Способ измерения скорости мобильных сельскохозяйственных агрегатов

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству . Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений. Сущность изобретения: способ включает формирование образа ограниченного участка поверхности почвы путем одновременного восприятия расположенных на нем оптических неоднородностей с помощью установленного на агрегате первым по ходу его движения матричного преобразователя. Сформированный образ запоминают до конца измерений, после чего в запомненном образе воспринимают образы оптических неоднородностей преобразователем, установленным вторым по ходу движения агрегата . Вторым преобразователем поперечно сканируют с контролируемой частотой относительно площадки поверхности почвы, используют для формирования заполненного образа и фиксируют в запомненном образе положение образов оптических неоднороднёстей, формируемых вторым преобразователем при его перемещении. После того как второй преобразователь закончит свое перемещение , определяют функцию расположения указанных образов в запомненном образе и количество периодов полученной функции, попавших в запомненный образ, затем по зависимости вычисляют скорость движения агрегата. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 01 В 69/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4890106/15 (22) 09.10.90 (46) 23.12.92. Бюл, N. 47 (71) Научно-производственное объединение по испытанию сельскохозяйственной техники, совершенствованию и внедрению прогрессивных технологий в животноводстве и кормопроизводстве (72) Ю.С. Ометов и А.Ю. Любимов (56) Авторское свидетельство СССР

% 871751, кл. А 01 В 69/04, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ.МОБИЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

АГРЕГАТОВ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений. Сущность изобретения: способ включает формирование образа ограниченного участка поверхности почвы путем одновременного восприятия расположенных на нем оптических неоднородностей с помощью установИзобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для измерения и контроля действительной скорости движения мобильных сельскохозяйственных агрегатов (например тракторов) при выполнении ими технологических процессов.

Измерение действительной скорости сельскохозяйственного агрегата является основой систем регулировки количества разбрызгиваемых и разбрасываемых удобрений, а также высаживаемых семян. Кроме того, измерение действительной скорости движения мобильных селъскохоэяйствен,. ЫÄÄ 1782374 А1 ленного на агрегате первым по ходу его движения матричного преобразователя. Сформированный образ запоминают до конца измерений, после чего в запомненном образе воспринимают образы оптических неоднородностей преобразователем, установленным вторым йо ходу движения агрегата, Вторым преобразователем поперечно сканируют с контролируемой частотой относительно площадки поверхности почвы, используют для формирования заполненного образа и фиксируют в запомненном образе положение образов оптических неоднородностей, формируемых вторым преобразователем при его перемещейии. После того как второй преобразователь закончит свое перемещение, определяют функцию расположения указанных образов в запомненном образе и количество периодов полученной функции, попавших в запомненный образ, затем по зависимости вычисляют скорость движения агрегата. 2 ил. ных агрегатов необходимо; в системах оптимизации и управления режимов работы и управления агрегатов; в системах контроля технологических процессов, осуществляе мых в сельском хозяйстве; при испытаниях мобильной сельскохозяйственной техники, Известны различные способы измерения скорости транспортных. средств, в том числе и мобильных сельскохозяйственных агрегатов. Так, известны способы измерения скорости трактора, основанные на эффекте Допплера. Для осуществления этого способа на тракторе на заданной высот. устанавливают приемопередающий до

1782374 пплеровский датчик. При движении трактора по поверхности осуществляют зондирующее излучение указанным датчиком, направленное под углом а к опорной поверхности трактора. Отраженный от поверхности почвы сигнал принимается укаэанным выше датчиком и, так как трактор движется, частота зондирующего излучения отличается от частоты излучения, отраженного от поверхности почвы, на величину допплеровского сдвига сд. Имея известные величины: длину волны излучения 1, угол а межд у опорной поверхностью трактора и направлением излучения, а также измеренную величину допплеровского сдвига д, можно определить скорость движения трактора по следующей зависимости и Л н

