Пристрій для контролю характеристик сільськогосподарських матеріалів

1. Пристрій для контролю характеристик сільськогосподарських матеріалів, що включає ємнісний датчик з засобом для формування зони контролю в складі першого, другого та третього електродів, оточених шарами діелектрика, до яких безпосередньо примикають секції екрана, генератора електромагнітних коливань, з виходом якого зв'язаний перший названий електрод, підсилювачі, входи яких зв'язані з другим і третім електродами, а виходи через детектори - з вихідним блоком формування сигнала, другий і третій електроди змонтовані з протилежних торців першого електрода, а виходи підсилювачів, охоплених ланкою від'ємного зворотного зв'язку, зв'язані з вихідним блоком, який відрізняється тим, що засіб формування зони контролю обладнаний, принаймні, одним додатковим рухомим екранувальним електродом, встановленим з боку зони контролю, прилеглої до поверхні, принаймні, одного названого електрода через шар діелектрика, причому додатковий рухомий екранувальний електрод електрично зв'язаний з секціями екрана. 2. Пристрій по п.1, який відрізняється тим, що другий і третій електроди обладнані окремими додатковими екранувальними електродами. 3. Пристрій по пп.1, 2, який відрізняється тим, що перший, другий і третій електроди обладнані одним або кількома додатковими рухомими електродами. 4. Пристрій по пп.1-3, який відрізняється тим, що секції екрана з відповідними шарами діелектрика та другий і третій електроди виконані рухомими відносно першого. 5. Пристрій по пп.1-4, який відрізняється тим, що він обладнаний засобом фіксації початкових умов, засобом для виявлення факту відсутності рослин в зоні контролю, зв'язаним з засобом фіксації початкових умов, засобом для контролю координат рослин поперек рядка, засобом для оцінки геометричних параметрів рослин, зв'язаним з засобом контролю координат рослин поперек рядка, засобом для копіювання осі рядка рослин, а також засобом для стабілізації крутизни вихідної характеристики названого засобу для копіювання. 6. Пристрій по пп.1-5, який відрізняється тим, що ланки від'ємного зворотного зв'язку виконані в вигляді резистора і конденсатора. (19) (21) 2000127420 (22) 22.12.2000 (24) 15.08.2001 (46) 15.08.2001, Бюл. № 7, 2001 р. (72) Сакало Віктор Миколайович (73) САКАЛО ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ А (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ХАРАКТЕРИСТИК СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАТЕРІАЛІВ 40984 Це досягається тим, що пристрій для контролю характеристик сільськогосподарських матеріалів, що включає ємнісний датчик з засобом для формування зони контролю в ск ладі першого, др угого та третього електродів, оточе них ша рами діелектрика, до яких безпосередньо примикають секції екрана, генератора електромагнітних коливань, з виходом якого зв'язаний перший названий електрод, підсилювачі, входи яких зв'язані з другим і третім електродами, а виходи через детектори - з виходним блоком формування сигнала, причому др угий і третій електроди змонтовані з протилежних торців першого електрода, а виходи підсилювачів, охоплених ланками від'ємного зворотнього зв'язку, зв'язані з вихідним блоком, згідно корисної моделі, засіб формування зони контролю обладнаний, по крайній мірі, одним додатковим рухомим екранувальним електродом, встановленим зі сторони зони контролю, примикаючим до поверхні, по крайній мірі, одного названого електрода через шар діелектрика, причому додатковий рухомий екранувальний електрод електрично зв'язаний з секціями екрана. Це дає можливість регулювати геометричні параметри зони контролю залежно від виду та стадії розвитку рослини, що збільшує те хнологічні можливості пристрою. Доцільно, що другий і тре тій електроди обладнані окремими додатковими рухомими екранувальними електродами. Це дає можливість забезпечити симетричність характеристи ки пристрою та встановлення його