одному усилителю 11. Этот вариант предназначен для контроля количественных характеристик материала, например расходов, объемных характеристик объектов, например размеров растений, а также контроля наличия и перемещения различных живых и неживых объектов. Этот вариант устройства целесообразно использовать на уборочных машинах, на машинах для сортировки объектов по размерам, на машинах для приготовления и раздачи кормов, а также в установках для переработки различного сырья.

Еще в одном варианте выполнения устройства по фиг. 4 первый электрод 5 выполнен в виде двух секций, подключенных к одному генератору 10, расположенных с противоположных сторон по отношению к секциям 17 и 18 второго электрода и образующими совместно с ними замкнутый контур. Этот вариант целесообразно использовать в транспортных устройствах уборочных и перерабатывающих машин для контроля расходов преимущественно сыпучих материалов.

Еще в одном варианте описанного выше устройства несколько секций первого и второго электродов расположены по контуру поперечного сечения транспортного устройства. Этот вариант целесообразно использовать для контроля больших расходов материалов в транспортных устройствах перерабатывающих машин.

Вариант устройства по фиг. 5 выполнен аналогично варианту по фиг. 4. Отличие состоит в том, что секции 17 и 18 второго электрода связаны со входом одного и того же основного усилителя 11. Кроме того, первый электрод 5 закреплен на поверхности диэлектрика 21 и изолирован от токопроводящих элементов 19 участками 22 диэлектрика, ширина которых заведомо меньше размеров абразивных частиц материала, проходящего через зону контроля 3.

Этот вариант устройства целесообразно применять для контроля расходов абразивных материалов, в том числе в устройствах домолота зерноуборочных комбайнов.

Варианты устройства по фиг. 1, предназначенные для применения по фиг. 6, 7 выполнены в виде плоских конструкций, общая площадь которых примерно равна площади усреднения на копируемой поверхности.

Отличие варианта устройства по фиг. 6 состоит в том, что оно снабжено по меньшей мере одним дополнительным генератором электромагнитных колебаний 23, первая гармоника полосы частот выходного сигнала которого не совпадает с первой гармоникой полосы частот основного генератора электромагнитных колебаний 10. Выход этого дополнительного генератора 23 также связан с первым электродом 5. Устройство по фиг. 6 снабжено также по меньшей мере одним дополнительным усилителем 24, первая гармоника полосы пропускания которого соответствует первой гармонике полосы частот упомянутого дополнительного генератора 23. При этом вход указанного дополнительного усилителя 24 связан со вторым электродом 6.

Вариант устройства по фиг. 8 отличается от вариантов устройств по фиг. 1-7 круглым исполнением средства 2 формирования зоны 3 контроля для монтажа в цилиндрические корпуса и удобства установки упомянутых корпусов в круглые отверстия стенок емкостей, в частности, бункеров различных машин.

Вариант устройства по фиг. 9 отличается от варианта устройства по фиг. 8 тем, что к первому электроду 5 подключены выходы основного 10 и дополнительного 23 генераторов.

Варианты устройств по фиг. 8 и 9 предназначены для применения в различных емкостях и транспортных устройствах в качестве датчиков дискретного уровня, а вариант 9 предназначен для контроля и качественных характеристик материалов.

Вариант выполнения устройства по фиг. 10 выполнен аналогично устройству по фиг. 1-9. Отличие состоит в том, что диэлектрик выполнен в виде цилиндра 25, прикрепленного к фланцу 26. Первый электрод 27 выполнен в виде кольца, смонтированного на диэлектрическом цилиндре 25, в торцевой части которого установлен второй электрод 28, выполненный в виде диска. На диэлектрическом цилиндре 25 смонтирован токопроводящий элемент 29, также выполненный в виде кольца.

Этот вариант предназначен для монтажа в емкостях, например, для контроля дискретных уровней и концентрации жидких материалов.

Вариант устройства по фиг. 11 выполнен аналогично вариантам устройств по фиг. 1-10. Отличие состоит в том, что первый 30 и второй 31 электроды, токопроводящий элемент 32 и общий экран 33 выполнены в виде полос, предназначенных для установки в емкостях. В варианте по фиг. 11 первый электрод 30 связан с выходом генератора электромагнитных колебаний 10, а второй электрод 31 со входом усилителя 11.

Во втором варианте устройства по фиг. 11 первый электрод 30 связан также с дополнительным генератором 23, а второй электрод 31 связан с усилителем 11, выполненным в полосе частот обоих генераторов 10 и 23.

Вариант устройства по фиг. 11 предназначен для применения на уборочных и перерабатывающих машинах, а также в хранилищах сельскохозяйственной продукции для аналогового и/или дискретного контроля и свойств материалов, например влажности сыпучих материалов или концентрации, растворов, в частности концентрации сахара.

