農(nóng)業(yè)機(jī)械傳感器應(yīng)用的重要性

劉強(qiáng)

摘要：傳感器作為新時(shí)代的重要發(fā)明，將它應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域具有很深的意義，將傳感器應(yīng)用于解決農(nóng)業(yè)機(jī)械難以解決的問(wèn)題，有助于優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)。通過(guò)介紹傳感器的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，對(duì)現(xiàn)階段傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用和意義做了詳細(xì)闡述，分析了傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向，強(qiáng)調(diào)了農(nóng)業(yè)機(jī)械使用傳感器的重要性。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；傳感器；自動(dòng)控制；人性化

中圖分類號(hào)：S220文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.04.005

0引言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，但我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)卻并不發(fā)達(dá)，很多地區(qū)采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，極大地降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。隨著世界農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的逐漸進(jìn)步，傳感技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的必然途徑，在未來(lái)將會(huì)極大地改變農(nóng)業(yè)地區(qū)人民的生產(chǎn)生活習(xí)慣。想要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化控制，其關(guān)鍵就在于準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械每個(gè)結(jié)構(gòu)和部件的工作狀態(tài)。將傳感器應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理農(nóng)業(yè)機(jī)械工作中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，并能促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程，保證農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的可靠性、降低工作能耗、節(jié)省人力和資源的投入。傳感器因其反應(yīng)速度快、分辨力高、易于實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量、精度高、可靠性好， 加之半導(dǎo)體光敏器件的體積小、質(zhì)量輕、功耗較低、容易集成等優(yōu)點(diǎn)， 因而被各行各業(yè)廣泛使用。如果不在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用傳感器技術(shù)，那么農(nóng)業(yè)機(jī)械在工作時(shí)就難以精準(zhǔn)地獲取整個(gè)設(shè)備的信息，更無(wú)法完成信息處理和設(shè)備檢測(cè)等進(jìn)一步的工作。由此可見(jiàn)，在我國(guó)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)之上，發(fā)展與傳感器相結(jié)合的農(nóng)業(yè)機(jī)械化新方向是必要的。

1傳感器的特點(diǎn)介紹

傳感器是一種能感受到被測(cè)量的信息檢測(cè)裝置，并且能夠?qū)⒏惺艿降男畔ⅲ凑找欢ㄒ?guī)律性轉(zhuǎn)變成電信號(hào)或其他形式的信號(hào)，用來(lái)滿足信息的傳輸、顯示、存儲(chǔ)、處理、控制和記錄等要求。利用物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)，把被測(cè)量的不同信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這是信息獲取的有效手段，是新時(shí)期信息技術(shù)的重大發(fā)明。

傳感器的優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)信息的反饋速度快；（2）對(duì)接觸到的和不同距離的測(cè)量量均適應(yīng)；（3）針對(duì)不同工作情況具有分辨力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)；（4）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)傳感器而言在環(huán)境差的農(nóng)業(yè)作業(yè)中同樣能準(zhǔn)確獲取需要的測(cè)量信息。

隨著當(dāng)今時(shí)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人類對(duì)自然界的不斷探索及信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息的快速傳遞程度和精確傳遞成為了當(dāng)前必須要研究的課題，傳感器技術(shù)就是這一方向的主力技術(shù)之一，它具有智能化、微型化、數(shù)字化、系統(tǒng)化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。傳感器的技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，制造工序比較多，如果技術(shù)水平跟不上，即使有相關(guān)政策支持并且投入大量的資金和人力，依然無(wú)法達(dá)到所需的要求。因?yàn)樵趥鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)制造過(guò)程中存在很多的非線性、溫度、零點(diǎn)、蠕變等性能補(bǔ)償，還有很多的誤差需要調(diào)整，目前我國(guó)技術(shù)在補(bǔ)償度、高穩(wěn)定、高可靠性等方面還需進(jìn)一步發(fā)展。