нульової точки, за рахунок чого можливо підвищити точність копіювання опорних траєкторій, та координат рослин. Доцільно також, що перший, другий і третій електроди обладнані одним або кількома додатковими рухомими екранувальними електродами. Це дає можливість збільши ти діапазон регулювання геометричних параметрів зони контролю, за рахунок чого розширити технологічні можливості пристрою при зміні геометричного параметру рослин. Доцільно також те, що секції екрана з відповідними шарами діелектрика та другий і третій електроди ви конані рухомими відносно першого. Це дає можливість додатково розши рити діапазон регулювання геометричних параметрів зони контролю, та регулювання симетрії ха рактеристи ки пристрою, що розширює технологічні можливості та підвищує точність копіювання рядків рослин. Важливо, що пристрій обладнаний засобом фіксації початкових умов роботи, засобом для виявлення факта відсутності рослин в зоні контролю, зв'язаним з засобом фіксації початкових умов, засобом для контролю кординат рослин поперек рядка, засобом для оцінки геометричних параметрів рослин, зв'язаним з засобом контролю кординат рослин поперек рядка, засобом для копіювання вісі рядка рослин, а також засобом для стабілізації крутизни характеристики засобу для копіювання. Це дає можливість додатково розши рити можливості пристрою та підвищити точність копіювання рядків просапних культур в широкому діапазоні видів та ступеней розвитку рослин, а також в умовах змінних забруднень зони контролю. Важливо та кож, що ланки від'ємного зворотнього зв'язку ви конані в вигляді резистора і конденсатора. Це підвищує точність контролю в умовах широких змін температури навколишнього середовища, за рахунок чого розширюються технологічні можливості пристрою. На фіг.1 показана схема пристрою для контролю геометричних параметрів рослин; на фіг.2 ємнісний датчик; на фіг.3 - варіант ємнісного датчика; на фіг.4 - варіант виконання додаткових рухомих екранувальних електродів ємнісного датчика (вид знизу); на фіг. 5 - варіант виконання частини пристрою; на фіг.6 - принципова схе ма пристрою. Суть ви находу пристрою для контролю характеристик сільськогосподарських матеріалів буде описано на прикладі пристрою по фіг.1, для копіювання рядків рослин при міжрядній обробці. Пристрій для контролю характе ристик сільськогосподарських матеріалів має ємнісний датчик 1, що включає засіб 2 для формування зони контролю 3, перший 4, другий 5 і третій 6 електроди, оточе ні шарами діелектрика 7, 8 і 9, відповідно. До цих ша рів діелектрика безпосередньо примикають секції екрана 10, 11 і 12, відповідно. З першим електродом 4 зв'язаний вихід генератора 13 електромагнітних коливань. З електродами 5 і 6 зв'язані входи підсилювачів 14 і 15 зв'язані зі входами засобу контролю координат рослин вздовж рядка (блок порівняння 16). Вихід одного з підсилювачів, наприклад, 14, зв'язаний зі входом засобу 17 для контролю координат рослини поперек рядка. Вихід одного 14, або обох підсилювачів 14, 15 зв'язані зі входом засобу 18 для оцінки геометричних параметрів рослин. Вихід засоба 17 зв'язаний з одним із входів засобу 18. Пристрій обладнаний також блоком фіксації початкових умов 19, зв'язаним також з засобом 20 для виявлення факта відсутності рослини, виконаним, наприклад, в вигляді кінцевого вимикача. Вихід блока 19 зв'язаний з одним із входів засобу 18 для оцінки геометричних параметрів рослин. Пристрій обладнаний також засобом 21 для копіювання вісі рядка рослин, який включає в себе засіб для стабілізації крутизни його ха рактеристики. Вхід засобу 21 зв'язаний з виходами засобів 16, 18 та 19. Виходи засобів 17, 18 і 21 зв'язані також зі вхо дом вихідного блока 22 для формування вихідних сигналів. Пристрій обладнаний, по крайній мірі, одним додатковим рухомим екранувальним електродом 23, встановленим зі сторони зони 3 контролю, примикаючий до поверхні електродів 4, 5, 6 через шари діелектрика 7,8 і 