Вариант устройства по фиг. 12 выполнен аналогично устройству по фиг. 11. Отличие состоит в том, что первый 30 и второй 31 электроды расположены с противоположных сторон общего экрана 34, по торцам которого закреплены токопроводящие элементы 35. Электроды 30 и 31 утоплены в слои диэлектрика 36 и 37, соответственно. С первым 30 и вторым 31 электродами связаны генератор 10 и усилитель 11.

Вариант предназначен для применения на уборочных и перерабатывающих машинах, а также на опрыскивателях и тракторах.

Вариант устройства по фиг. 13 выполнен аналогично варианту устройства по фиг. 4. Отличие состоит в том, что с первым электродом 5 связаны основной 10 и дополнительный 23 генераторы, а с секциями 17 и 18 второго электрода связан усилитель 11.

Это устройство по фиг. 13 предназначено для контроля количественных характеристик материала и одновременного контроля его качественных характеристик (влажности, концентрации, вида объектов). Его целесообразно использовать для установки в транспортные устройства уборочных и перерабатывающих машин, сортировальных устройств, на кормораздатчиках и на различных дозирующих устройствах, а также для контроля наличия объема и перемещения в зоне контроля различных живых и неживых объектов.

Еще в одном варианте выполнения устройства по фиг. 13 первый электрод 5 выполнен в виде секций, каждая из которых подключена к двум генераторам 10 и 23. Секции первого и второго электрода расположены поочередно по замкнутому контуру прямоугольной, круглой или иной формы, соответствующей контуру поперечного сечения транспортного устройства.

Устройство по фиг. 13 предназначено для одновременного контроля количественных и качественных характеристик материалов в транспортных устройствах уборочных и перерабатывающих машин.

Вариант устройства по фиг. 14 выполнены аналогично устройству по фиг. 13. Отличие состоит в том, что в торцевой части первого электрода 5 смонтирован дополнительный второй электрод 38, отделенный от первого электрода 5 дополнительным токопроводящим элементом 39, выполненным заодно с общим экраном 4. Дополнительный второй электрод 39 связан еще с одним дополнительным усилителем 40, идентичным с усилителями 11 и 20.

Этот вариант устройства предназначен для применения на культиваторах, опрыскивателях и уборочных машинах, в частности для одновременного копирования осей рядков высоких растений и определения их координат поперек рядков, а также для контроля положения различных живых и неживых объектов.

Вариант принципиальной схемы емкостного датчика 1 по фиг. 16 предназначенного для аналоговых измерений во всех вариантах по фиг. 2-7, 11-14 приведен на фиг. 15. Первый электрод 5 средства 2 формирования зоны 3 контроля подключен к выходу генератора 10 электромагнитных колебаний, собранного на операционном усилителе 41. Резисторы 42 и 43 служат для питания средней точки усилителя 41, конденсатор 44 служит фильтром, конденсатор 45 и резистор 46 образуют частотозадающую цепь, резистор 47 определяет режим работы усилителя 41, а конденсатор 48 служит для положительной обратной связи генератора 10. Выход этого генератора 10 связан с первым электродом 5.

Частота электромагнитного поля генератора электромагнитных колебаний выбирается в диапазоне 5 кГц 500 МГц, но лучшим является диапазон 50 кГц - 200 МГц.

Со вторым электродом 6 средства 2 формирования зоны 3 контроля связан вход операционного усилителя 49, охваченного цепью отрицательной обратной связи, выполненной на резисторе 50. Резисторы 51 и 52, а также конденсатор 53 служат для питания средних точек операционных усилителей. Выход усилителя 49 через конденсатор 54 и резистор 55 связан со входом операционного усилителя 56, выход которого связан со входом амплитудного детектора 12, собранного на диоде 57, конденсаторе 58 и резисторе 59.

Выход амплитудного детектора 12 в точке 60 через резистор 61 связан со входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, собранного, например, на операционных усилителях 62 и 63. На операционном усилителе 62 и конденсаторе 64 собран интегратор, а на усилителе 63 и резисторах 65, 66 и 67 выполнено пороговое устройство преобразователя.

Цепь сброса интегратора выполнена на диоде 68 и резисторе 69.

Во втором варианте выполнения схемы преобразователь напряжения в частоту выполнен, например, на специализированной микросхеме типа AD654 с частотозадающим конденсатором и подключен к точке 60. Выход преобразователя через резистор 70 связан со входом транзистора 71, собранного по схеме с открытым коллектором и связанного с пультом посредством линии связи 72.

Конденсатор 73 предназначен для связи схемы по высокой частоте с корпусом машины.

