申请/专利权人：湖南农业大学

申请日：2019-04-28

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN110135550B

主分类号：G06M1/272

分类号：G06M1/272

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.08.16#公开

摘要：本发明公开了一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，由监测装置壳体、平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD组成，所述监测装置壳体沿竖直方向设置有种子通道，所述平行光源和所述聚光凸透镜相对安装在所述种子通道的两侧，所述线阵CCD安装在所述聚光凸透镜相对于所述种子通道的另外一侧，通过平行光线构成垂直于种子通道的监测平面，通过聚光透镜将监测平面内平行光线汇聚到线阵CCD的有效感光区域，通过监测线阵CCD上感光元件的光强度变化实现对种子的监测与计数，从而实现对于播种机播种量的监测。与现有技术相比，本发明具有敏感元件数量多、无监测盲区、可实现对小尺寸种子的监测并可对多粒种子同时下落的情况进行监测等优点。

主权项：1.一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是由监测装置壳体、平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD组成，所述平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD安装在所述监测装置壳体的内部，所述监测装置壳体沿竖直方向设置有种子通道，所述平行光源和所述聚光凸透镜相对安装在所述种子通道的两侧，所述线阵CCD安装在所述聚光凸透镜相对于所述种子通道的另外一侧，所述平行光源的发光面与所述线阵CCD的感光面平行且都垂直于聚光凸透镜的光轴，所述聚光凸透镜的光心与所述线阵CCD感光面的距离采用如下公式计算：聚光凸透镜的光心与线阵CCD感光面的距离=聚光凸透镜的焦距-聚光凸透镜的焦距×线阵CCD感光面的有效感光区域长度聚光凸透镜的直径,使用时，将一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置安装在播种机排种器单个排种出口的下方，播种机工作时，排种器排出的种子经上方排种管接口进入所述种子通道然后由下方排种管接口排出，种子穿过种子通道时，将遮断部分连续的光线，导致所述线阵CCD上连续的若干个感光元件上光强度发生变化，通过监测所述线阵CCD上感光元件的光强度变化实现对种子的监测与计数，从而实现对于播种机播种量的监测，由于所述线阵CCD的有效感光区域连续密集分布有多个感光元件，可实现对于小尺寸种子的监测以及监测平面内的无盲区监测，当有多粒种子同时下落穿过监测平面时，会在所述线阵CCD上引起多个区域的感光元件信号发生变化，可以实现对于多粒种子同时下落情况的监测。

