ДАТЧИК СЧЕТА СЕМЯН И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАСОРЕНИЯ СЕМЯПОДАЮЩЕЙ ТРУБЫ Российский патент 2019 года по МПК A01C7/08 A01C7/00 A01C7/10 

Настоящее изобретение относится к датчику семян и способу обнаружения засорения семяподающей трубы.

Должное функционирование сеяльных машин осуществляется под контролем системы управления севом. В число основных элементов системы управления севом входят датчики семян, посредством которых возможен контроль подачи семян. Настоящее изобретение в основном относится к датчикам семян, используемым в пневматических зерносеяльных машинах (в которых семена подаются в почву посредством воздуха), в реальном времени предоставляющим оператору сеяльной машины информацию о корректности операции сева и сбоях операции сева.

В современном уровне техники для обнаружения семян во время операции сева используются многочисленные решения. Наиболее распространенным решением является использование так называемых датчиков обнаружение семян (датчиков семян). Датчики семян размещают на пути движения семян, в результате чего семена попадают в почву с прохождением через датчики семян. При управлении севом функциями датчиков семян являются определение того, сеет ли сеяльная машина, и того, сколько семян подает сеяльная машина в заданный период времени. Кроме того, датчики семян выполняют функцию определения засорения семяподающей трубы. Для реализации вышеуказанных функций могут использоваться различные технические решения. Наиболее распространенные решения основаны на оптических принципах, но есть и датчики семян на основе радиоволн (радар), микроволн или акустики.

Большинство оптических датчиков семян работает с использованием принципа оптопары (англ. optogate). В этом решении источники света (передатчики) и детекторы света (приемники) размещают напротив друг друга. Обычно источниками света являются светоизлучающие диоды (светодиоды), а детекторами света, как правило, являются соответствующие фототранзисторы или фотодиоды. Функционирование датчиков семян оптопарного типа основано на том, что объект (например, как в данном случае, семя), проходя между передатчиком (к примеру, светодиодами) и приемником, создает на стороне приемника тень, которая, в свою очередь, порождает сигнал в схеме обработки сигнала в приемнике.

Датчики семян оптопарного типа в основном делят на два типа в соответствии со схемой управления источниками света. К первому типу относят датчики семян, в которых источники света работают непрерывно и с постоянной интенсивностью света во времени. Это решение является самым простым с точки зрения функционирования (т.е., управления источниками света и обработки сигнала) и поэтому наиболее распространенным. К другому типу относят датчики семян оптопарного типа, в которых интенсивностью света источников света управляют периодическими сигналами, например, модулируют интенсивность света прямоугольными импульсами постоянной частоты. В данном случае семена обнаруживают, анализируя искажение сигнала, регистрируемого на стороне приемника. Количество источников света и количество детекторов света выбирают в зависимости от конкретного места применения, от формы и размеров зоны обнаружения семян. Размер семян, проходящих через датчик семян, может варьироваться от 1 мм для небольших семян (например, капуста, рапс) до 20 мм (например, бобы). Скорость потока семян, проходящих через датчики семян, в основном зависит от типа сеяльной машины, поскольку используемые в настоящее время сеяльные машины подают семена двумя различными способами. В машинах одного типа семена сбрасываются механически (это так называемые семяпосадочные машины), при этом семена попадают в почву под действием силы тяготения. В этом случае скорость потока семян считается низкой. В сеяльных машинах другого типа семена подают посредством воздуха (это так называемые пневматические сеяльные машины), при этом благодаря интенсивному потоку воздуха скорость потока семян сравнительно высокая. Определенные типы семян подают в больших дозах, при этом количество семян, проходящих через датчик семян, может доходить до 300 семян в секунду, как, например, при севе зерна пшеницы. Такую ситуацию называют большедозной подачей.

В зависимости от места использования, с учетом вышеприведенных особенностей, оптические датчики семян могут подразделять на две основные группы, в одну из которых входят датчики семян, используемые при посадке семян, а в другую входят датчики семян для пневматического сева.

В соответствии с современным уровнем техники датчики семян, используемые для посадки семян, в общем представляют собой наиболее совершенные устройства, поскольку они с высокой точностью могут регистрировать семена как малых, так и больших размеров и предоставлять достоверную информацию об операции сева. Во время посадки семян семяпосадочная машина подает семена по отдельности, поэтому датчик семян должен обнаруживать и считать семена, проходящие через датчик семян последовательно. Датчики семян, используемые для посадки семян, выполнены с возможностью управления количеством подаваемых семян и пространственным распределением подаваемых семян в реальном времени. Такой датчик семян раскрыт, например, в патенте США №8,843,281. В этом решении вдоль стороны датчика с одной стороны камеры детекции на равных расстояниях размещены источники света, а с другой стороны камеры детекции напротив этих источников света на равных расстояниях размещены детекторы света, причем расстояния между источниками света и детекторами света подобраны так, чтобы в датчике семян не было мертвого пространства. Благодаря большому количеству детекторов света на приемной стороне датчики могут определять даже размер семян. Асимметричное размещение, использованное в этом решении, способствует устранению мертвого пространства, но отрицательно сказывается на физических размерах датчика семян. Кроме того, широко используемые светодиодные источники света не обеспечивают однородности света во всем диапазоне своего угла освещения, поэтому возможно, что внутри всей камеры детекции датчика семян не будет равномерного света. Равномерный свет, т.е., свет с равномерной интенсивностью, нужен в датчике семян для надлежащего обнаружения семян разных размеров при различных интенсивностях света.

Точность датчиков семян, в связи с вышеизложенным, зависит от чувствительности датчика, которую для достижения наивысшей возможной точности рекомендуют приводить в соответствие с типом семян. Эта цель достигается датчиком семян, описанным в документе WO 2014/035949, в котором множеством источников света (светодиодов) обеспечивают равномерную интенсивность света внутри камеры детекции. Однако интенсивность света источников света (светодиодов), находящихся в середине и на периферии датчика семян, различна из-за отражения световых пучков от стенок, поэтому в середине и на периферии датчика семян используют источники света с разной интенсивностью света. Такое решение дает возможность создания равномерного света в датчике семян, что позволяет должным образом обнаруживать семена, проходящие через датчик семян, в любой точке датчика семян. В этом решении интенсивность света источников света является постоянной. Чувствительность датчика семян могут задавать путем регулировки выходного усиления приемника (фотовольтаического датчика). В этой схеме чувствительность могут регулировать на нескольких уровнях. Выполнению датчиком операции регистрации способствует размещение на приемной стороне оптического модуля, в котором с использованием линз Френеля световые пучки передатчиков (светодиодов) сделаны параллельными, что снижает интерференцию между пучками и упрощает различение семян при их одновременном параллельном вхождении, делая возможным более точную регистрацию семян.

Способ сева пневматической зерносеяльной машины значительно отличается от равномерной подачи семян, выполняемой семяпосадочной машиной (которая сажает семена по отдельности). Пневматические зерносеяльные машины подают семена не по отдельности, не одно за другим. Одной из причин этого является то, что для растительных культур с менее глубоко проникающими корнями (например, пшеницы) не так важно точно выдерживать расстояние между растениями, как это требуется для растительных культур с глубоко проникающими корнями, сажаемых семяпосадочными машинами (например, кукурузы). В связи с этим семена в пневматической зерносеяльной машине двигаются через датчики семян с более высокой скоростью и неоднородно, из-за чего семена часто проходят через камеру детекции параллельно и близко друг к другу, при этом одно семя маскирует другое.