Во всех вариантах выполнения (кроме приведенного по фиг. 6) усилитель 11 подбором его типа и конструктивных параметров монтажа выполнен по схеме широкополосного усилителя или резонансного усилителя.

В устройстве по фиг. 6 усилители 11 и 24 выполнены в полосах частот генераторов 10 и 23 соответственно.

Вариант схемы по фиг. 15 предназначен также для всех вариантов контроля количественных характеристик материалов, объемных характеристик объектов и качественных характеристик материалов и объектов.

Вариант схемы датчика 1 по фиг. 1 для дискретного контроля во всех вариантах по фиг. 8-10, приведен на фиг. 16. От схемы по фиг. 15 этот вариант отличается тем, что между электродом 6 и амплитудным детектором включен один усилитель, собранный на операционном усилителе 49.

К выходу операционного усилителя 63 через светодиод 74 и резистор 70 подключен вход транзистора 71, с которым связана линия связи 72. Резистор 75 служит для установки режима работы транзистора 71. Резистор 76 служит для установки режима работы усилителя 63 порогового устройства. Диод 77, аналогичный диоду 57 амплитудного детектора, предназначен для компенсации падения напряжения на диоде 57 детектора и поддержания его в открытом состоянии на линейном участке характеристики упомянутого детектора.

Диод 78 служит для защиты схемы от переполюсовки.

Во втором варианте выполнения устройства выход транзистора 71 через усилитель мощности или реле связан с пускателем, управляющим электродвигателем исполнительного органа, например дозатора.

Схема по фиг. 16, например, подключена к средству 2 формирования зоны 3 контроля, выполненному по фиг. 8 и смонтированному в цилиндрическом корпусе 79, снабженному, например, внешней резьбой 80 для крепления в отверстии стенки емкости, например, посредством гаек.

Выходной блок 14 формирования сигнала, например, содержит пульт 81 (фиг. 17). Этот пульт 81 содержит схему выделения сигналов 82, выполненную на оптронном преобразователе, собранном, например, на микросхеме SNY 74-4 и резисторе 83.

Вход этого оптронного преобразователя 82 связан с выходом емкостного датчика и/или по фиг. 16 через линию связи 72.

При аналоговых измерениях используется устройство по фиг. 15. В этом случае пульт 81 содержит средство 84 учета начальных условий, включающее средство контроля отсутствия материала в зоне контроля, выполненное, например, по фиг. 17 в виде блока 85 включения технологического процесса, микропроцессор 86 типа 68НС11, к которому подключено оперативное запоминающее устройство ОЗУ 87 типа ИМ6116.

В различных вариантах выполнения устройства средство контроля отсутствия материала в зоне контроля включает, например, датчик контроля подъема рабочего орудия в копирующих устройствах или датчик контроля вращения вала подающего механизма в емкостях и транспортных устройствах, а также выполнено в виде датчика контроля неравномерности перемещения контролируемого материала, датчика для контроля вибрации машины либо датчика контроля положения узлов машин.

Во всех вариантах выполнения датчик контроля включения технологического процесса выполняется, например, по схеме, приведенной на фиг. 1, 16 либо в виде электромагнитного датчика.

На указанном микропроцессоре 86, постоянном запоминающем устройстве ПЗУ 88 для аналоговых измерений собрано средство 89 линеаризации характеристики устройства, содержащее также средство учета вида и свойств контролируемого материала, включающее, например, клавиатуру 90.

Выход микропроцессора 86 связан со схемой индикации, содержащей контроллер 91 жидкокристаллического индикатора типа Н061602 для управления жидкокристаллическим индикатором 92.

На микропроцессоре 86 и ОЗУ 87 выполнено средство формирования сигналов для количественной оценки характеристик материалов.

Выходы микропроцессора 82 связаны с цепями управления и сигнализации, например, со звуковым сигнализатором.

При использовании пульта для дискретного контроля используется схема 82 выделения сигналов, микропроцессор 86, датчик контроля включения технологического процесса 85, клавиатура 90, ОЗУ 87, ПЗУ 88, а также схемы индикации и управления.

На упомянутых выше машинах наиболее целесообразно комбинированное использование описанных выше вариантов устройств.

Например, при управлении передвижными кормораздатчиками и различными дозирующими устройствами перспективны три комбинации, приведенные на фиг. 18, 19 и 20. Вариант по фиг. 18 предназначен для раздачи однотипных по составу кормов, в том случае, если объема емкости 93 кормораздатчика достаточно для обеспечения всей группы животных во время одного прохода в ряду. В этом варианте в зоне верхнего уровня материала в емкости 93 устанавливается устройство 95 для контроля дискретного уровня, например по фиг. 16, а на выходе, например, шнекового дозатора 96 монтируется устройство 97 для аналогового контроля расхода кормов, в частности по фиг. 5 и 15, либо при изменении свойств кормов по фиг. 13.

