Универсальный комплекс и метод определения показателей качества дозирования пневматических высевающих аппаратов

Ключевые слова: высев, дозирование, датчики, регистрация, звуковая плата, сигнал, пропуск, подача, семена, высевающий аппарат.

Для исследования высевающих аппаратов в лабораторных условиях применяются различные стенды и комплексы, оснащенные измерительной аппаратурой [1,2]. Современные стенды должны отвечать последним требованиям научно-исследовательских изысканий, а именно быть универсальными, компьютеризированными, обеспечивать высокую точность полученной информации и позволять использовать различную цифровую измерительную аппаратуры [3].

Но большинство стендов [4] не позволяют определить такие качественные показатели дозирования высевающих аппаратов точного высева, как пропуски, одноштучные подачи, двухштучные подачи и тем более подачи более высокого порядка автоматически, без регистрации семян визуально или вручную. В основном, измерительные комплексы ограничиваются определением избыточного давления или вакуума в семенной камере высевающего аппарата, регулированием частоты вращения высевающего диска, а также регистрацией общего количества семян, высеянных за время проведения опыта. Регистрация и подсчет пропусков (нулевые подачи), двухштучных подач и подач семян более высокого порядка затруднена и выполняется часто вручную, а иногда и не выполняется в зависимости от целей исследования. Кроме того большинство измерительных средств трудоемкие в исполнении, дорогостоящие и не в полной мере воспроизводят реальный процесс дозировании семян высевающим аппаратом.

Поэтому разработка и обоснование методик по регистрации и оценке показателей качества дозирования семян аппаратами точного высева [5, 6] с применением цифровых средств управления и обработки информации на основе компьютерных технологий является актуальной.

В данной статье предлагается описание универсального компьютеризированного комплекса и методика оценки показателей качества дозирования высевающих аппаратов точного высева с применением звуковой платы персонального компьютера в качестве аналогово-цифрового преобразователя. Основная суть методики заключается в том, что сигналы с измерительной аппаратуры стенда записываются на персональный компьютер через звуковую плату в виде звука, с последующей обработкой полученных данных специальными программами.

Схема универсального компьютеризированного комплекса для проведения исследований пневматических высевающих аппаратов точного высева изображена на рис. 1. В рассматриваемый комплекс входят следующие устройства и оборудование: источник питания 1, пульт управления 2; электродвигатель постоянного тока 3, механическая передача 4, исследуемый пневматический высевающий аппарат 5; воздуховод 6, турбина 7, емкость для приема семян (не показано).

В состав цифровой измерительной аппаратуры комплекса входят: цифровой тахометр; манометр; пьезодатчик ударного типа 8; фотодатчик 9; ЭВМ 10 с пакетом программ "Adobe Audition 2.0" и "Frequency Counter 1.01" для обработки данных через звуковую плату (аналогово-цифровой преобразователь). Датчики 8 и 9 подключены к линейному и микрофонному входам звуковой платы компьютера. Регулировка частоты вращения высевающего диска пневматического аппарата [7, 8, 9] производится с помощью пульта управления 2 универсального компьютеризированного стенда путем изменения частоты вращения электродвигателя постоянного тока 3. Необходимый уровень избыточного давления воздуха в семенной камере аппарата 5 устанавливается при помощи дроссельной заслонкой турбины 7.

Рис. 1. - Схема универсального компьютеризированного комплекса

В рассматриваемом исследовательском комплексе звуковая карта вместе с установленным на персональном компьютере специализированным пакетом программ исполняет роль аналогово-цифрового преобразователя. Так как обычная звуковая плата способна воспринимать и преобразовывать электрический сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму с линейного входа или же с микрофона. Причем сигнал с датчиков записывается в виде звукового файла, а затем обрабатывается звуковыми программами.