Из-за вышеописанных особенностей пневматического сева зерна датчики семян, используемые в таких машинах, могут лишь определять сеящее или несеящее состояние семяподающих труб сеяльной машины, но неспособны считать количество семян, проходящих через датчик семян. Наиболее распространенный способ определения сеящего или несеящего состояния состоит в том, что датчик семян извещает о несеящем состоянии, когда измеренное количество семян, проходящих через семяподающую трубу, падает ниже наинизшего ожидаемого значения частоты (измеряемого, например, в виде количества семян в секунду). Кроме определения несеящего состояния, известные датчики семян также могут определять засорение семяподающей трубы, поскольку, в соответствии с практикой, когда ожидаемое количество семян в секунду в семяподающей трубе уменьшается по меньшей мере наполовину, это с высокой вероятностью вызвано засорением семяподающей трубы. Такие датчики семян, однако, могут определять ожидаемое количество семян лишь после операции калибровки, в которой подсчитывают количество сигналов, порожденных различимыми семенами, а затем определяют ожидаемое количество семян. Погрешность датчиков семян известных пневматических зерносеяльных машин зависит от количества семян, подаваемого машиной, которое зависит от скорости машины. При подаче с более высокой интенсивностью, когда семена проходят через датчики на относительно высокой скорости и с неоднородным пространственным и временным распределением, известные датчики семян не могут определить точное количество семян и регистрируют прохождение меньшего количества семян, чем есть на самом деле, в результате чего во многих случаях засорение семяподающей трубы может не обнаруживаться. Еще один недостаток состоит в том, что подача пневматических сеяльных машин может меняться от ряда к ряду, и в случае сева с переменной скоростью подачи подаваемое количество семян также может меняться от участка к участку, в связи с чем для создания возможности обнаружения засорения приходится корректировать наибольшую скорость подачи.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и предложение датчика семян для пневматических сеяльных машин, дающего возможность более точного подсчета семян, проходящих через датчик, и более надежного обнаружения засорения семяподающей трубы.

Еще одной целью настоящего изобретения является предложение способа, посредством которого с более высокой, чем раньше, надежностью может быть обнаружено засорение семяподающей трубы.

Вышеуказанные цели достигаются предложением датчика счета семян для пневматических сеяльных машин, содержащего:

камеру детекции внутри корпуса, выполненную с возможностью пропуска семян через датчик и имеющую центральную ось в направлении потока семян;

множество источников света, размещенных внутри корпуса снаружи камеры детекции на заранее заданных расстояниях один от другого в плоскости, в сущности, перпендикулярной названной центральной оси датчика;

множество детекторов света, размещенных внутри корпуса снаружи камеры детекции на заранее заданных расстояниях один от другого в той же плоскости, что и источники света, причем количество детекторов света равно количеству источников света;

модуль обработки сигнала для управления работой источников света и для обработки электронных сигналов, сформированных детекторами света;

оптические маски, изготовленные из непрозрачного материала, размещенные, соответственно, перед источниками света и детекторами света, содержащие множество параллельных каналов, открывающихся в камеру детекции, причем количество каналов равно по меньшей мере количеству источников света или детекторов света, диаметр каналов меньше диаметра оптических линз источников света и детекторов света, оптические линзы источников света и детекторов света плотно подогнаны к внешним концам каналов, источники света отделены один от другого непрозрачными разделителями, наименьшая длина каналов такова, что, в сущности, все количество падающего света, принимаемого детектором света, испущено источником света, находящимся непосредственно напротив;

причем названные источники света и названные детекторы света размещены в названной плоскости, в результате чего они обладают возможностью сканирования, в сущности, всего поперечного сечения названной камеры детекции.

Предпочтительно, источниками света являются светодиоды, а детекторами света являются фотодетекторы. Указанные светодиоды и фотодетекторы могут работать в инфракрасном диапазоне.

Оптические маски изготовлены, предпочтительно, из резины или пластмассы.

Датчик счета семян может дополнительно содержать управляющую схему для регулирования интенсивности света источников света в зависимости от интенсивности света, регистрируемой детекторами света.

Вышеуказанная цель достигается также предложением способа обнаружения засорения семяподающей трубы сеяльной машины, оснащенной центральным обрабатывающим модулем, содержащего

шаг оснащения сеяльной машины множеством датчиков счета семян в соответствии с настоящим изобретением;

шаг, в котором в течение периода сева непрерывно измеряют длительность электронного сигнала от семян посредством названных датчиков счета семян, при этом длительность сигнала от семени определяют посредством электронного импульса, ширина которого пропорциональна периоду времени, в течение которого движущееся семя перекрывает свет, падающий на детектор света датчика счета семян;

шаги, выполняемые с заранее заданными интервалами, в которых

a) в каждом датчике счета семян определяют среднюю длительность сигнала от семени в заданном периоде посредством модуля обработки сигнала этого датчика счета семян;

b) передают названную среднюю длительность сигнала от семени из модулей обработки сигнала датчиков счета семян в центральный обрабатывающий модуль сеяльной машины;

c) в центральном обрабатывающем модуле определяют медиану средних длительностей сигнала по всем датчикам счета семян в заданном периоде с получением общей эталонной длительности сигнала для всех датчиков счета семян в заданном периоде;

d) получают верхнюю предельную длительность сигнала, большую эталонной длительности сигнала, путем умножения этой эталонной длительности сигнала на коэффициент чувствительности со значением больше 1; и

шаги, выполняемые для каждого датчика счета семян в центральном обрабатывающем модуле сеяльной машины, в которых проверяют, находится ли датчик счета семян в засоренном состоянии, и

если датчик счета семян находится в засоренном состоянии, то при средней длительности сигнала, превышающей ранее сохраненную верхнюю предельную длительность сигнала, засоренное состояние оставляют неизменным и указанное ранее сохраненное верхнее предельное значение используют в дальнейшем в качестве верхней предельной длительности сигнала в заданном периоде, в противном случае состояние датчика счета семян меняют на незасоренное состояние и сохраняют только что определенную верхнюю предельную длительность сигнала и соответствующую ей эталонную длительность сигнала, а

если датчик счета семян находится в незасоренном состоянии, то при средней длительности сигнала, превышающей только что полученную верхнюю предельную длительность сигнала, состояние датчика семян меняют на засоренное состояние, в противном случае незасоренное состояние датчика семян оставляют неизменным и сохраняют только что определенную верхнюю предельную длительность сигнала и соответствующую ей эталонную длительность сигнала.