2 cosa

Однако специфика работы мобильных сельскохозяйственных агрегатов состоит в том, что в процессе выполнения технологических операций движение их осуществляется с малой скоростью (от 0,1 до 4 м/с) и движется агрегат по поверхности почвы, имеющей непрямолинейный рельеф случайного характера. При этом допплеровский датчик, установленный на агрегате, реагирует на любое его движение. Это вызывает появление радиальной составляющей вдоль оси датчика, т,е, кроме реакции на движение по горизонтали датчик реагирует на изменение движения агрегата по всем степеням свободы. Кроме того взаимодей-" ствие агрегата во время работы на поле с прицепным орудием приводит к постоянным (опять же случайным) смещениям относительно курса движения. Влияние вышеперечисленных факторов приводит к снижению точности измерения действительной скорости агрегата.

Известен способ измерения скорости мобильных сельскохозяйственных агрегатов, согласно которому на ограниченном участке поверхности почвы возбуждают сверхвысокочастотное электромагнитное поле для восприятия неоднородностей на указанном участке. При этом возбуждают ряд электромагнитных полей на фиксированном расстоянии друг от друга, распознают полезные сигналы, контролируют отрезки времени между этими полезными сигналами и, имея фиксированное расстояние, пройденное агрегатом, и время, за которое агрегат прошел это расстояние, определяют скорость его движения.

Возбуждение над поверхностью почвы электромагнитных полей осуществляется датчиками, установленными на агрегате на фиксированном расстоянии друг от друга.

5 При этом каждый датчик последовательно воспринимает(распознает) только одну неоднородность на поверхности почвы. Однако вследствие механических возмущений, возникающих при движении агрегата (об этом

10 уже говорилось выше), существуют большая вероятность невосприятия этой неоднородности одним из датчиков, что приведет к полной потере информации о скорости движения агрегата в данный момент времени.

15 Кроме того, датчики, построенные на принципе возбуждения над поверхностью почвы электромагнитных полей для распознавания неоднородностей на фоне почвы, имеют низкую разрешающую способность, вслед20 ствие чего возможно распознавание только крупных неоднородностей, Это приводит к тому, что отсчеты скорости производятся в случайные моменты времени (когда найдут такую неоднородность), Случайный харак25 тер отсчетов скорости позволяет измерять только среднюю скорость движения агрегата, а не скорость движения в данный момент времени. Таким образом, снижается точность и надежность измерений.

30 Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения скорости мобильных сельскохозяйственных агрегатов при выполнении ими технологических операций.

35 Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения скорости мобильных сельскохозяйственных агрегатов, включающем формирование образа ограниченного участка поверхности почвы путем одновре40 менного восприятия расположенных на нем оптических неоднородностей с помощью установленного на агрегате первым по ходу его движения матричного преобразователя, запоминание этого образа и последующую

45 идентификацию образов оптических нео. днородностей, формируемых установленным вторым по ходу движения агрегата преобразователем при его перемещении относительно площадки поверхности почвы, 50 использованной для формирования образа первым преобразователем; запечатленный образ разбивают на два подмножества, каждое из которых соответствует множеству оптических неоднородностей одной из двух

55 равных частей площадки поверхности почвы, использованной для формирования запечатленного образа, причем линия раздела образа указанной площадки совпадает с направлением движения агрегата, nonep «nî

1782374 сканируют с контролируемой частотой вторым преобразователем при перемещении

его вдоль указанной площадки поверхности почвы, при этом фиксируют и запоминают в виде элементов последовательности при- 5 надлежность к первому или второму подмножеству запечатленного образа образов оптических неоднородностей, формируемых вторым преобразователем, а по окончанию перемещения второго преобра- 10 зователя определяют число групп данной последовательности и вычисляют скорость движения агрегата по формуле

= 2 I fcK

m где V — скорость движения агрегата, м/с;

1 — длина участка поверхности почвы, использованного для формирования запе- 20 чатленного образа, м;

fcK — частота поперечного сканирования второго преобразователя, 1/c:

m — число групп одинаковых элемейтов этой последовательности. 25

Вполне понятно, что для осуществления данного способа необходимо, чтобы запомненный образ имел на два и более порядка больше образов оптических неоднородностей, чем образы, сформированные вторым 30 преобразователем. Использование данного способа позволит исключить влияние механических возмущений, возникающих при движении агрегата, на процесс измерения, так как образ ограниченной площадки по- 35 верхности почвы запоминается первым преобразователем на все время измерения и последующее формирование образов вторым преобразователем осуществляется в запомненном образе, являющемся, по сути, 40 иэображением указанной площадки, В том случае, если в качестве сканирующего воздействия на второй преобразователь использовать собственную частоту вибраций (механических возмущений) агре- 45 гата, то помехоустойчивость способа еще больше возрастает по сравнению Cî сйбсо= бом-прототипом.