9, відповідно, причому додатковий рухомий екранувальний електрод 23 електрично зв'язаний з секціями екрана 10,11 і 12. Цей варіант пристрою доцільно використовувати для копіювання рядків рослин в процесі міжрядкової обробки, а також на обприскувачах, спеціалізованих на культурах з близькими геометричними параметрами рослин. Варіант пристрою по фіг.2 відрізняється від варіанта пристрою по фіг.1 тим, що др угий 5 та третій 6 електроди обладнані окремими додатковими рухомими екранувальними електродами 24 і 2 40984 25, відповідно. Секції екрана 11 та 12 обладнані кронштейнами 26 і 27, зв'язаними з кронштейном 28 за допомогою шпильок 29, З0 пропуще них в пази 31 і 32 кронштейна 28, на якому закріплена секція 10 екрана, що зв'язана з першим 4 електродом. В кронштейні 28 виконаний паз 33. Кронштейни 26, 27 зафіксовані відносно кронштейна 28 за допомогою гаєк 34 та 35, з можливістю переміщення секцій 11 і 12 екрана і, відповідно, електродів 5 і 6 відносно торців секції 10 екрана і електрода 4, а також з можливістю повороту. Додаткові рухомі екранувальні електроди 24 і 25 закріплені відносно секцій 11 і 12 екрана за допомогою, наприклад, хомутів 36. Цей варіант доцільно використовувати для копіювання рядків рослин, оцінки геометричних параметрів рослин, а також координат рослин поперек рядка на обприскувачах. Варіант по фіг.З відрізняється від варіанту пристрою по фіг.2 тим, що перший 37, др угий 38 і третій 39електроди ви конані відкритими і закріплені на поверхнях шарів діелектрика 40,41 і 42, відповідно, а додаткові рухомі екранувальні електроди 43, 44 та 45, відповідно, обладнані шарами діелектрика 46, 47, 48, відповідно і прикріплені безпосередньо через шари діелектрика 46, 47, 48 до відкритих поверхностей електродів 37, 38, 39, наприклад, за допомогою хомутів. Всі секції 49, 50, 51 екрана прикріплені до кронштейна 52 за допомогою шпильок пропущених крізь пази 53, 54 і 55, відповідно. Таким чином всі секції екрана та відповідні електроди виконані рухомими. Цей варіант доцільно використовувати для копіювання рядків рослин, оцінки геометричних параметрів рослин і контролю кординат рослин вздовж рядка на обприскувачах в умовах механічної взаємодії засобу 2 формування зони контролю З з рослинами, наприклад, при обробці садженців і кущів. Ще в одному ва ріанті виконання пристрою по фіг. 1-3 екран виконаний суцільним. При цьому рухомою виконана вся конструкція. Цей варіант доцільно використовува ти на культиваторах та обприскувачах, спеціалізованих для однієї просапної культури при двох - трьох разовій обробці плантації в різних ста діях розвитку рослин. Ще в одному ва ріанті виконання пристрою по фіг. 2 і 3 др угий та тре тій електроди обладнані двома додатковими рухомими екранувальними електродами і кожний для регулювання геометричних параметрів зони контролю вздовж та поперек рядка рослин. Фіксація додаткових р ухомих екранувальних електродів виконана, наприклад, за допомогою хомутів. Наприклад, на фіг.4 і 5 показаний варіант пристрою по фіг.2 (електрод 5), відрізняється тим, що екранувальний електрод 56 виконаний у вигляді зігнутої смуги металу полозкової фор ми. На екранувальному електроді 56 виконаний також кронштейн для фіксації додаткового екранувального електрода 57 за допомогою гвинтів 58 пропуще них крізь отвори 59 в електродах 56 та 57. Фіксація досягається за рахунок гайок 60. Для фіксації електрода 56 призначені аналогічні гвинти 58 та гайки 60. Отво ри 59 призначені для переміщен ня додаткового рухомого екранувального електрода 57 поперек електрода 5. Електрод 5 зв'язаний з електронною схемою 61 провідником 62, пропущеним в отвір в ша рі діелектрика 8. Електронна схема 61 розміщена в корпусі 63, закріпленому на секції екрана 11.3 секцією екрана 11 зв'язаний (наприклад, виконаний заодно) кронштейн 64 з пазом 65, через який пропуще на шпилька 66 зв'язана з гайкою 67. Шпилька 66 закріплена на кронштейні 68, виконаним з