Далее настоящее изобретение раскрывается более подробно со ссылкой на чертежи, в которых

фиг. 1 представляет собой схематичный вид сбоку пневматической зерносеяльной машины и буксирующей ее тяговой машины;

фиг. 2 иллюстрирует путь движения семян в пневматической зерносеяльной машине, частично в виде сбоку и частично в продольном сечении;

фиг. 3 иллюстрирует подающую головку пневматической зерносеяльной машины в виде в плане сверху и в виде сбоку;

фиг. 4 представляет детали подающей головки пневматической зерносеяльной машины;

фиг. 5 представляет собой аксонометрический вид с пространственным разделением деталей датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 6 представляет собой аксонометрический вид датчика семян в соответствии с настоящим изобретением в полностью собранном состоянии;

фиг. 7а представляет собой боковое сечение внутренней конструкции датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 7b представляет собой вид спереди на внутреннее устройство датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 7с иллюстрирует внутреннее устройство датчика семян в соответствии с настоящим изобретением в верхнем сечении;

фиг. 8а представляет собой вид сбоку оптического модуля датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 8b представляет собой вид сверху оптического модуля датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 8с иллюстрирует оптический модуль датчика семян в соответствии с настоящим изобретением в виде сверху по плоскости А:А на фиг. 8а;

фиг. 8d представляет собой аксонометрический вид с пространственным разделением деталей оптического модуля датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 9 иллюстрирует конструкцию оптической маски, используемой в оптическом модуле датчика семян в соответствии с настоящим изобретением, а также расхождение света, в боковом сечении;

фиг. 10 иллюстрирует расхождение света при использовании и без использования оптической маски датчика семян в соответствии с настоящим изобретением, соответственно, в виде сверху и виде сбоку;

фиг. 11 иллюстрирует расхождение света при использовании и без использования оптической маски датчика семян в соответствии с настоящим изобретением в аксонометрическом виде;

фиг. 12 иллюстрирует тень, проецируемую семенами при использовании и без использования оптической маски датчика семян в соответствии с настоящим изобретением, в виде сверху и в виде сбоку;

фиг. 13 представляет собой схему приемника, используемого в датчике семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 14 представляет собой функциональную схему оптического приемника датчика семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 15 иллюстрирует временные диаграммы, представляющие примеры сигналов, формируемых датчиком семян в соответствии с настоящим изобретением, и их цифровое представление,

фиг. 16-19 иллюстрируют временные диаграммы, представляющие примеры сигналов, формируемых датчиком семян в соответствии с настоящим изобретением, и их цифровое представление в разных ситуациях обнаружения;

фиг. 20 представляет собой блок-схему основных подготовительных шагов способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 21 представляет собой блок-схему основных шагов обнаружения засорения семяподающей трубы в способе в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 22 представляет собой схему проверки засорения семяподающей трубы в способе в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 23 представляет собой принципиальную блок-схему системы корректировки чувствительности, используемой в датчиках семян в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 24 иллюстрирует электрическую схему варианта осуществления системы корректировки чувствительности, используемой в датчиках семян в соответствии с настоящим изобретением; и

фиг. 25 представляет собой блок-схему основных шагов функционирования системы корректировки чувствительности, используемой в датчиках семян в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1-4 в разных видах схематично проиллюстрирована пневматическая сеяльная машина 100 и ее части. Пневматическую сеяльную машину 100 буксирует подходящее тяговое средство, например, тяговая машина 111. На тяговой машине 111 установлен модуль 130 управления и контроля сева пневматической сеяльной машины 100, причем к названному модулю 130 подключен модуль 131 определения местоположения посредством GPS, необходимый для пространственного управления подачей требуемого количества семян. Как правило, пневматические сеяльные машины 100 не содержат своего источника электропитания и гидравлического привода, поэтому их электрические и гидравлические устройства присоединяют к тяговой машине 111 через электрические и гидравлические линии 109. Пневматические сеяльные машины 100 содержат по меньшей мере один семенной бункер 101. Семена 102 транспортируются из названного семенного бункера 101 через транспортную систему в воздуховодную трубу 105, соединенную с вентилятором 104, а из воздуховодной трубы 105 подаются в по меньшей мере одну подающую головку 120 через по меньшей мере одну центральную трубу 121. Однородный поток воздуха, необходимый для транспортировки семян 102, создается вентилятором 104. В семяподающих трубах пневматической сеяльной машины 100 равномерная подача семян обеспечивается подающей головкой 120, к выпускам 122 которой присоединены семяподающие трубы 123. По семяподающим трубам 123 семена 102 поступают в сошник 106 на конце семяподающей трубы. Рядом с сошником 106 размещено множество бороздорезных дисков 107 для формирования семенных борозд в почве, подготовленной почвоподготовительными дисками 110. Сошник 106 служит для помещения семян 102 в семенные борозды в почве. Как правило, подающей системой 103 электрически управляет модуль 130 управления и контроля сева, который регулирует количество семян, подлежащих подаче, пропорционально скорости или согласованно с модулем 131 определения местоположения посредством GPS.

Датчики 200 счета семян вставлены в семяподающие трубы 123 вблизи подающей головки 120. С использованием датчика 200 семян, выполненного с возможностью счета семян, возможен счет количества подаваемых семян 102 по рядам в ходе сева. Такое размещение датчиков 200 семян в пневматических сеяльных машинах 100 представляет собой обычную практику, поскольку в этих местах датчики подвергаются повреждающим физическим воздействиям в наименьшей степени. В семяподающих трубах 123 пневматических сеяльных машин 100 при высокодозной подаче семена 102 двигаются рядом друг с другом, в большинстве случаев в соприкосновении друг с другом.

Фиг. 5-8 иллюстрирует датчик семян в соответствии с настоящим изобретением и его части в предпочтительном варианте осуществления указанного датчика. Датчик 200 семян содержит камеру 210 детекции, выполненную с возможностью сквозного прохождения семян через нее, с центральной осью 211, направленной, в сущности, в направлении потока семян. Внутри корпуса 204, но снаружи камеры 210 детекции в плоскости Р, в сущности, перпендикулярной названной центральной оси 211 камеры 210 детекции, размещено множество источников 240 света. Источники 240 света размещены на заранее заданных равных расстояниях один от другого. Кроме того, внутри корпуса 204, но снаружи камеры 210 детекции, напротив источников 240 света в одной плоскости Р с источниками 240 света размещено множество детекторов 250 света. Детекторы света тоже размещены на заранее заданных равных расстояниях один от другого. Количество детекторов 250 света равно количеству источников 240 света. Датчик 200 семян также содержит модуль 502 обработки сигнала (фиг. 7b) для управления работой источников 240 света и для обработки сигналов детекторов 250 света. Источники 240 света и детекторы 250 света размещены в названной общей плоскости Р, вследствие чего они обладают возможностью сканирования, в сущности, всего поперечного сечения названной камеры 210 детекции, при этом названное поперечное сечение, в сущности, перпендикулярно направлению потока семян.

Новым отличительным признаком датчика 200 счета семян в соответствии с настоящим изобретением является снижение интерференции между детекторами 250 света, отрицательно влияющей на регистрацию семян 102, двигающихся параллельно близко друг к другу, достигаемое уменьшением угла освещения световых пучков 263 источников 240 света и угла зрения детекторов света посредством оптических масок 230. Оптические маски 230 представляют собой непрозрачные элементы, размещенные напротив источников 240 света и детекторов 250 света, соответственно, и содержащие параллельные каналы 231. Диаметр каналов 231, открывающихся в камеру детекции, меньше диаметра оптических линз 241 и 251 источников 240 света и детекторов 250 света, соответственно, размещенных перед каналами 231. Оптические линзы 241, 251 встроены в оптические маски 230 и плотно подогнаны к внешним концам каналов 231. Количество каналов 231, сформированных в оптических масках 230, одинаково для источников 240 света и детекторов 250 света, с тем ограничением, что каналы 231 в оптических масках 230 разделены разделителями, изготовленными из материала, непрозрачного для света источников 240 света. Разделители, предпочтительно, выполнены из черного материала. Наименьшая длина каналов 231 такова, что, в сущности, все количество падающего света, принимаемого детектором 250 света, испущено источником 240 света, находящимся непосредственно напротив.

В датчике 200 семян в соответствии с настоящим изобретением соседние источники 240 света и соседние детекторы 250 света размещены на заранее заданном расстоянии один от другого, в результате чего в камере 210 детекции, в сущности, отсутствуют слепые зоны в смысле регистрации семян.