В том случае, если объема кормов в емкости 93 кормораздатчика недостаточно для обеспечения всех животных во время одного прохода кормораздатчика, на нижнем уровне емкости 93 устанавливается дополнительное устройство 98 для контроля дискретного уровня, предназначенное для подачи сигнала на дозаправку емкости 93 кормораздатчика.

При неопределенном составе кормов перспективна комбинация устройств по фиг. 20. В этом варианте в зоне нижнего уровня емкости 93 кормораздатчика устанавливается устройство 99, аналогичное устройству 97 для аналогового контроля расхода сыпучих материалов, выполненное, например, по фиг. 5 и 15, служащее для формирования сигнала, характеризующего вид и свойства кормов.

Для контроля загрузки бункеров уборочных и перерабатывающих машин и контроля их производительности комбинации устройств по фиг. 18-20 отличаются установкой аналогового устройства для контроля расхода материала в конце загрузочного устройства 94. Устройство 97 в этом варианте выполняется преимущественно по фиг. 4.

В вариантах по фиг. 18 и 19 средство 84 учета начальных условий включает датчик положения емкости 93 под загрузочным устройством 94, а средство линеаризации 89 выполнено по фиг. 17. Вариант по фиг. 20 отличается тем, что средство 89 линеаризации характеристики включает устройство 99 для контроля вида и свойств материала, ПЗУ 88 и микропроцессор 86.

Во всех вариантах при комбинированном использовании устройств согласно изобретению, например, для управления кормораздатчиком устройство 95 устанавливается под углом зоной контроля навстречу набегающему слою кормов.

Приведенные выше варианты осуществления изобретения, благодаря широким технологическим возможностям допускают различные изменения и дополнения, очевидные для специалистов в данной и смежных областях техники.

Принцип работы устройства согласно изобретению заключается в следующем.

В большинстве вариантов применения общий экран 4 электрически связан с копируемой поверхностью. Поэтому во всех вариантах выполнения устройства по фиг. 1-12, 14 генератор 10 возбуждает электромагнитное поле в объемной зоне 3 контроля между электродами 5 и 6, а также между упомянутыми электродами и копируемой поверхностью. В результате между электродами 5 и 6 протекает ток. Ток протекает также между электродом 5 и копируемой поверхностью. При измерении расстояния между электродами 5 и 6, и этой копируемой поверхностью происходит перераспределение токов и изменяется ток на входе усилителя 11. В частном случае при уменьшении расстояния до копируемой поверхности ток на входе усилителя 11 уменьшается, т.к. большая часть энергии электромагнитного поля зоны 3 контроля замыкается на копируемую поверхность, в частности на поверхность растительного покрова при управлении опрыскивателем или уборочной машиной.

При изменении расстояния до копируемой поверхности изменяется сигнал на входе усилителя 11. После детектирования амплитудным детектором 12 этот сигнал поступает в выходной блок 13, с выхода которого выходной сигнал поступает в цепи сигнализации 14 и цепи управления 15, связанные с исполнительными органами 16, которые, например, балансируют опрыскиватель, регулируют положение рабочих органов относительно копируемой поверхности или подачу материалов в транспортных устройствах.

Наличие токопроводящего элемента 7 позволяет образовать зону нечувствительности вблизи общей поверхности диэлектриков 8 и 9 и упомянутого токопроводящего элемента 7.

Размер этой зоны нечувствительности зависит от ширины токопроводящего элемента 7 и его положения относительно общей поверхности диэлектриков 8 и 9.

Геометрические параметры емкостного датчика 1 устанавливаются в зависимости от технологических условий контроля.

При установке емкостного датчика (фиг. 1) над копируемой поверхностью общая площадь развернутых электродов 5 и 6, также токопроводящего элемента 7 в торцевом зазоре между ними установлена такой величины, что ее проекция на копируемую поверхность равна площади усреднения на этой копируемой поверхности материала. Суммарная ширина указанных электродов 5 и 6 и токопроводящего элемента 7 соизмерима с максимальным контролируемым расстоянием от электродов 5 и 6 до упомянутой площади усреднения.

Площадь усреднения на поверхности материала, до которой осуществляется контроль расстояния, и максимальное контролируемое расстояние связаны между собой через длину электродов. Общая конфигурация указанной площади усреднения определяется технологическими требованиями.

Вариант устройства по фиг. 2 работает аналогично варианту по фиг. 1. Отличие состоит в том, что выпуклая форма токопроводящего элемента 7 увеличивает зону нечувствительности, затрудняет образование токопроводящих перемычек между поверхностями диэлектриков 8 и 9, а также предотвращает их повреждение при ударах о копируемую поверхность.