можливістю повороту відносно вісі 69, зв'язаній з машиною. Кронштейн 68 зв'язаний з пружиною 70 другий кінець якої зв'язаний з корпусом машини. Кронштейн 68 зв'язаний також з упором 71, в свою чергу зв'язаним з корпусом машини (елементи зміцнення конструкцій на фіг. 2-5 не показані). Цей варіант доцільно використовува ти на комбінованих самохідних машинах, обладнаних культиватором та обприскувачем для одночасного обробітку міжряддя та обприскування рослин в рядках в різних ста діях їх розвитку. Останні названі варіанти пристрою по фіг. 23 призначені для точного дозування хімічної дії на кожну рослину або гр упу рослин. Принципова електрична схема ємнісного датчика 1 по фіг.1 показана на фіг.6. Джерело електромагнітних коливань виконано на генераторі 13 зібраному, наприклад, на мікросхемах 72 і 73 (інверторах). Резистори 74 і 75 та конденсатор 76 призначені для завдання частоти та шпарува тості сигналів. Частота електромагнітних коливань встановлена від 10 кГц до 100 МГц. Вихід генератора 13 зв'язаний зі входом підсилювача потужності 77 зібраного, наприклад, на мікросхе мах (інверторах), включених паралельно. Вихід підсилювача 77 через резистор 78 зв'язаний з електродом 4. Резистор 78 призначений для захисту підсилювача 77 від короткого замикання. З цим же електродом 4 зв'язаний вхід засобу компенсації втрат енергії 79 між електродом, та секцією екрана 10. Цей засіб 79 зібраний на амплітудному детекторі 80 в складі діода 81, резистора 82, конденсатора 83. Вихід амплітудного детектора 80 через резистор 84 зв'язаний з входом операційного підсилювача 85. Резистор 86 призначений для створення від'ємного зворотнього зв'язку підсилювача 85. Резистори 87, 88 призначені для створення ланки задатчика. Вихід підсилювача 85 зв'язаний з ланкою живлення підсилювача потужності 77. Другий електрод 5 засобу 2 фор мування зони контролю 3 підключений до вхо ду підсилювача 14. На резисто рі 89 та конденсаторі 90 зібрана ланка від'ємного зворотнього зв'язку підсилювача 14, зібраному на операційному підсилювачі 91. Вихід підсилювача 91 зв'язаний зі вхо дом амплітудного детектора 92 зібраному на діоді 93, конденсаторі 94 та резисторі 95. Вихід амплітудного детектора 92 зв'язаний зі входом діференціального підсилювача 96, зібраного на операційному підсилювачі 97, конденсаторі 98 та резисторах 99, 100. Вихід амплітудного детектора 92 зв'язаний зі входом амплітудно-цифрового перетворювача (АЦП) 101 контролера 102 вихідного блоку 22. Ви хід діференціального підсилювача 96 зв'язаний з дискретним вхо дом (DC) 103 контролера 102. До одного з входів контролера 102 підключена клавіатура 104 а з виходами - програмна дос 3 40984 тупний індикатор 105, а також ланки управління виконавчими органами 106. Електрод 6 засобу 2 формування зони контролю 3 зв'язаний з контролером аналогічно електроду 5. Пристрій по фіг.1 діє таким чином. Датчик 1 вста новлюється над рядком рослин 107, таким чином, що електроди 4 і 5 засобу 2 формування зони контролю З розміщуються з протилежних сторін рядка 107. Внаслідок взаємодії рослин з електромагнітним полем зони контролю змінюються (зменшуються) високочастотні сигнали на електродах 5 та 6 і на входах підсилюва чів 14 і 15, відповідно. Сигнали з виходів підсилюва чів 14 і 15 надходять на входи блока порівняння 16. Сигнали з виходу підсилювача 14 поступають на вхід засобу 17 для контролю координат рослин поперек рядка, сигнал з виходу якого поступає на один із входів засобу 18 для оцінки геометричних па раметрів рослин. На вход засобу 18 поступають сигнали з вихода підсилюва ча 14,15. Та ким чином сигнал засобу 17 дає доз віл на ви конання операції оцінки геометричних параметрів рослин. Для корекції результатів оцінки геометричних параметрів рослин використо вуєть ся сигнал з виходу блока 19 фіксації початкових умов. Сигнал початкови х умов формується по команді засобу 20 виявлення факту відсутності рослин, наприклад, кінцевого