Как показано на фиг. 7а, все необходимые электронные модули датчика 200 семян, в том числе приемный модуль 501, контроллер 301 освещенности, источник 304 питания и модуль 502 обработки сигнала, размещены в пластмассовом корпусе 204, защищающем электронные компоненты от воды, пыли и солнечного света при работе на открытом воздухе. Внутри корпуса 204 размещен несущий элемент 205 для оптических компонентов, представляющий собой пластмассовую деталь, определяющую зону обнаружения. Несущий элемент 205 держит оптические компоненты, необходимые для обнаружения, в том числе источники 240 света, детекторы 250 света и оптическую маску 230, а также окна 220 для защиты вышеуказанных компонентов, изготовленные, предпочтительно, из прозрачного материала. Для крепления датчика семян к соответствующим семяподающим трубам 123 на несущем элементе 205 сформирован выступ, входящий в зацепление с разъемными зубцами 206, сформированными на трубных адаптерах 202, которые могут вставляться как в верхний по потоку, так и в нижний по потоку концы датчика 200 семян. Трубный адаптер 202 датчика семян легко прочищается при запылении, а возможность замены трубного адаптера 202 позволяет присоединять датчик семян к семяподающим трубам 123 разного размера. Воздухонепроницаемость соединения между трубными адаптерами 202 и несущим элементом 205 обеспечивается уплотнительным кольцом 203, предотвращающим выход сжатого воздуха из внутренней части датчика 200 семян. Датчик 200 семян, предпочтительно, снабжен светодиодом 207 индикации состояния для индикации неполадок, в соответствии с которой пользователь может оперативно проверить должное функционирование датчика семян. Светодиод 207 индикации состояния может, например, извещать о запылении датчика 200 семян.

Фиг. 9-11 в разных видах иллюстрируют расхождение света в датчике семян в соответствии с настоящим изобретением при использовании и без использования оптической маски 230. Для простоты на фиг. 10 и 11 показаны только один источник 240 света и три детектора 250 света. На этих чертежах показан световой пучок 260, вышедший из оптической линзы 241 источника 240 света через оптическую маску 230 и регистрируемый детектором 250а света, находящимся непосредственно напротив источника 240 света, и соседними детекторами 250b, 250с света (фиг. 10). Фиг. 10 также показывает, что при использовании оптической маски 230 зона 265 обнаружения детекторов света 250а-250с уже зоны обнаружения 264, имеющей место без использования оптической маски. Вследствие того, что зона 265 обнаружения является более узкой, интерференция между смежными детекторами 250а-250с света значительно снижена и практически устранена.

Оптические маски 230 при работе дают возможность снижения интерференции между источниками 240 света и детекторами 250 света, размещенными один напротив другого внутри корпуса 204, поскольку ограниченность пространства канала 231 препятствует прохождению части светового пучка 263, вышедшего из оптической линзы 241 источника 240 света, через оптическую маску 230 из-за того, что часть светового пучка 263, входящего в канал 231, отражается от внутренней стенки канала 231, после чего интенсивность отраженных световых лучей уменьшается, и в результате на детекторы света, соседние с детектором света, находящимся непосредственно напротив данного источника 240 света, попадает пренебрежимо малое количество света. Это означает, что только световой пучок 260, т.е., часть исходно испущенного светового пучка 263, суженного оптической маской 230, достигает детекторов 250 света. Кроме того, оптическая маска 230 снижает угол зрения детекторов 250 света, поскольку каналы 230 делают угол зрения более узким (обеспечивают так называемое «туннельное зрение») и для детекторов 250 света.

Функционирование датчиков семян в соответствии с настоящим изобретением поясняется вариантом осуществления, представленным на фиг. 12, где показаны семя 270, движущееся вблизи одного из источников 240 света, и семя 280, движущееся вблизи одного из детекторов 254 света. Тень 272 семени 270, движущегося перед источником 240 света, в сущности, проецируется только на детектор 252 света, тогда как тень 282 семени 280, движущегося перед детектором 254 света, в сущности, проецируется только на детектор 254 света. В пределах поля зрения детектора 253 света тень практически не создается. Количество теней равно 2, количество семян равно 2, поэтому количество семян может быть точно определено по количеству теней.

Однако если ту же ситуацию рассмотреть в отсутствие оптической маски 233, то тень 271 семени 270, движущегося перед источником 240 света, спроецируется на детектор 255 света, который находится прямо напротив семени 270, а также на соседний детектор 256 света и частично на следующий детектор 257 света. В то же время тень 281 семени 280, движущегося перед детектором 257, проецируется только на детектор 257 света, что означает проецирование общей тени на три детектора 255-257 света. В данном случае количество теней равно 1, количество семян равно 2, и видно, что по одной широкой тени точное определение количества семян невозможно.

Как показано на фиг. 12, без использования оптической маски 230 в случае следования одного семени 280 за другим семенем 270 на небольшом расстоянии тень первого движущегося семени 270 породит сигнал в каждом из трех детекторов 255-257 света, а следующее семя 280 не породит другого сигнала при вхождении в зону 264 обнаружения напротив детекторов 255-257 света, т.е., тени двух семян 270, 280 будет невозможно разделить, и, соответственно, однозначное определение количества семян по количеству теней будет невозможно. Однако при использовании оптической маски 230 в датчике 200 семян в соответствии с настоящим изобретением, если одно семя 280 и другое семя 270 войдут с небольшим расстоянием между ними, то вошедшее первым семя 270, покинув ограниченную зону 265 обнаружения, уже не будет создавать тень на детекторе 250 света, а следующее семя 280, вошедшее позже, породит в детекторе 250 света новый сигнал, т.е., тени двух семян будут отделены одна от другой и, таким образом, возможно точное определение количества семян, проходящих через датчик 200 семян, по количеству теней. В соответствии с настоящим изобретением, сигналы, порожденные в приемных модулях 501 семенами, движущимися параллельно одно за другим с небольшим расстоянием между ними, могут быть более четко отделены один от другого.

Предлагаемая в качестве примера схема предпочтительного варианта осуществления приемного модуля, используемого в датчике семян в соответствии с настоящим изобретением, показана на фиг. 13, а функциональная схема оптического приемника датчика семян в соответствии с настоящим изобретением показана на фиг. 14. Приемные модули 501 соединены с модулем 502 обработки сигнала множеством входных каналов, а алгоритмы логики обработки сигнала для определения количества семян реализованы программой, работающей в модуле 502 обработки сигнала, например, в микроконтроллере.