Вариант устройства по фиг. 3 в отличие от вариантов по фиг. 1-2, кроме контроля расстояния до копируемой поверхности, обеспечивает копирование траекторий в виде рядков растений, борозды или гребня на почве. Для этого идентичные секции 17 и 18 второго электрода подвешиваются по разные стороны от копируемой траектории. Сигналы от этих секций после усиления усилителями 11 и 20 и детектирования сравниваются в выходном блоке 13 и после обработки используются для индикации и управления рабочими органами или самими машинами. Определяется при необходимости также размер растения.

При установке устройства по фиг. 3 над рядком отдельных растений так, что секции 17 и 18 расположены вдоль рядка друг за другом, обработка сдвинутых во времени идентичных сигналов усилителей 10 и 20 обеспечивает, кроме определения поперечных рядку координат растений, контроль также скорости машин корреляционным методом.

Вариант устройства по фиг. 4 работает аналогично устройствам по фиг. 1, 3. Отличие состоит в том, что секции 17 и 18 второго электрода расположены под углом к первому электроду 5, например под прямым углом. При использовании этого устройства для копирования осей высоких растений и определения их размеров секции 17 и 18 подключены к различным усилителям 11 и 20 соответственно. В другом варианте устройства по фиг. 4 секции 17 и 18 подключены к одному усилителю 11. Этот вариант устройства предназначен для контроля количества материала в зоне контроля, например расходов материалов, объемных характеристик объектов, свойств материалов в уборочных и перерабатывающих машинах, машинах для приготовления и раздачи кормов.

Секционное выполнение и поочередное расположение первого и второго электродов улучшает равномерность распределения электромагнитного поля, что повышает точность контроля.

Вариант устройства по фиг. 5 работает аналогично устройству по фиг. 1, 4. Отличие состоит в том, что сигналы от секций 17 и 18 второго электрода суммируются на входе усилителя 11, а электрод 5, расположенный на поверхности диэлектрика 21, обеспечивает высокую износостойкость устройства в набегающем потоке абразивного материала, расход которого контролируется. Так как ширина диэлектрических участков 22 меньше абразивных частиц, то вероятность разрушения участков 22 снижается.

Устройства по фиг. 6 и 7 работают аналогично устройствам по фиг. 1-3. Отличие состоит в том, что первая гармоника полосы частот основного генератора 10 электромагнитных колебаний и соответствующего ему усилителя 11 выбраны в диапазоне частот, в котором, в частности, разница электрических свойств материалов минимальна, например в диапазоне частот до 0,5-4 МГц. Первая гармоника полосы частот дополнительного генератора 23 и соответствующего ему усилителя 24 (по фиг. 6) отличается от частоты генератора 10 и усилителя 11 и выбрана, например, в диапазоне частот, в котором упомянутая разница электрических свойств материалов существенная, в частности в диапазоне частот от 10 до 200 МГц. В этом случае сигнал с выхода основного усилителя 11 характеризует преимущественно расстояние до контролируемой поверхности, а сигнал на выходе дополнительного усилителя 24 (по фиг. 6) зависит не только от упомянутого расстояния, но и от свойств материала копируемой поверхности, влажности и плотности.

По фиг. 7 эти сигналы формируются на выходе одного усилителя 11.

Совместная обработка этих сигналов в выходном блоке 13 (например, их соотношение) позволяет получать дополнительную информацию о свойствах материалов, например влажности, в частности при уборке зерновых культур или на посеве.

Устройство по фиг. 8 работает аналогично устройствам по фиг. 1-7. Отличие состоит в том, что благодаря круглому исполнению уменьшаются размеры.

Устройство предназначено для контроля дискретного, в частности, верхнего или нижнего уровня материала в емкостях и удобно для монтажа в круглые отверстия.

Устройство по фиг. 9 работает аналогично устройству по фиг. 8. Отличие состоит в том, что, как описано для устройств по фиг. 6 и 7, использование дополнительного генератора 23 электромагнитных колебаний, первая гармоника полосы частот выходного сигнала которого отличается от первой гармоники основного генератора 10, позволяет получить на выходе усилителя 11 также информацию о характеристиках материала при совместной обработке сигналов различных частот в выходном блоке 13. Таким образом, кроме дискретного уровня, контролируются такие технологические характеристики материала, как влажность, в частности, в емкостях уборочных и перерабатывающих машин.

Вариант устройства по фиг. 10 работает аналогично устройствам по фиг. 8 и 9. Отличие состоит в том, что за счет описанного конструктивного исполнения достигается более точный контроль дискретного уровня при контроле его в емкостях и транспортных устройствах.