Таким образом, использование заявляемого способа в значительной степени по- 50 вышает точность и надежность измерения .скорости агрегата и позволяет измерять ее непосредственно в данный момент времени.

При дополнительном поиске для опре- 55 деления соответствия заявляемого техниче-" ского решения критерию "существенные отличия" не было выявлено решений, содер жащих отличительные признаки "ээявМФейб= го способа, В связи с этим, можно сделать вывод-о соответствии"заявляемого способа критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена схема устройства, осуществляющего способ.

На агрегате (например, тракторе) нэ заданной высоте относительно поверхности почвы устанавливают первичный матричный преобразователь 1 и первичный матричный преобразователь 2, Их располагают один за другим на продольной оси агрегата. причем преобразователь 1, расположенный первым по ходу движения агрегата, может быть выполнен в виде фотоприемной матрицы МФ-14 или МФ-16 с телескопическим . объективом, а преобразователь 2 — в виде матрицы из дискретных фотодиодов (например ФД-256) с телескопическим обьективом, При движении агрегата по поверхности почвы с помощью преобразователя 1 формируют образ ограниченного участка поверхности почвы путем одновременного восприятия расположенных на йем оптических неоднородностей. Таким образом, сформированный образ представляет собой некоторое множество значений амплитуд, однозначно связанное с множеством неоднородностей ограниченной площадки поверхности почвы, В момент времени to, соответствующий началу измерения скорости движения агрегата, сформированный преобразователем 1 образ передают в блок обработки сигналов

3, где указанный образ разбивается н» двэ подмножества, каждое из которых соответствует множеству оптических неоднородностей одной из двух равных частей площадки поверхности почвы, использованной для формирования образа, причем линия раздела образа площадки совпадает с направлением движения агрегата и запоминается до конца измерения, После окончания работы преобразователя 1 преобразователем 2 начинают поперечно сканировать с контролируемой частотой относительно площадки поверхности почвы, испольэованнои для формирования запомненного образа. При этом и реобразователь 2 также перемещают вдоль указанной площадки поверхности почвы за счет поступательного движения агрегата и в последующие моменты времени ь

t7 .„Ь с помощью преобразователя 2 формируют образы оптических неоднородностей, соответствующие этим моментам времени, и передают их в блок обрабо1ки сигналов 3, В блоке обработки сигналов 3 проводя r сопоставление образов, формируемых пре

1782374 образователем 2, с подмножествами запомненного образа, определяют принадлежность формируемых образов к одному из этих подмножеств, формируют и запоминают последовательность принадлежности 5 формируемых образов к указанным подмножествам, а после того, как преобразователь

2 закончит свое перемещение над всей площадкой поверхности почвы, использованной для формирования запомненного 10 образа, признаком чего является непринадлежность формируемых преобразователем 2 образом ни к одному из указанных подмножеств, определяют число групп одинаковых элементов укаэанной последова- 15 тельности и вычисляют скорость движения агрегата по следующей зависимости

2! ск

fTl

20 где V — скорость движения агрегата, м/с;

I — длина ограниченного участка поверхности почвы. использованного для формирования запечатленного образа, м; 25

fey, — частота поперечного сканирования преобразователя 2, 1/с;

m — число групп одинаковых элементов последовательности, Повторяя описанные выше действия 30 (из-за конечного значения (!), получают непрерывное измерение скорости агрегата.