Во время работы приемный модуль 501 преобразует световые сигналы 500, зарегистрированные детекторами 251 света, соответствующие изменениям интенсивности света, порожденным тенями семян, например, тенями семян 270 и 280, представленных на фиг. 12, в аналоговые электрические сигналы, которые затем усиливает и преобразует в цифровые сигналы 503. Преобразование светового потока в электрический сигнал выполняет фототранзистор РТ1, генерирующий ток, пропорциональный интенсивности падающего света. Величина тока фототранзистора РТ1, лежит, как правило в диапазоне микроамперов. Резистор R6, соединенный последовательно с фототранзистором РТ1, преобразует аналоговый сигнал тока в аналоговый сигнал напряжения и, кроме того, усиливает этот сигнал до значений в диапазоне милливольт. Временная диаграмма 500 отображает изменения напряжения U1, измеряемые на резисторе R6 при прохождении семян через датчик семян. Как можно видеть из этой схемы, уровень напряжения в рабочей точке, создаваемого фототоком в рабочей точке, временно уменьшается вследствие затеняющего действия семян. Аналоговый сигнал U1 подключен ко входу оцифровывающей схемы связью по переменному току через конденсатор С2. Преимущество такого решения в независимости уровня переключения от напряжения U1 в рабочей точке. Управляя напряжением на базе транзистора Т1, можно достичь того, что падение напряжения всего в несколько милливольт будет приводить к переключению цифрового выхода приемного модуля 501. Таким образом может быть реализована регистрация семян с высокой чувствительностью, при которой возможна регистрация даже очень небольших семян, двигающихся с высокой скоростью. В варианте осуществления датчика семян в соответствии с настоящим изобретением, представленном на фиг. 8b, датчик 200 семян содержит шесть пар источников света и детекторов света, причем сигналы каждого из шести детекторов света (например, фототранзисторов) поступают в собственный приемный модуль 501. Таким образом, вся зона обнаружения датчика 200 семян разделяется на шесть, в сущности, отдельных зон обнаружения. Каждый из детекторов 250 света (например, фототранзисторов) посредством собственного приемного модуля 501 выдает цифровой сигнал, обозначенный как SIGn (n=1, 2, 3, …), в цифровой входной канал 503 для модуля 502 обработки сигнала. Цифровые входные каналы, представляющие собой выходы приемных модулей 501, соединены с реагирующими на перепад сигнала входами 504 прерывания модуля 502 обработки сигнала (например, микроконтроллера), при этом названные входы 504 генерируют прерывание в соответствующих цепях модуля 502 обработки сигнала как для передних перепадов, так и для задних перепадов. Преимущество этого решения в том, что нет необходимости в непрерывном опросе входов, при этом изменение логического состояния любого из входов может быть незамедлительно обнаружено и состояния входов или изменения состояния входов могут быть сохранены в устройстве хранения данных.

Далее описывается способ обнаружения засорения семяподающих труб в соответствии с настоящим изобретением. Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть применен в таких сеющих системах, в которых одновременно используется несколько датчиков семян, и эти датчики семян содержат множество источников света и множество детекторов света, размещенных напротив указанных источников света так, что каждый из детекторов света, в сущности, регистрирует свет только одного источника света, находящегося прямо напротив этого детектора света. В таких датчиках в камере детекции нет мертвого пространства. Более того, с каждой семяподающей трубой связан собственный датчик семян. Как подробно описано выше, датчики семян в соответствии с настоящим изобретением дают возможность точного определения количества семян, что является ключевым моментом для надлежащей работы способа настоящего изобретения.

Далее идея способа обработки сигнала в соответствии с настоящим изобретением поясняется со ссылкой на фиг. 15, на которой показаны временные диаграммы возможных цифровых сигналов 610, порожденных семенами, двигающимися одно за другим через датчик 200 семян. В момент времени t₀, принимаемый за начальное состояние, ни на одном цифровом входе 503 сигнала нет. Как можно видеть на фиг. 15, каждое изменение сигнала 603 (т.е., передний перепад или задний перепад) генерирует в модуле обработки сигнала 102 прерывание, за которым следует операция регистрации. В моменты 602 регистрации также может определяться фактическое состояние (0 или 1) цифровых входных каналов 503. Первым шагом обработки цифровых сигналов SIG1-SIG6, поступающих на входы модуля 502 обработки сигнала, является разделение потока сигнала во времени на более короткие фрагменты, т.е. блоки 601. В один блок 601 объединяют, предпочтительно, изменения 603 сигнала, находящиеся между собой в логической взаимосвязи. Очевидным решением для такого объединения является определение начала и конца блока 601 по неактивному состоянию 600 (логическому 0 на фиг. 15) на всех цифровых входных каналах 503. Поток сигнала, представленный на фиг. 15, могут разделять на два блока 601 так, что первый блок 601 содержит все изменения 603 сигнала в периоде [t₁,t₄], а второй блок 601 содержит изменения 603 сигнала в периоде [t₅,t₁₀]. Эти два блока 601 разделены временным интервалом 600 неактивности, определяемым периодом [t₄,t₅]. Поскольку здесь используются цифровые сигналы, информационное содержание сигналов цифровых входных каналов 503 определяется, с одной стороны, новыми состояниями после изменений 603 сигнала (передних или задних перепадов), и, с другой стороны, временем изменения 603 сигнала. Соответственно, данные, сохраняемые модулем 502 обработки сигнала, содержат логические состояния цифровых входных каналов 503, представленные двоичными числами, состоящими из битов, и относительные метки времени изменений 603 сигнала. Поскольку обработку сигнала выполняют для каждого блока 601, с целью упрощения расчетов и экономии памяти сохраняемые моменты времени переднего и заднего перепадов, т.е., изменений 603 сигнала, отсчитывают относительно начала данного блока 601. При обработке сигнала в соответствии с настоящим изобретением, когда семена двигаются через датчик семян одно за другим, т.е., когда одно из этих семян пересекает световой пучок 260 до того, как другое семя подойдет к световому пучку 260 (см. фиг. 12), изменения сигнала, вызванные этими семенами, разделены во времени и в данном случае разные семена могут быть легко идентифицированы.

Как указано выше, формы сигналов, появляющиеся на цифровых входных каналах 503, могут перекрываться между собой. Поскольку световые пучки 260, испускаемые через оптическую маску 230 источников 240 света, не полностью параллельны друг другу даже при использовании масок, между цифровыми входными каналами 503 неизбежна небольшая интерференция, которой в большинстве случаев можно пренебречь, т.е., данный источник 240 света облучает не только детектор 250 света, находящийся непосредственно напротив, но и в некоторой степени соседние детекторы света. Следует учесть, что даже если бы объемы пространства обнаружения, относящиеся к выходам детекторов 250 света, связанных с цифровыми входными каналами 503, были полностью разделены (т.е., если бы вообще не было никакой интерференции), все равно не было бы возможности определить количество семян, одновременно двигающихся через датчик, даже для конкретного типа семян (для семян конкретного размера) только по количеству изменений 603 сигнала, возникающих на соответствующих цифровых входных каналах 503. Целью обработки логического сигнала в соответствии с настоящим изобретением является поблочный анализ волн сигнала в каналах, при этом для определения количества семян, одновременно находящихся в зоне, освещаемой данным световым пучком, можно выделить следующие основные случаи:

a) в первом случае на основании волн сигнала блок 601 дополнительно делят на две или более области (пространственное разделение). Разделенные области (или сегменты) представляют разные семена. Если необходимо, эти области могут быть дополнительно проанализированы независимо от других областей. Фиг. 16 иллюстрирует пример разделения блока 601 на области, в котором пространственное разделение двух областей 621 может быть выполнено благодаря неактивному состоянию 600 третьего канала 611;

b) второй случай основан на том, что семена можно с хорошей точностью считать выпуклыми телами. С практической точки зрения, при анализе сигналов цифровых входных каналов 503 во времени (в соответствии с физическими сигналами в цифровых входных каналах 503) в этих сигналах можно обнаружить выраженное убывание, а затем значимое увеличение. Как показано в примере на фиг. 18, в каналах, начиная с канала 611, соседнего с каналом 615, и в каналах, начиная с канала 616, можно наблюдать увеличение длительности сигнала в области 623 по отношению к длительности сигнала канала 615. Поскольку выпуклость семян не во всех случаях строго соблюдается, задают пороговые значения для степени убывания и степени последующего увеличения длительности сигнала;

c) в третьем случае у сигналов, порожденных разными семенами, присутствует выраженное различие времен входа семян в световой пучок 260. На практике это дает возможность упростить анализ перекрывания в каналах сигналов, относящихся к разным семенам, и сдвига между этими разными сигналами, и выполнять этот анализ на основании степени перекрывания рассматриваемых сигналов. Этот случай отчетливо проиллюстрирован на фиг. 17, где в качестве примера задано пороговое значение 50%, и если степень наблюдаемого в области 622 перекрывания 613 между двумя соответствующими каналами меньше этого порогового значения, то сигналы в блоке 601 могут считать происходящими от разных семян;

d) в четвертом случае полезная информация содержится в изменениях сигнала в каналах 601 в каждом из блоков. Фиг. 19 представляет пример этого случая, когда два семени двигаются одно за другим, практически соприкасаясь, что отражается в непрерывных сигналах каналов 624. Однако в каналах 617 и 618 сигнал ненадолго исчезает, а затем появляется вновь. По такому количеству изменений сигнала можно сделать вывод о том, что сигналы в блоке 601 происходят по меньшей мере от двух семян.