Устройство по фиг. 11 работает аналогично устройствам по фиг. 1-7. Отличие состоит в том, что благодаря вытянутому исполнению первого 33 и второго 34 электродов достигается контроль аналогового уровня материалов.

В другом варианте исполнения устройства по фиг. 11 при использовании еще и дополнительного генератора 23 обеспечивается аналоговый контроль уровня материала в емкости и определение свойств этого материала в емкостях и транспортных устройствах.

Устройство по фиг. 12 работает аналогично устройству по фиг. 11. Отличие состоит в том, что оно может быть установлено через отверстие в верхней части емкости, благодаря меньшей толщине, в частности, для контроля уровня и качества масла.

Вариант устройства по фиг. 13 работает аналогично устройству, описанному по фиг. 1,5-7. Отличие состоит в том, что одновременно с расходом материала контролируются и его свойства, например влажность вороха, поступающего в уборочной машине. Секционное выполнение электродов обеспечивает более равномерное распределение в зоне контроля электромагнитного поля.

Устройство по фиг. 14 работает аналогично устройствам по фиг. 1,3-5. Отличие состоит в том, что кроме копирования оси рядка высоких растений, совместная обработка сигналов с выхода усилителей 11 и/или 20 с сигналом на выходе усилителя 40 обеспечивает точное определение поперечных рядку координат растений, а также их размеры.

Во всех вариантах выполнения устройств по фиг. 1-14 генератор 10 электромагнитных колебаний по фиг. 15 и 16 генерирует на выходе высокочастотный сигнал стабильной амплитуды, который возбуждает электромагнитное поле в зоне контроля 3. На первой гармонике этого сигнала происходит усиление сигнала со второго электрода 6 операционным усилителем 49. После дополнительного усиления выходного сигнала усилителя 49 операционным усилителем 56 сигнал детектируется амплитудным детектором 12 и через точку 60 поступает на вход операционного усилителя 62 интегратора. При достижении выходного напряжения этого усилителя порогового уровня порогового устройства (операционный усилитель 63) происходит сброс интегратора и на выходе упомянутого порогового устройства формируется импульс, который через транзистор 74 поступает в линию связи 72. Частота этих импульсов пропорциональна напряжению на входе усилителя 62. Эта частота характеризует аналоговое значение технологического параметра (уровень, расход, размеры, координаты растений и т.д.).

В вариантах устройства по фиг. 8-10, схема которых приведена на рис. 16, выходной сигнал амплитудного детектора 12 поступает на вход операционного усилителя 63 порогового устройства, с выхода которого через транзистор 71 в цепи управления или на компьютер в пульте. При этом включается светодиод 74. Падение напряжения на диоде 77 поддерживает открытое состояние диода 57 амплитудного детектора 12, компенсирует падение напряжения на диоде 57 и обеспечивает его работу на линейном участке характеристики и в широких пределах изменений питающего напряжения.

В режиме аналогового контроля по фиг. 1-7, 11-14 пульт 81 работает следующим образом (фиг. 17). Через линию связи 72 импульсные сигналы поступают на вход оптронного преобразователя 82, с выхода которого поступают на вход микропроцессора 86.

Для учета начальных условий емкостный датчик 1 поднимается над копируемой поверхностью на такую высоту, при которой эта поверхность уже не влияет на сигнал датчика 1. Эта высота в 1,5-2 раза превышает упомянутую выше ширину датчика 1. Этот факт поднятия фиксируется микропроцессором 36 при подаче сигнала вручную, например с помощью клавиатуры 90, или автоматически по сигналу датчика 85 контроля включения технологического процесса (в частности, датчика подъема рабочего органа), с которым механически связан емкостный датчик 1.

В режиме контроля расхода материала учет начальных условий осуществляется по сигналам датчика контроля включения технологического процесса 85 (в частности, датчика для контроля вращения вала подающего механизма).

При копировании поверхности по сигналу датчика 85 контроля включения технологического процесса выделяется частота сигнала начальных условий, которая запоминается в ОЗУ 87 на все время работы до следующей калибровки при следующем прекращении технологического процесса и подъеме орудия, с которым связан датчик 1, в транспортное положение.

При установке емкостного датчика 1 в рабочее положение над копируемой поверхностью текущее значение сигнала с выхода оптронного преобразователя 82 поступает в микропроцессор 86, где из него вычитается сигнал начальных условий, а полученная разница делится на этот сигнал начальных условий и в результате формируется относительный сигнал. Этот сигнал поступает на вход средства линеаризации 89. В ПЗУ 88 этого средства линеаризации 89 записаны значения корректирующих коэффициентов для различных значений упомянутого относительного сигнала. После пропорционального преобразования в зависимости от корректирующего коэффициента микропроцессор 86 формирует выходной сигнал, который поступает в схему сигнализации на ЖКИ 92 и/или в цепи управления технологическим процессом и/или в цепи звуковой сигнализации.