вимикача, що контролює підняття виконавчи х орга нів та датчика 1 в транспортне положення під час розвороту машини. Сигнал з вихода блока порівняння 16 надходить на вхід засобу 21 для копіювання вісі рядка рослин. Знак цього сигналу вка зує напрямок відхи лення вісі датчи ка 1 відносно вісі рядка, а величина сигналу залежить від величи ни контрольованого відхи лення, геометричних параметрів рослини, початкових умов ви мірювання, а також від не симетрії са мого датчика 1. При малих відхиленнях відносно вісі рядка від вказаної несиметрії залежить і знак вихідного си гналу бло ка порівняння 16. Для корекції вихідного сигналу засобу 21 для копіювання вісі рядка рослин використо вується сигнал з засобу 18 оцінки геометричних параметрів рослин, за допомогою якого коректується крутизна вихідної характеристики засобу 21. Крутизна ха рактеристики також коректується сигналом з блока 19, що характеризує зміну чутливості датчика 1 внаслідок забруднення тощо. Нульова точка вихідної характеристи ки (знак сигналу засобу 21) коректується шляхом зміни відстані електродів 5 та 6 відносно електрода 4, чим усуваєть ся несиметрія характеристик електромагнітного поля з боків рядка. Корекція нульової точки характеристи ки засобу 21 також досягається використанням сигнала блока 19 початкових умов по сигналу за собу 20. Сигнал з виходу за собу 17 для контролю координат рослин поперек рядка поступає в вихідний блок 22, а звідти в ланку уп равління, наприклад, ланкою включення форсунки обприскувача. Сигнал з виходу засоба 18 для оцінки геометричних параметрів рослин після обробки в вихідному блоці 22 поступає в ланку, наприклад, регулювання кількості рідини, що поступає в форсун ку, та , наприклад, регулювання ширини факела форсун ки. Вихідний сигнал засобу 21 для копіювання вісі рядка рослин поступає через вихідний блок 22 в ланку автоматичного водіння машини та/або, наприклад, для автоматичного корегування положення форсунки відносно вісі рядка рослин. Варіант пристрою по фіг.2 працює аналогічно пристрою по фіг.1. Різниця полягає в то му, що, залежно від геометричних параметрів рослин, змінюються геометричні параметри зони контролю 3 за рахунок повороту секції екрану 11 та 12 відносно електрода 10, а та кож положення самого кронштейна 28. Відстань до рослин регулюєть ся за рахунок переміщення кронштейна 28 вертикально відносно паза 33. Вісь зони контролю 3 відносно вісі рядка регулюєть ся поворотом секцій екрана 11 і 12, а також кронштейном 28. Поворотом секцій екрана 11 і 12, а та кож переміщен ням їх в пазах 31 і 32 регулюється крутизна правої та лівої гі лок вихідної характеристики пристрою. За рахунок окремих додаткових рухомих екранувальних електродів 24 і 25 розширюється можливість регулювання геометричних параметрів зони контролю З, положення нульової точки та крутизни правої та лі вої гі лок вихідної характеристики пристрою, що важливо при копіюванні вісі рядка з нерівномірними геометричними параметрами рослин по сторонах рядка, а також розши рює технологічні можливості пристрою при копіюванні рядків рослин в різних стадіях розвитку. Пристрій по фіг.3 працює аналогічно пристроям по фіг.1 і 2. Різниця полягає в тому, що за рахунок додаткового переміщення електрода 37 по вертикалі досягається додаткове регулювання геометричних параметрів зони контролю 3. При цьому за рахунок вказаного переміщення електрода 37, а також переміщення електродів 38 і 39 по вертикалі і їх повороту створюється можливість додаткового регулювання геометричних параметрів зони контролю 3. Наприклад, створюється конструкція П-образної форми, що дає можливість копіювати рядки високих та тонких рослин. Пристрій по фіг.4 і 5 працює аналогічно пристроям по фіг. 1-3. Різниця полягає в тому, що за рахунок використання двох додаткових р ухомих екранувальних електродів 56 і 57 досягається регулювання геометричних параметрів зони контролю 3, як вздовж, так і поперек рядка рослин. Це дає