Целью способа в соответствии с настоящим изобретением является быстрое извещение о засорении любой из семяподающих труб 123 пневматической сеяльной машины 100, представленной на фиг. 1. Засорение обычно возникает на конце семяподающей трубы в сошнике 106, поскольку в этом месте частицы почвы или другая грязь может попадать в сошник и сужать (частичное засорение) или даже полностью закупоривать (полное засорение) канал для воздуха и семян 102. В случае частичного или полного засорения семяподающей трубы 123 может наблюдаться значительное снижение скорости воздуха и, как правило, небольшое снижение количества семян, поэтому в способе в соответствии с настоящим изобретением, в отличие от известных решений, отслеживают снижение скорости потока воздуха, а не снижение количества семян относительно ожидаемого количества семян, и засорение определяют на основании этой информации. Указанный способ определения засорения основан на том, что в однородном потоке воздуха, создаваемом вентилятором 104 в датчике 200 семян, скорость семян можно считать постоянной; названную скорость определяет модуль 502 обработки сигнала. Длительность сигнала от семени определяют как ширину электронного импульса, пропорциональную периоду времени, в течение которого движущееся семя закрывает свет, падающий на детектора света. Периоды, в которых семена двигаются через датчик семян, вычисляются модулем 502 обработки сигнала по выходным сигналам детекторов света. Выходные сигналы датчиков 200 семян затем передаются в центральный обрабатывающий модуль 140 сеяльной машины и обрабатываются этим модулем. Электронный обрабатывающий модуль 140 посредством связного кабеля 201 соединен с датчиками 200 семян, которые, предпочтительно, соединены последовательно. Центральный обрабатывающий модуль 140, предпочтительно, размещают под подающей головкой 120 вдоль центральной трубы 121, поскольку по практическим причинам в этом месте прокладка связных кабелей 201 датчиков 200 семян может быть выполнена с высоким уровнем защиты. В способе в соответствии с настоящим изобретением для обнаружения снижения скорости воздушного потока, которое является обычным явлением в ситуации засорения, необходимо анализировать длительности сигналов, измеряемых модулем 502 обработки сигнала, на предмет снижения. Важно отметить, что ключевая особенность этой операции состоит в том, что для анализа длительности сигнала, как правило, используют сигналы, порожденные неперекрывающимися семенами, проходящими через датчик 200 семян по отдельности, поскольку такой способ регистрации существенно влияет на чувствительность определения засорения. Это дает возможность устанавливать факт засорения по изменению средней длительности сигнала одного семени (называемой длительностью сигнала от семени), поскольку длительность сигнала от семени меняется обратно пропорционально скорости воздушного потока. Довольно значительные изменения длительности сигнала от семени позволяют четко распознавать засорение независимо от вариаций количества семян, подаваемых пневматической сеяльной машиной 100. Дополнительным преимуществом этого способа является возможность обнаружения образовавшегося засорения или его ликвидации за очень небольшое время (даже за несколько секунд), поскольку после возникновения засорения длительность сигнала от семени начинает расти сразу. Распознавание засорения на основании изменения длительности сигнала от семени сделано адаптивным, что дает сеяльной машине возможность непрерывно подстраиваться к сильно меняющейся скорости подачи или даже к зависящей от места переменной скорости подачи, регулируемой модулем 131 определения местоположения посредством GPS. Поэтому достаточно задать чувствительность распознавания засорения один раз, в начале операции сева. По меньшей мере один электронный управляющий модуль 140, установленный на каждой из подающих головок, собирает данные из датчиков семян, что дает возможность обсчитывать и анализировать все данные, относящиеся к данной подающей головке 120.

Адаптивное обнаружение засорения основано на том, что с каждым датчиком 200 семян связывают адаптивно меняющуюся эталонную длительность сигнала, которая, если нет засорения какой-либо семяподающей трубы, всегда приближена к фактической средней длительности сигнала, в противном случае (т.е., при обнаружении засорения) ее значение остается неизменным. Для настройки чувствительности при адаптивном обнаружении засорения используют умножающий коэффициент, больший 1. Например, если о засорении требуется извещать только при существенном отклонении от эталонной длительности сигнала, то значение коэффициента чувствительности соответствующим образом увеличивают. Важно, чтобы в начале сева, т.е., когда начинают подачу семян, была надлежащим образом задана начальная эталонная длительность сигнала, иначе извещение о засорении будет ненадежным.

Шаги определения начальной эталонной длительности сигнала показаны на фиг. 20. После начала операции сева в шаге 1001 определяют среднюю начальную длительность сигнала для каждого датчика семян, принадлежащего одной подающей головке, а затем в шаге 1002 определяют медианное значение сохраненных средних начальных длительностей сигналов каждого датчика семян. Это медианное значение затем используют в качестве глобальной эталонной длительности сигнала для каждого датчика семян. В шаге 1003 получают верхнее предельное значение средних длительностей сигнала датчиков семян, принадлежащих одной подающей головке, умножая глобальную эталонную длительность сигнала на коэффициент чувствительности, больший 1. Шаги 1001-1003 выполняют для каждого датчика семян, принадлежащего одной подающей головке.

Когда начальная эталонная длительность сигнала для каждого датчика семян определена, через заранее заданные временные интервалы ΔТ, которыми определяются последующие измерительные периоды, многократно выполняют шаги, представленные на фиг. 21. В ходе этой операции за шагом опроса каждого датчика семян (т.е., получения их средней длительности сигнала; шаг 1001), шагом определения общей эталонной длительности сигнала (шаг 1002) и шагом получения верхней предельной длительности сигнала (шаг 1003) следует выполнение дальнейших шагов отдельно для каждого датчика семян.

В шаге 1004а проверяют, находится ли семяподающая труба, связанная с данным датчиком семян, в засоренном состоянии, и если это так, то затем в шаге 1004b определяют, превосходит ли средняя длительность сигнала конкретного датчика семян сохраненное верхнее предельное значение. Если средняя длительность сигнала датчика семян превосходит сохраненное верхнее предельное значение, определенное для данной подающей головки, то затем в шаге 1005 индикацию засорения сохраняют (т.е., оставляют неизменным засоренное состояние датчика семян), а в противном случае в шаге 1006 извещают, что засорения больше нет, и в шаге 1007 сохраняют только что определенную эталонную длительность сигнала и соответствующее верхнее предельное значение.