Для регистрации высеваемых семян применяется пьезометрический датчик, который устанавливается в зоне сброса семян в сошник. Во время эксперимента, выпавшие семена ударяются о пьезодатчик и отскакивают в емкость для приема семян. При этом от удара семени в пьезоэлементе датчика генерируется электрический сигнал, который поступает на линейный вход звуковой карты. Далее сигналы с пьезодатчика отображаются в волновом виде в нижней части окна программы. Общий вид программы Adobe Audition 2 с фрагментом записи сигналов приведен на рис. 2, из которого видно, что программа Adobe Audition 2 позволяет определять кроме количества ударов семян еще и временной промежуток между ними с достаточно высокой точностью. При этом разница амплитуд сигналов объясняется разностью масс семян, сгенерировавших их.

Рис. 2. - Общий вид программы Adobe Audition 2 с записью сигналов

Наряду с сигналами пьезодатчика, на микрофонный вход звуковой карты компьютера поступают сигналы с фотодатчика, который устанавливается в нижней части пневматического аппарата, напротив отверстий высевающего диска. Сигнал от фотодатчика также обрабатывается программой Adobe Audition 2 и отображается в волновой форме в верхней части окна программы (рис. 2). Полученные данные сохраняются программой Adobe Audition 2 в виде мультисессии в звуковом файле. При помощи встроенных программных средств Adobe Audition 2 производится подсчет общего количества ячеек, зарегистрированных за опыт и общее количество семян [10]. обработка регистрируемый сигнал высев

Для определения общего количества ячеек необходимо выбрать дорожку с сигналами фотодатчика и перейти в режим "мастеринг и анализ". Выделив нужный участок записи, при помощи автометок, определяются пики, которые соответствуют сигналам фотодатчика. Все автометки пронумеровываются программой и выводятся на экран монитора. Аналогично определяем общее количество поданных семян за эксперимент.

Тем самым, зная количество высеянных семян и всех ячеек за опыт, определяем среднюю подачу исследуемым аппаратом по формуле

(1)

где М - средняя подача семян исследуемым аппаратом, шт.; mc - количество семян поданных высевающим аппаратом за опыт, шт.; N - количество дозирующих элементов высевающего диска за опыт, шт.

Так как компьютер регистрирует сигналы с фотодатчика и пьезодатчика одновременно, то это позволяет проводить подсчет двойных, тройных подач семян и подач более высокого порядка, путем сравнения дорожек с сигналами пьезодатчика и фотодатчика. Так из рис. 3 видно, что одноштучная подача определяется совпадением сигналов от фотодатчика и пьезодатчика в верхней и нижней дорожках. Если на сигнал фотодатчика отсутствует сигнал пьезодатчика, то это означает пропуск. Если же на сигнал фотодатчика в программе имеется два сигнала от пьезодатчика, то это двойная подача. Соответственно определяются тройные подачи и выше.

Для определения достоверности результатов, полученных с помощью предлагаемого универсального комплекса на различных нормах высева семян, проводилось сравнение с данными, полученными визуально и методом скоростной видеосъемки. Сравнительные испытания проводились на семенах кукурузы. Норма высева варьировалась в пределах от 1 до 6 шт/м. Повторность опытов трехкратная по 400 подач в каждой повторности. Точность опытов, т.е. относительная ошибка показателей подачи семян составила от 1,12 до 1,57%. Статистический анализ опытных данных показывает, что отклонение частости нулевых подач на всем диапазоне изменения нормы высева семян отсутствует, а отклонение остальных показателей качества дозирования (частость двухштучных подач, средняя подача семян, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации подачи семян) полученных с помощью рассматриваемого метода от данных определенных вручную не превышает 0,4%, что входит в статистическую погрешность опыта, а значит, могут приниматься достоверными.

Рис. 3. - Определение подачи семян высевающим аппаратом

Таким образом, представленный универсальный комплекс и методика обработки данных позволяет оценивать показатели качества дозирования высевающих аппаратов точного высева с одновременной регистрацией количества дозирующих элементов и общего количества поданных семян за опыт посредством использования звуковой карты персонального компьютера в качестве аналогово-цифрового преобразователя.

Литература