можливість оцінювати геометричні параметри рослин в широкому діапазоні їх типів та стадій розвитку. Пристрій по фіг. 1-5, принципова схе ма якого показана на фіг.6, працює таким чином. Генератор 13 збуджує електромагнітне поле в об'ємній зоні контролю З між електродами 4 і 5 та 4 і 6. Внаслідок цього між електродами 4 і 5 та 4 і 6 тече струм. Це електромагнітне поле також взаємодіє з рослинами. Внаслідок цього виникає перерозподіл струму між цими електродами та рослинами (струм між електродами зменшується). Цей струм підсилюється операційним підсилювачем 91 до такого рівня, що струм через ланку зворотнього зв'язку, зібраного на резисторі 89. та конденсаторі 90, встановлюється близьким до струму між електродами 4 та 5. Цей підсилений струм має протилежну фа зу. Це до сягається тим, що вхідний струм 4 40984 підсилювача 91 встановлюється хоча б на порядок менше від струму між вказаними електродами. Це забезпечується вибором величини вхідного опору підсилювача 91. Якщо струм між названими електродами 4 і 5 і струм ланки від'ємного зворотнього зв'язку, що протікає через резистор 89 і конденсатор 90 близькі по величині, то потенціал електрода 5 близький до потенціала секції екрана 11 і додаткового рухомого екранувального електрода 24. В ідеальному випадку ці потенціали рівні. Внаслідок цього зменшуються вимоги до ємності між електродом 5 та секцією екрана 11 і додатковим рухомим екранувальним електродом 24, що дозволяє зменшити товщи ну діелектричного шара 8. Вплив ємності між електродами 4 та секцією екрана 10 компенсується за рахунок потужності генератора 13. Ланка від'ємного зворотнього зв'язку стабілізує частотні характеристики операційного підсилювача 91 за рахунок використання конденсатора 90, а резистор 89 стабілізує роботу конденсатора в температурному режимі, а також стабілізує вхідні характеристики операційного підсилювача 91. Вихідний сигнал підсилювача 91 після амплітудного детектора 92 поступає на вхід диференціального підсилювача 96, з виходу якого дискретний сигнал, що ха рактеризує факт проходження пристрою над рослиною, поступає на вхід DC 103 контролера 102. Вихідний сигнал з амплітудного детектора 92, що характе ризує геометричні параметри рослини, поступає на вхід АЦП 101 контролера 102. Після обробки сигналів контролером 102 згідно фіг.1 ви хідні сигнали контролера поступають на індикатор 104 та виконавчі органи 106. Електрод 6 зв'язаний зі входом підсилювача 15, який працює аналогічно підсилювачу 14. Виконання пристрою з додатковими рухомими екранувальними електродами та рухомими секціями дає можливість регулювати геометричні параметри зони контролю залежно від геометричних параметрів рослин в широкому діапазоні їх ти пів та розвитку. Ви користання засобів фіксації початкови х умов, виявлення факту відсутності рослин в зоні контролю, координат рослин поперек рядка, оцінки геометричних параметрів рослин, а також засобу ста білізації крутизни вихідної ха рактеристики розши рює те хнологічні можливості пристрою. Винахід може бути використаний для копіювання рядків рослин в системах автоматичного водіння різних сільськогосподарських машин, а також для контролю кординат рослин вздовж та поперек рядка і геометричних параметрів рослин при управлінні дискретною дією на ці рослини. Зокрема, пристрій може бути використаний для технологічної наладки таких сільськогосподарських машин, як обприскувачі, культивато ри, збиральні або комбіновані машини в найкращий можливий режим роботи за рахунок автоматичного уп равління. Пристрій, згідно винаходy, дозво ляє зменши ти на 10-40 % витрати при виробництві сільськогосподарської продукції. Зокрема, при використанні на обприскувача х з точним дозуван ням хімічної дії на кожну рослину або груп у рослин зменшуєть ся хімічне забруднення середови ща в 3 -12 раз. Фіг. 1 5 40984 Фіг. 2 Фіг. 3 6 40984 Фіг. 4 Фіг. 5 7 40984 Фіг. 6 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 8