При использовании универсальных датчиков 1 в ПЗУ 88 записываются значения упомянутых корректирующих коэффициентов, соответствующих величине указанного относительного сигнала и свойствам копируемой поверхности. Вид копируемой поверхности учитывается, в частности, подачей сигнала от клавиатуры 90 на вход микропроцессора 86, который фиксирует его в ОЗУ 87.

При определении аналоговых уровней материалов устройствами по фиг. 11 и 12 учет начальных условий осуществляется в самом начале работы машины по команде датчика для контроля вращения вала подающего механизма или путем специального подъема датчика 1 из массы контролируемого материала.

При контроле расходов материалов учет начальных условий осуществляется при каждой остановке технологического процесса по сигналу датчика для контроля вращения вала подающего механизма или при отсутствии переменной составляющей сигнала, вызванной неравномерностью подачи материала.

После поступления импульсов от аналогового датчика средство формирования сигналов о количественных характеристиках материала, выполненное на микропроцессоре 86 и ОЗУ 87, вырабатывает сигнал, зависящий от упомянутых количественных характеристик. Этот сигнал затем обрабатывается с учетом начальных условий, вида и свойств материала и корректирующих коэффициентов линеаризации.

Во всех вариантах выполнения устройства конфигурация и ширина токопроводящих поверхностей по всему контуру диэлектриков 8 и 9, связанных с электродами 5 и 6 емкостного датчика выполнена предотвращающей образование токопроводящих перемычек, изолированных от земли и общего экрана 4, которые выводят устройство из рабочего режима. Токопроводящие перемычки между первым электродом 5 и общим экраном 4 приводят к увеличению нагрузки генератора 10, что комплексируется запасом его мощности.

Токопроводящие перемычки между вторым электродом 6, а также его секциями и общим экраном 4 уменьшают чувствительность устройства, что учитывается при калибровке. Наиболее опасен прямой ток между выходом генератора 10 и входом усилителя 11, т.е. между диэлектриками 8 и 9. Поэтому открытые слои диэлектриков выполняются из водоотталкивающего материала и снабжены указанными разделяющими токопроводящими поверхностями. При полном заполнении зоны 3 контроля устройств по фиг. 1-5, 11, 12, 14 и 15 выходной сигнал с учетом начальных условий и линеаризации характеристики обеспечивает получение информации о виде и свойствах материалов.

При комбинированном использовании устройств, например, по фиг. 18 сигнал устройства 95 используется для отключения подачи материала, например кормов, через загрузочное устройство 94 при достижении верхнего уровня, а устройство 97 контролирует расход кормов и останавливает шнек дозатора 96 при выдаче дозы кормов, заданной из пульта 81.

При использовании варианта по фиг. 19 в отличие от комбинации по фиг. 18 устройство 98, установленное на нижнем уровне материала, вырабатывает сигнал догрузки емкости 93 кормораздатчика кормами.

При использовании комбинации по фиг. 20 сигнал устройства 99 используется для формирования корректирующего сигнала, характеризующего вид и свойства материала, в частности кормов в процессе контроля расхода устройством 97. Аналогично работает устройство 99 при контроле устройством 97 расхода зерна на входе бункера уборочного комбайна, а также в транспортных устройствах перерабатывающих машин.

Сочетания применения токопроводящих элементов в торцевых зазорах между диэлектриками, выполнение устройства с токопроводящими поверхностями, разделяющими диэлектрики, связанные с электродами устройства, учет начальных условий и линеаризация характеристики устройства, учет вида и свойств материалов позволяют надежно копировать поверхности растительного покрова и почвы без растений, опорные траектории в виде рядков растений, гребня или валка на почве, контролировать расходы и уровни материалов и определять координаты растений. Комбинации секций электродов позволяют одним устройством решить несколько задач контроля, в частности, координат и расстояния до поверхности, уровней и влажности, расхода и влажности материала. Причем устройство может работать в широком диапазоне сложных технологических условий при загрязнениях и вибрациях, в частности, совместно с факелами опрыскивателей, рядками растений, материалами на транспортерах, в кормораздатчиках и дозаторах.

Устройство согласно изобретению позволяет примерно на 20-40% снизить издержки при производстве сельскохозяйственной продукции за счет сокращения потерь, уменьшения расходов ядохимикатов, уменьшения размеров защитной зоны возле растений при междурядной обработке, повышения точности дозирования, регулирования режимов уборочной техники.