2農(nóng)業(yè)機(jī)械中的傳感器應(yīng)用及工作范圍

2.1光電傳感器在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用

光電傳感器的工作原理是將所需要測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號(hào)的變化量，再借助光電元件把光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電學(xué)信號(hào)。它通常包括光電元件、光源和光學(xué)通路3個(gè)部分。播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，播種過(guò)程中控制系統(tǒng)反應(yīng)的快速程度以及可靠程度是播種類農(nóng)業(yè)機(jī)械工作中需要解決的重要問(wèn)題。排種器作為播種機(jī)的重要部件，光電傳感器可以對(duì)播種的種子籽粒距離進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗電磁干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，并且不會(huì)對(duì)播種的機(jī)械過(guò)程產(chǎn)生影響。光電傳感器現(xiàn)已發(fā)展成為國(guó)內(nèi)外種子籽粒距離檢測(cè)的最有效方法之一，通過(guò)對(duì)地輪前進(jìn)速度的記錄和對(duì)兩籽粒播種的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算兩粒種子之間的距離，將光電傳感器安裝于導(dǎo)種管之上，進(jìn)行播種數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，每次種子遮擋光電傳感器時(shí)，在其通過(guò)后都會(huì)使光電管發(fā)出相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。將導(dǎo)種管播種數(shù)量的信號(hào)精確轉(zhuǎn)變成為可以被單片機(jī)所識(shí)別的信號(hào)，這是光電傳感器需完成的首要任務(wù)，光電傳感器工作的優(yōu)良程度直接影響到整個(gè)播種系統(tǒng)的性能和效果，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)水平的提高， 在某些農(nóng)用噴藥機(jī)設(shè)備上， 采用液壓結(jié)構(gòu)來(lái)控制噴藥桿的工作位置、平衡與穩(wěn)定， 同時(shí)采用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)機(jī)械行進(jìn)速度、需要植保面積、噴藥所需壓力、噴藥量等進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)， 改善了農(nóng)機(jī)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 同時(shí)也提高了噴藥機(jī)的作業(yè)效率和可靠程度。相關(guān)學(xué)者在“光電傳感器在水庫(kù)測(cè)量中的應(yīng)用研究”中提及， 紅外光電傳感器的特點(diǎn)是：靈敏度高、體積小、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于在指定的特殊環(huán)境中使用。

2.2壓力傳感器在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用

壓力傳感器是眾多的傳感器中的一種，它具有其他傳感器所不具備的特性，壓力傳感器常被用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，它可以完成制動(dòng)壓力、監(jiān)測(cè)氣動(dòng)、機(jī)油壓力、輕載液壓、傳動(dòng)裝置、機(jī)械結(jié)構(gòu)氣閘等關(guān)鍵系統(tǒng)的壓力、流量、液力及液位等來(lái)維持機(jī)械設(shè)備的性能。通過(guò)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中廣泛應(yīng)用壓力傳感器，可以解決很多農(nóng)業(yè)機(jī)械難以解決的難題，有利于我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)現(xiàn)代化的普及。正確的選擇壓力傳器可以大大提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的可靠性，并且可以延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵部件的壽命。壓力傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用主要可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）使用壓力傳感器測(cè)量液壓和氣壓：測(cè)量液體肥料噴霧壓力，在大型噴霧設(shè)備中應(yīng)用液壓來(lái)控制噴桿工作狀態(tài)以及控制平衡和穩(wěn)定；（2）使用壓力傳感器能夠通過(guò)液壓傳動(dòng)對(duì)農(nóng)耕用具進(jìn)行提升和移動(dòng)，監(jiān)測(cè)和控制制動(dòng)及調(diào)平犁地和播種設(shè)備的安全系統(tǒng)的壓力；（3）壓力傳感器還可通過(guò)測(cè)量油壓和液壓充油壓力等數(shù)據(jù)來(lái)保證農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用安全。針對(duì)不同的農(nóng)業(yè)工作選擇相對(duì)應(yīng)的壓力傳感器，對(duì)于液壓和氣動(dòng)的傳感器，要注意其載荷、防暴等關(guān)鍵因素的認(rèn)真選擇和使用，確保工作過(guò)程的安全可靠。