全文数据：一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置技术领域本发明涉及播种机播种量监测技术领域，尤其涉及一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置。背景技术发展精准农业有利于减少资源浪费、保护环境和促进农业可持续发展。精准播种是精准农业中的一个重要环节，能减少种子浪费、提高作物产量、增加经济效益。变量播种作为精准播种的重要组成部分，是根据不同地块的用种量不同而对播种量进行自动调节的一种自动控制系统。现有播种机多采用机械式排种器，其播种过程在全封闭条件下进行，操作人员无法掌握播种机的实际播种量并进行播种量调节，同时当出现种箱缺种、输种管堵塞等故障时，会造成漏播，影响播种质量。因此对于播种机播种量进实时监测，对于提高播种质量、实现变量播种和发展精准农业具有深远意义。现有的播种量监测装置采用的传感器主要有电容式传感器、压电式传感器和光电式传感器。光电式传感器应用最为广泛，其工作原理是对种子通过排种通道时遮断红外线进行监测和计数。光电式传感器通常采用一条或几条红外线，无法实现对排种通道的全面覆盖，容易形成监测盲区造成漏检，同时难以监测油菜籽等小尺寸种子、难以对多粒种子同时下落进行监测。发明内容本发明的目的在于针对现有播种机播种量监测装置存在监测盲区、容易发生漏检、难以监测小尺寸种子并难以对多粒种子同时下落进行监测的问题，提出一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置。为实现本发明的目的，本发明采取以下技术方案：一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，由监测装置壳体、平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD组成，所述平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD安装在所述监测装置壳体的内部，所述监测装置壳体沿竖直方向设置有种子通道，所述平行光源和所述聚光凸透镜相对安装在所述种子通道的两侧，所述线阵CCD安装在所述聚光凸透镜相对于所述种子通道的另外一侧，所述平行光源的发光面与所述线阵CCD的感光面平行且都垂直于聚光凸透镜的光轴。所述的平行光源由点光源和光源凸透镜组成，所述点光源的发光点位于所述光源凸透镜的焦点上，所述点光源发出的散射光线通过光源凸透镜变成平行光线垂直穿过所述的种子通道。所述聚光凸透镜的光心与所述线阵CCD感光面的距离小于所述聚光凸透镜的焦距，该距离设置为使得所述平行光源发出的光通过所述聚光凸透镜后汇聚到所述线阵CCD感光面上的光斑直径等于所述线阵CCD的有效感光区域长度，该距离具体可以采用如下公式计算：聚光凸透镜的光心与线阵CCD感光面的距离=聚光凸透镜的焦距-聚光凸透镜的焦距×线阵CCD感光面的有效感光区域长度聚光凸透镜的直径。所述的线阵CCD的感光元件数量为128个，这些感光元件呈线性均匀分布构成线性有效感光区域，可实现连续均匀128个点的光强度监测。在所述的种子通道中，平行于平行光线方向并穿过所述线阵CCD线性有效感光区域的平面为监测平面，监测平面垂直于所述种子通道，监测平面内的平行光线通过所述的聚光凸透镜汇聚到所述线阵CCD的有效感光区域。当种子穿过监测平面时遮断部分连续的平行光线，从而引起所述线阵CCD上连续的若干个感光元件光强度发生变化。通过对所述线阵CCD上感光元件输出信号进行分析实现对于种子的监测。所述监测装置壳体在所述种子通道的上方设置有上方排种管接口、在所述种子通道的下方设置有下方排种管接口，通过所述上方排种管接口和下方排种管接口可以将本发明安装在播种机排种器下方的排种管上。所述监测装置壳体的内壁覆盖有吸光材料，以防止所述监测装置壳体的内壁对于光线的反射造成对监测的干扰。本发明的有益效果是，提供一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，通过平行光线构成垂直于种子通道的监测平面，并通过聚光透镜将监测平面内平行光线汇聚到线阵CCD的有效感光区域，通过监测线阵CCD上感光元件的光强度变化实现对种子的监测与计数，从而实现对于播种机播种量的监测。由于线阵CCD的有效感光区域连续密集分布有128个感光元件，可实现对于小尺寸种子的监测以及监测平面内的无盲区监测，并且可以实现对于多粒种子同时下落情况的监测。附图说明图1所示为本发明的俯视全剖视图。图2所示为本发明的主视图。图3所示为本发明种子监测原理示意图。图中：1、监测装置壳体；2、平行光源；21、点光源；22、光源凸透镜；3、种子通道；4、聚光凸透镜；5、线阵CCD；6、上方排种管接口；7、下方排种管接口；8、种子。具体实施方式下面结合附图对本发明进一步说明。如图1所示为本发明的俯视全剖视图，如图2所示为本发明的主视图，一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置由监测装置壳体1、平行光源2、聚光凸透镜4和线阵CCD5组成。所述平行光源2由点光源21和光源凸透镜22组成。监测装置壳体1沿竖直方向设置有种子通道3，种子通道3的上方设置有上方排种管接口6、种子通道3的下方设置有下方排种管接口7。监测装置壳体1的内壁覆盖有吸光材料，以防止监测装置壳体1的内壁对于光线的反射造成对于监测的干扰。平行光源2和聚光凸透镜4相对安装在种子通道3的两侧，线阵CCD5安装在聚光凸透镜4相对于种子通道3的另外一侧。点光源21安装在光源凸透镜22的焦点上。点光源21发出的散射光线经过光源凸透镜22后变成平行光线穿过种子通道3，经过聚光凸透镜4后汇聚到线阵CCD5的感光面上。聚光凸透镜4的光心与线阵CCD5的感光面的距离设置为使得平行光线通过聚光凸透镜4后汇聚到线阵CCD5感光面上的光斑直径等于线阵CCD5的有效感光区域长度。使用时，将本发明安装在播种机排种器单个排种出口的下方，将上方排种管接口6连接到排种器出口所连接的排种管，将下方排种管接口7连接到输出种子到地面的排种管。播种机工作时，排种器排出的种子经上方排种管接口6进入种子通道3，然后由下方排种管接口7排出。如图3所示为本发明种子监测原理示意图，种子穿过种子通道3中的监测平面时，将遮断部分连续的光线，导致线阵CCD5上连续的若干个感光元件上光强度发生变化。通过监测线阵CCD5上感光元件的光强度变化实现对种子的监测与计数，从而实现对于播种机播种量的监测。由于线阵CCD5的有效感光区域连续密集分布有128个感光元件，可实现对于小尺寸种子的监测以及监测平面内的无盲区监测。当有多粒种子同时下落穿过监测平面时，会在线阵CCD5上引起多个区域的感光元件信号发生变化，因此可以实现对于多粒种子同时下落情况的监测。虽然结合附图描述了本发明的实施方法，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变形，这样的修改和变形均落入由所属权力要求所限定的范围内。

权利要求：1.一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是由监测装置壳体、平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD组成，所述平行光源、聚光凸透镜和线阵CCD安装在所述监测装置壳体的内部，所述监测装置壳体沿竖直方向设置有种子通道，所述平行光源和所述聚光凸透镜相对安装在所述种子通道的两侧，所述线阵CCD安装在所述聚光凸透镜相对于所述种子通道的另外一侧，所述平行光源的发光面与所述线阵CCD的感光面平行且都垂直于聚光凸透镜的光轴。2.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述的平行光源由点光源和光源凸透镜组成，所述点光源的发光点位于所述光源凸透镜的焦点上。3.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述聚光凸透镜的光心与所述线阵CCD感光面的距离小于所述聚光凸透镜的焦距。4.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述聚光凸透镜的光心与所述线阵CCD感光面的距离设置为使得所述平行光源发出的光通过所述聚光凸透镜后汇聚到所述线阵CCD感光面上的光斑直径等于所述线阵CCD的有效感光区域长度。5.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述聚光凸透镜的光心与所述线阵CCD感光面的距离采用如下公式计算：聚光凸透镜的光心与线阵CCD感光面的距离=聚光凸透镜的焦距-聚光凸透镜的焦距×线阵CCD感光面的有效感光区域长度聚光凸透镜的直径。6.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述的线阵CCD的感光元件数量为128个。7.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述监测装置壳体在所述种子通道的上方设置有上方排种管接口、在所述种子通道的下方设置有下方排种管接口。8.如权利要求1所述的一种基于线阵CCD的播种量在线监测装置，其特征是所述监测装置壳体内壁覆盖有吸光材料。

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