Вывод указанной зависимости основывался на следующем:

35 э) тск = const; б) = const; в) траектории движения второго преобразователя над указанной площадкой поверхности почвы при скоростях движейия агрегата 40

vI и v2 (vl > vg) будут иметь следующий вид (см. фиг,2):

Иэ фиг. 2 видно, что траекторйя движения второго преобразователя относительно 45 линии раздела имеет вид знакопеременного колебательного процесса, причем число смен знака при f« - const однозначно определяется величинами I и V, где однако = const, 50

Так как для произвольной скорости Н . время прохождения вторым преобразователем расстояния I равно Л t = — и за это же

V время Л t произойдет за счет поперечного 55 сканирования второго преобразователя

N - AtIТ, = A t/f, его колебаний и. соответственно, m = 2N число смен знака укаэанного выше колебательного процесса траектории движения второго преобразователя относительно линии раздела указанной площадки поверхности почвы.

Тогда имеем

2 I ск

m =2N =2 At — 1ск—

Отсюда:

2! ск

Использование полученной зависимости для данного способа основано на том факте. что формируемый первым преобразователем образ является по сути иэображением указанной площадки поверхности почвы, запоминаемым затем в виде двумерного множества значений амплитуд или двоичных чисел, а операция разбиения этого множества на двэ подмножества эквивалента подобной операции над указанной площадкой поверхности почвы при условии равенства нулю амплитуды колебаний с частотой f«второго преобразователя над указанной площадкой поверхности почвы в момент времени, соответствующий началу движения второго преобразователя вдоль укаэанной площадки. В этом случае получаемое число групп одинаковых элементов последовательности принадлежности к одному из подмножеств запомненного образа совпадает с рассмотренным выше числом смены знака колебательного процесса относительно линии раздела и равно п1.

При этом тот факт, что преобразователем 1 формируется образ ограниченной площадки поверхности почвы. котс рый запоминается на весь период измерения скорости, позволяет исключить влияние механических возмущений, возникающих при . движении агрегата, так как распознавание оптических неоднородностей преобразователем 2 осуществляется в запомненном образе. являющемся по сути изображением указанной площадки. Если же в качестве сканирующего воздействия нэ преобразователь 2 испольэовать собственную частоту вибраций агрегата, то помехоустойчивость способа еще более возрастает..

Формула изобретения

Способ измерения скорости мобильных сельскохозяйственных агрегатов, вклк чающий формирование образа ограниченного участка поверхности почвы путем одновременного восприятия расположенных н;, нем оптических неоднородностей с помощь о установленного на агрегате первым по ходу

его движения матричного преобрл In li el 1

1782374 ящ йа мУерАunpugnewue

Я/уюеии

Составитель А.Любимов

Редактор М,Кузнецова Техред М,Моргентал Корректор M,Màêñèìèøèíeö

Заказ 4460 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 запоминание этого образа и последующую идентификацию образов оптических неоднородностей в запечатленном образе и образов оптических неоднородностей, формируемых установленным вторым по ходу движения агрегата преобразователем при его перемещении относительно площадки поверхности почвы, использованной для формирования образа первым преобразователем, отличающийся тем. что, с целью повышения точности и достоверности, запечатленный образ разбивают надва подм нож ества, каждое из которых соответствует множеству оптических неоднородностей одной из двух равных частей площадки поверхности почвы, использованной для формирования запечатленного образа, причем линия раздела образа указанной площадки совпадает с направлением движения агрегата, поперечно сканируют с контролируемой частотой вторым преобразователем при перемещении его вдоль указанной площадки поверхности почвы, при этом фиксируют и запоминают в виде элементов последовательности принадлежность к первому или второму под5 множеству запечатленного образа образов оптических неоднородностей, формируемых вторым преобразователем, а по окончании перемещения второго преобразователя определяют число групп данной последова10 тельности и вычисляют скорость движения агрегата по формуле ск

2I f

15 где V — скорость движения агрегата, м/с;

I — длина участка поверхности почвы. использованного для формирования запечатленного образа, м;

f« — частота поперечного сканирования

20 второго преобразователя, 1/с;

m — число групп одинаковых элементов этой последовательности.