2.3傳感器定位在農(nóng)機(jī)中的應(yīng)用

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的普及，應(yīng)用衛(wèi)星進(jìn)行田地測(cè)量和農(nóng)機(jī)控制也逐漸走進(jìn)了我國(guó)農(nóng)民的生活，衛(wèi)星定位系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中起著重要的作用，然而在實(shí)際的農(nóng)機(jī)裝備使用中，高精度的衛(wèi)星定位系統(tǒng)成本很高，農(nóng)業(yè)機(jī)械使用時(shí)雖然效果好但卻極大地提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的售價(jià)，若選用低精度的GPS傳感器，雖然成本會(huì)下降一些，但卻在一些方面難以滿足實(shí)際需求。因此，選擇更加適合農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的數(shù)字傳感器代替衛(wèi)星定位控制，不僅提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的定位精度，還節(jié)約了制造成本。數(shù)字傳感器是把傳統(tǒng)模式下GPS輸入輸出信號(hào)改造成有 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的傳感器，輸出的信號(hào)是數(shù)字。它的原理就是在原有數(shù)字補(bǔ)償物理模型和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，利用計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)勢(shì)性能進(jìn)行誤差修正與補(bǔ)償，從而給出準(zhǔn)確和可靠的數(shù)字補(bǔ)償精度。農(nóng)業(yè)機(jī)械GPS導(dǎo)航技術(shù)包括全球定位導(dǎo)航、超聲波導(dǎo)航和電纜導(dǎo)航等，數(shù)字定位技術(shù)包括相對(duì)定位技術(shù)和絕對(duì)定位技術(shù)兩種。 在農(nóng)業(yè)機(jī)械工作時(shí)，因?yàn)檗r(nóng)作物兩行之間的距離較小，對(duì)于大型農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)說(shuō)，在復(fù)雜的農(nóng)田里工作需要較高的側(cè)向控制準(zhǔn)確度，這可以利用先進(jìn)的聲吶技術(shù)和激光技術(shù)等獲取道路信息，然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析，控制農(nóng)業(yè)機(jī)械的行進(jìn)方式。 充分將傳感器技術(shù)與數(shù)學(xué)建模技術(shù)相結(jié)合，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械在復(fù)雜的環(huán)境下，在傳感器控制下根據(jù)路況信息自動(dòng)進(jìn)行行駛調(diào)整。

3傳感器在農(nóng)機(jī)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展方向

農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中具有非常重要的作用，發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。隨著農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械不斷的向自動(dòng)化農(nóng)業(yè)發(fā)展，傳感器在農(nóng)業(yè)機(jī)械中被廣泛的應(yīng)用，正因?yàn)閭鞲衅髟谵r(nóng)業(yè)機(jī)械中占重要的主導(dǎo)地位，這也對(duì)傳感器提出了更高的要求。所以，開(kāi)發(fā)傳感器的趨勢(shì)是多功能、微型化、網(wǎng)絡(luò)化，并具有更高測(cè)量精度和高性能指標(biāo)。近代物理學(xué)的新技術(shù)，如納米技術(shù)、紅外、超聲、激光、微波、光纖、強(qiáng)磁體、放射性同位素等技術(shù)，開(kāi)辟了傳感器集成化的廣闊前景；在同一硅片上集成了微米級(jí)的敏感傳感元件、信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換處理電路等不同功能的元件，以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出體積更小、更易于封裝、可靠性高、功能強(qiáng)大的新型傳感器是傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)。研發(fā)人員可以參考自然界中特殊生物的感觀能力進(jìn)一步研究，開(kāi)發(fā)新型的仿生傳感器。同時(shí)傳感器也將向著微型化發(fā)展，在不同的零部件可實(shí)現(xiàn)多種功能交叉的前提之下，傳感器的元器件逐步向著小型化方向發(fā)展，最終可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化。同時(shí)，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械大范圍的使用新型傳感器，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)控制農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)并進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試以及故障診斷。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制的高精確性，從而夠成一系列的網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。伴隨著國(guó)際化的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程，傳感器在其中的作用也越來(lái)越明顯。傳感器技術(shù)作為新時(shí)代的技術(shù)之一，具有極高的可開(kāi)發(fā)價(jià)值，對(duì)未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展起著決定性作用。這需要我們不斷提升農(nóng)業(yè)機(jī)械中傳感器的使用效率，近而減輕農(nóng)業(yè)機(jī)械操作的難度，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械向著更加人性化的方向發(fā)展。

4結(jié)論

由此可見(jiàn)，伴隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的不斷發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作為一種新的農(nóng)機(jī)戰(zhàn)略思想，強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)化和智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中的重要運(yùn)用。 盡管我國(guó)的傳感器技術(shù)發(fā)展較晚，但其應(yīng)用領(lǐng)域也已經(jīng)極為廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 對(duì)傳感器精準(zhǔn)性、可靠性、穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高， 傳感器系統(tǒng)更需要具有相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理能力， 并能夠有序的完成自檢、校對(duì)、補(bǔ)償?shù)纫螅?盡管傳統(tǒng)的光電傳感器仍具有其自身優(yōu)勢(shì)，但是單憑光電傳感器已經(jīng)不能完全滿足農(nóng)機(jī)現(xiàn)代化的要求了， 而更加智能傳感器的研發(fā)成了時(shí)下新的研究重點(diǎn)。同時(shí)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用新型傳感器能極大的提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化程度，將農(nóng)業(yè)機(jī)械與傳感器完美結(jié)合可以在更高層次上推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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