Если в шаге 1004а установлено, что в семяподающей трубе, относящейся к данному датчику семян, нет засорения, то затем в шаге 1004с определяют, превосходит ли средняя длительность сигнала данного датчика семян только что вычисленное верхнее предельное значение. Если средняя длительность сигнала датчика семян превосходит это только что вычисленное верхнее предельное значение, определенное для данной подающей головки, то затем в шаге 1005, извещают о засорении (и состояние датчика семян меняют на засоренное состояние), в противном случае в шаге 1006 извещают, что засорения все так же нет (и оставляют неизменным незасоренное состояние датчика семян), а в шаге 1007 сохраняют только что вычисленную эталонную длительность сигнала и ее соответствующее верхнее предельное значение.

Благодаря сохранению только что вычисленной эталонной длительности сигнала в шаге 1007 (т.е., перезаписи эталонной длительности сигнала, определенной в предыдущем периоде), значение эталонной длительности сигнала является адаптивно меняющимся приближенным значением средней длительности сигнала, измеряемой в каждом измерительном периоде для каждого датчика семян. Однако в случае обнаружения засорения фактически определенную эталонную длительность сигнала и ее соответствующее верхнее предельное значение не сохраняют, поэтому в следующем измерительном периоде для сравнения средней длительности сигнала датчиков семян с верхним предельным значением будет взято ранее сохраненное верхнее предельное значение. Тем самым гарантируется, что в случае засорения семяподающей трубы, относящейся к данному датчику семян, значительное увеличение длительности сигнала данного датчика семян не приведет к искажению общей (медианной) эталонной длительности сигнала всех датчиков семян, относящихся к данной подающей головке.

Далее со ссылкой на фиг. 22 описывается использование способа в соответствии с настоящим изобретением. Предлагаемый в качестве примера график, показанный на этой фигуре, иллюстрирует разные длительности сигнала, связанные с данным датчиком семян, в разных измерительных периодах. На этом графике по горизонтальной оси отложено время (t), а по вертикальной оси отложена длительность 1009 сигнала. Эталонные длительности сигнала показаны кривой 1011, верхние предельные длительности сигнала показаны кривой 1010, а (измеренные) средние длительности конкретного датчика семян показаны кривой 1012.

На графике можно видеть, что в момент Т1 времени образовалось засорение, поскольку кривая 1012, представляющая средние длительности сигнала, пересекает кривую 1010, что означает, превышение средней длительностью сигнала верхнего предельного значения, определенного умножением фактических эталонных длительностей сигнала на коэффициент чувствительности. Засорение сохраняется до момента Т2 времени, когда кривая 1012 возвращается под кривую 1010, представляющую верхние предельные длительности сигнала, определенные умножением эталонных длительностей сигнала на коэффициент чувствительности. Фиг. 22 также отчетливо показывает, что когда засорения нет (т.е., до момента Т1 времени и после момента Т2 времени), эталонные длительности сигнала (т.е., точки кривой 1011) являются адаптивным приближением средних длительностей сигнала данного датчика (т.е., точек кривой 1012), тогда как в периоде засорения между Т1 и Т2 как эталонные длительности сигнала (представленные кривой 1011), так и соответствующие верхние предельные длительности сигнала (представленные кривой 1010) остаются неизменными.

Для непрерывной и надлежащей работы датчика семян в соответствии с настоящим изобретением во время использования принципиально необходимо непрерывно компенсировать постепенное ухудшение оптического качества датчиков семян, вызываемое осаждением пыли и гранулирующих агентов на защитные окна источников света и детекторов света в датчиках семян. Одним возможным решением для этого является автоматическое регулирование чувствительности датчиков семян в зависимости от текущих условий и подача извещающего сигнала в случае чрезмерного запыления для указания на необходимость чистки. Как показано на фиг 23 и 24, в датчике семян в соответствии с настоящим изобретением к выходу 701 сигнала с широтно-импульсной модуляцией модуля 502 обработки сигнала подключен фильтр 702 нижних частот, к выходу которого подключена запускающая схема 704, управляющая источником 240 света. Выходной ток детектора 250 света (к примеру, фототранзистора), регистрирующего свет источника 240 света, подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) модуля 502 обработки сигнала через обратную связь 706, подключенную к делителю 705 напряжения.

Во время работы вышеописанная схема служит для увеличения интенсивности света источников 240 света с целью компенсации сниженной чувствительности. Такой вид адаптивного регулирования интенсивности света, который может быть применен в основном в датчиках семян оптопарного типа, излучающих свет непрерывно, пригоден для компенсации любого снижения чувствительности, вызванного запылением датчика семян. Целью этого регулирования является поддержание на заданном уровне освещенности детекторов света (например, фототранзисторов в данном случае), т.е., интенсивности света, регистрируемой оптическими приемниками. Поскольку выходной ток фототранзисторов является функцией интенсивности падающего света, управляющей переменной (и самим сигналом 706 обратной связи) является ток фототранзистора, который поддерживается в постоянной рабочей точке. Компенсация чувствительности датчика семян осуществляется компьютерной программой, работающей в модуле 502 обработки сигнала. Как показано на фиг. 24, управляющий сигнал, формируемый модулем 502 обработки сигнала, представляет собой сигнал 701 с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), имеющий постоянную частоту и позволяющий менять интенсивность света небольшими шагами в широком диапазоне путем изменения коэффициента длительности включения. Затем из сигнала ШИМ посредством фильтра 702 нижних частот формируют управляющий сигнал 709 постоянного напряжения, при этом значение указанного управляющего сигнала постоянного напряжения пропорционально коэффициенту длительности включения сигнала 701 ШИМ. Усилительным каскадом 703 с постоянным коэффициентом усиления этот управляющий сигнал преобразуют в сигнал с диапазоном, соответствующим следующему каскаду, который непосредственно управляет источниками света (в данном случае светодиодами). Для простоты схема, представленная на фиг. 24, содержит только один светодиод и один фототранзистор. Сигнал 701 ШИМ, сформированный модулем 502 обработки сигнала, фильтруют двухкаскадным пассивным RC-фильтром, конкретно, фильтром нижних частот 702, частота среза которого ниже основной частоты сигнала 701 ШИМ, таким образом, аналоговый управляющий сигнал 709 постоянного напряжения, представляющий собой выходной сигнал фильтра 702 нижних частот, подключен к входам U₁, R₃, R₄ неинвертирующего усилительного каскада 703, который, в дополнение к усилению, также управляет входом запускающей схемы 704. Ток коллектора транзистора и включенного последовательно с ним источника D₁ света определяется входным напряжением запускающей схемы 704 и сопротивлением R₅+R₆ в цепи базы транзистора. Модуль 502 обработки сигнала, используемый для регулирования интенсивности света, посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП) измеряет напряжение на измерительном резисторе R₁₀, соединенном последовательно с фототранзистором, при этом измеряемое напряжение пропорционально току фототранзистора и, соответственно, интенсивности падающего света.