Устройство является необходимым элементом компьютерных сельскохозяйственных и перерабатывающих технологий, решающих экологическую проблему в сельском хозяйстве и задачу увеличения производства сельскохозяйственной продукции.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для копирования поверхности растительного покрова, контроля заглубления сошников сеялок и других рабочих органов в почву без растений, контроля загрузки транспортеров, уровней различных материалов в емкостях, копирования осей опорных траекторий в виде рядков растений, валка или гребня на почве, скорости движения машин, относительного положения деталей и узлов машин, расходов материалов, при одновременном контроле в случае необходимости таких технологических параметров, как влажность материалов, качественных показателей различных материалов, например масел.

В частности, устройство может быть использовано для технологической наладки таких машин, как сеялки, опрыскиватели, уборочные, транспортные и перерабатывающие машины, дозирующие устройства различного назначения в наилучший возможный режим работы и поддержания этого режима посредством ручного и/или автоматического управления. ЫЫЫ19

(57) Использование: сельскохозяйственная посевная, обрабатывающая, уборочная и животноводческая техника, а также машины для переработки сельскохозяйственного сырья. Сущность изобретения: устройство снабжено связанным с общим экраном токопроводящим элементом, выполненным заподлицо или выступающим в торцевых зазорах между диэлектриками, которыми окружены первый и второй электроды емкостного датчика, связанные с генератором и усилителем электромагнитных колебаний, соответственно, что позволяет образовывать вблизи устройства зону нечувствительности, расширяя его технологические возможности. В устройстве также применены средства учета начальных условий, снабженного средством контроля отсутствия контролируемого материала в зоне контроля, а также средства контроля количественных характеристик материала, с которым связано средство учета вида и свойств материала, связанное со средством линеаризации характеристики устройства. За счет секционного выполнения электродов и двух частотных измерений достигается дополнительное расширение технологических возможностей устройства. 7 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Устройство для контроля наличия и/или характеристик объектов или его составляющих, преимущественно для объектов сельскохозяйственного назначения, содержащее емкостный датчик, имеющий первый и второй электроды для образования между ними зоны контроля, каждый из которых окружен по крайней мере одним слоем диэлектрика с зазором между торцами этих слоев, относящимся к разным электродам, причем слои диэлектрика охвачены с одной стороны общим токопроводящим экраном, при этом последний имеет электрический контакт с упомянутыми слоями диэлектрика, генератор электромагнитных колебаний, с выходом которого связан первый упомянутый электрод, усилитель с заданной полосой пропускания, вход которого связан со вторым упомянутым электродом, а выход посредством детектора с выходным блоком формирования сигнала, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним токопроводящим элементом, установленным в упомянутом зазоре между слоями диэлектрика, при этом внешняя поверхность токопроводящего элемента расположена заподлицо с общей поверхностью данных диэлектриков или выступает за эту поверхность и электрически связана с общим экраном. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилитель с заданной полосой пропускания выполнен в виде резонансного усилителя, а генератор электромагнитных колебаний имеет частоту основной гармоники, равную частоте резонанса усилителя. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что токопроводящий элемент расположен во всем объеме торцевого зазора между упомянутыми диэлектриками, относящимися к разным электродам. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что образующая токопроводящего элемента имеет профиль, выпуклый по отношению к поверхности диэлектрика. 5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним дополнительным генератором электромагнитных колебаний, первая гармоника полосы частот выходного сигнала которого не совпадает с первой гармоникой полосы частот выходного сигнала основного генератора электромагнитных колебаний, по меньшей мере одним дополнительным усилителем, первая гармоника полосы пропускания частот которого соответствует первой гармонике полосы частот упомянутого дополнительного генератора, причем вход этого дополнительного усилителя связан со вторым электродом. 6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что и/или первый и второй электроды выполнены в виде секций, связанных с основным и/или дополнительными генераторами и усилителями, причем в торцевых зазорах между диэлектриками, соответствующими этим секциям второго электрода и первому электроду, расположены соответствующие токопроводящие элементы. 7. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что оно содержит средство контроля отсутствия материала в зоне контроля, средство учета начальных условий, в которое включено упомянутое выше средство, средство формирования сигнала о количественных характеристиках материала и связанное с ним средство учета вида и свойств материала, связанное в свою очередь со средством линеаризации характеристики устройства, причем с последним из них и средством учета начальных условий связано указанное средство формирования сигналов о количественных характеристиках материала, которое в свою очередь подключено к выходному блоку формирования сигнала. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что средство учета вида и свойств материала выполнено аналогично средству контроля количественных характеристик материала с возможностью установки этого средства, обеспечивающей полное заполнение материалом его зоны контроля.