Основные шаги компенсации чувствительности, выполняемой модулем 502 обработки сигнала, представлены на фиг. 25. Компенсацию чувствительности, предпочтительно, выполняют при развороте сеяльной машины на конце поля. Таким образом можно во время сева между двумя проходами в значительной мере компенсировать снижение чувствительности, вызванное запылением окон в датчике семян. Соответственно, модуль управления, если не обнаруживает семена в заданном периоде, запускает в шаге 1100 цикл регулирования. Затем в шаге 1101 модуль 502 обработки сигнала измеряет ток рабочей точки фототранзистора (фототранзисторов), после чего в шаге 1102 проверяет, находится ли значение этого тока в требуемом диапазоне. Если это так, то необходимости изменения интенсивности света нет, и цикл регулировки завершается. Однако если в шаге 1103 установлено, что ток фототранзистора (фототранзисторов) находится вне требуемого диапазона, то в шагах 1104 и 1105 интенсивность света корректируют в положительном или отрицательном направлении, соответственно. После корректировки интенсивности света в шаге 1106 имеет место заранее заданный период задержки между корректировкой интенсивности света и следующим измерением тока рабочей точки фототранзистора (фототранзисторов). Этот период задержки обеспечивает установившееся значение тока в следующем измерении. Дополнительно, в шаге 1107 модуль 502 обработки сигнала в каждом цикле проверяет, не появился ли тем временем поток семян в датчике, и приостанавливает регулирование интенсивности света сразу при возобновлении сева. Благодаря регулированию интенсивности света с использованием программы датчик семян обладает возможностью определения запыления датчика семян. При определении исходят из того, что невозможность регистрации должного фототока в фототранзисторах даже при наибольшей интенсивность света означает невозможность дальнейшего регулирования, что с высокой вероятностью вызвано чрезмерной запыленностью. О такой ситуации, предпочтительно, извещают включением светодиода индикации состояния.

Датчик счета семян для пневматических сеяльных машин содержит камеру детекции внутри корпуса (204), выполненную с возможностью пропуска семян через датчик и имеющую центральную ось (211) в направлении потока семян (102). Внутри корпуса (204) датчика и снаружи камеры детекции на заранее заданных расстояниях один от другого в плоскости, в сущности, перпендикулярной названной центральной оси датчика, размещены множество источников (240) света и множество детекторов (250) света. При этом количество детекторов света равно количеству источников света. Кроме того, датчик содержит модуль обработки сигнала для управления работой источников (240) света и для обработки электронных сигналов, сформированных детекторами (250) света, а также оптические маски (230). Последние изготовлены из непрозрачного материала, размещены, соответственно, перед источниками (240) света и детекторами (250) света и содержат множество параллельных каналов, открывающихся в камеру детекции. При этом количество каналов равно, по меньшей мере, количеству источников света или детекторов света, а диаметр каналов меньше диаметра оптических линз источников света и детекторов света. Оптические линзы источников света и детекторов света плотно подогнаны к внешним концам каналов. Источники (240) света отделены один от другого непрозрачными разделителями. Наименьшая длина каналов такова, что обеспечена возможность испускания, по существу, всего количества падающего света, принимаемого детектором (250) света, источником (240) света, находящимся непосредственно напротив. Изобретение позволит повысить точность подсчета семян, проходящих через датчик, и надежность обнаружения засорения семяподающей трубы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Датчик (200) счета семян для пневматических сеяльных машин, содержащий:

камеру (210) детекции внутри корпуса (204), выполненную с возможностью пропуска семян через датчик и имеющую центральную ось (211) в направлении потока семян (102),

множество источников (240) света, размещенных внутри корпуса (204) снаружи камеры (210) детекции на заранее заданных расстояниях один от другого в плоскости (Р), в сущности, перпендикулярной названной центральной оси датчика,

множество детекторов (250) света, размещенных внутри корпуса (204) снаружи камеры (210) детекции на заранее заданных расстояниях один от другого в той же плоскости (Р), что и источники света, причем количество детекторов света равно количеству источников света, и

модуль (502) обработки сигнала для управления работой источников (240) света и для обработки электронных сигналов, сформированных детекторами (250) света,

причем указанный датчик содержит оптические маски (230), изготовленные из непрозрачного материала, размещенные, соответственно, перед источниками (240) света и детекторами (250) света, содержащие множество параллельных каналов (231), открывающихся в камеру (210) детекции, причем количество каналов равно, по меньшей мере, количеству источников света или детекторов света, диаметр каналов меньше диаметра оптических линз (241, 251) источников света и детекторов света, при этом оптические линзы источников света и детекторов света плотно подогнаны к внешним концам каналов, причем источники (240) света отделены один от другого непрозрачными разделителями, а наименьшая длина каналов (231) такова, что обеспечена возможность испускания, по существу, всего количества падающего света, принимаемого детектором (250) света, источником (240) света, находящимся непосредственно напротив,

причем названные источники света и названные детекторы света размещены в названной плоскости (Р), в результате чего они обладают возможностью сканирования, в сущности, всего поперечного сечения названной камеры (210) детекции.

2. Датчик счета семян по п. 1, в котором источниками (240) света являются светодиоды, а детекторами (250) света являются фотодетекторы.

3. Датчик счета семян по п. 2, в котором светодиоды и фотодетекторы работают в инфракрасном диапазоне.

4. Датчик счета семян по любому из пп. 1-3, в котором оптические маски (230) изготовлены из резины или пластмассы.

5. Датчик счета семян по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащий управляющую схему для регулирования интенсивности света источников (240) света в зависимости от интенсивности света, регистрируемой детекторами (250) света.

6. Способ обнаружения засорения семяподающей трубы сеяльной машины, оснащенной центральным обрабатывающим модулем, содержащий шаги, на которых:

оснащают сеяльную машину множеством датчиков счета семян в соответствии с любым из пп. 1-5,

в течение периода сева непрерывно измеряют длительности электронного сигнала от семян посредством названных датчиков счета семян, при этом длительность сигнала от семени определяют посредством электронного импульса, ширина которого пропорциональна периоду времени, в течение которого движущееся семя перекрывает свет, падающий на детектор света датчика счета семян,

выполняют шаги с заранее заданными интервалами, в которых

a) в каждом датчике счета семян определяют (1001) среднюю длительность сигнала от семени в заданном периоде посредством модуля обработки сигнала этого датчика счета семян;

b) передают названные средние длительности сигнала от семени из модулей обработки сигнала датчиков счета семян в центральный обрабатывающий модуль сеяльной машины;

c) в центральном обрабатывающем модуле определяют (1002) медиану средних длительностей сигнала по всем датчикам счета семян в заданном периоде с получением общей эталонной длительности сигнала для всех датчиков счета семян в заданном периоде;

d) получают (1003) верхнюю предельную длительность сигнала, большую эталонной длительности сигнала, путем умножения этой эталонной длительности сигнала на коэффициент чувствительности со значением больше 1; и

выполняют шаги для каждого датчика счета семян в центральном обрабатывающем модуле сеяльной машины, в которых проверяют, находится ли датчик счета семян в засоренном состоянии (1004а), причем если датчик счета семян находится в засоренном состоянии, то при средней длительности сигнала, превышающей ранее сохраненную верхнюю предельную длительность сигнала (1004b), засоренное состояние оставляют неизменным и указанное ранее сохраненное верхнее предельное значение используют в дальнейшем в качестве верхней предельной длительности сигнала в заданном периоде (1005), в противном случае состояние датчика счета семян меняют на незасоренное состояние (1006) и сохраняют только что определенную верхнюю предельную длительность сигнала и соответствующую ей эталонную длительность сигнала (1007), а если датчик счета семян находится в незасоренном состоянии, то при средней длительности сигнала, превышающей только что полученную верхнюю предельную длительность сигнала (1004с), состояние датчика семян меняют на засоренное состояние (1005), в противном случае незасоренное состояние датчика семян оставляют неизменным (1006) и сохраняют только что определенную верхнюю предельную длительность сигнала и соответствующую ей эталонную длительность сигнала (1007).