Способ распознавания и отделения клубней картофеля от комков почвы и камней

 

4. СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ И ОТДЕЛЕНИЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ОТ КОМКОВ ПОЧВЫ И КАМНЕЙ, содержащий поштучную подачу компонентов картофельного вороха, нормальное облучение электромагнитными волнами и регистрацйю отраженных волн, отличающийся тем, что, с целью повышения надеждости распознавания путем получения разнополярных сигналов от распознаваемых компонентов « осуш,ествления одновременной сортировки клубней по фракциям, в период облучения каждого элемента вороха изменяют длину волны в интервале от 2Смин + ДО 2С„аксЛ/ +, где Сщин минимальная толш,ина эле -МИК мента вороха; Смаке максимальнаятолшина элемента вороха; относительная диэлектрическая проницаемость клубней , а распознавание осуш,ествляют по знаку экстремума изменения суммарного отраженi ного сигнала от верхней и нижней поверхностей каждого элемента вороха. СЛ 5 со ю ю т i гг ь/yw/x/ 7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН з(ц А Ol D 33/08 (21) 3561425/30-15 (22) 05.03.83 (46) 15.06.84. Бюл. № 22 (72) С. Н. Гайдукова, В. Я. Воробейчик и Г. Д. Петров (71) Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (53) 631.362.4 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 471074, кл. А Ol В 41/06, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 139496, кл. А 01 D 33/08, 1959. (54) (57) 1. СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ

И ОТДЕЛЕНИЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ

ОТ КОМКОВ ПОЧВЫ И КАМНЕЙ, содержащий поштучную подачу компонентов картофельного вороха, нормальное облучение электромагнитными волнами и реги„,SUÄÄ1097227 страцию отраженных волн, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности распознавания путем получения разнополярных сигналов от распознаваемых компонентов и осуществления одновременной сортировки клубней по фракциям, в период облучения каждого элемента вороха изменяют длину волны в интервале от 2См„„Г+ до

2Смакс1Т + где С„„„— минимальная толщина элемента вороха;

Смдкс — максимальная толщина элемента вороха;

E — относительная диэлектрическая проницаемость клубней, а распознавание осуществляют по знаку экстремума изменения суммарного отраженного сигнала от верхней и нижней поверх- @ ностей каждого элемента вороха.

1097227

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после распознавания элемента картофельного вороха, в случае максимального значения суммарного отраженного сигнала, фиксируют длину волны, при которой достигнуто максимальное значение, по ней определяют толщину клубня и осуществляют сортировку.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, именно к технике уборки и послеуборочной обработки картофеля.

Известен способ распознавания растений от комков почвы и камней путем внесения их в высокочастотное электромагнитное поле ем костных чувствительных элементов и определения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления последних. Соответствующей настройкой можно получить от распознаваемых компонент сигналы разных знаков (1).

Недостатками способа являются сложность настройки и быстрое убывание напряженности поля емкостного воспринимающего элемента с расстоянием, вследствие чего распознаваемые компоненты должны 1S проходить в непосредственной близости от

его пластин.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ распознавания и отделения клубней картофеля от комков почвы и камней, содержащий поштучную подачу компонентов картофельного вороха, нормальное облучение электромагнитными волнами и регистрацию отраженных волн (2).

Известный способ характеризуется низкой надежностью распознавания, так как сигналы отличаются лишь по амплитуде, и необходимостью снимать кожуру с неболь шого участка клубня для увеличения контрастности. Кроме того, этот способ не дает возможности сортировать клубни по щ фракциям.

Целью изобретения является повышение надежности распознавания путем получения разнополярных сигналов от распознаваемых компонентов и осуществление одновременной сортировки клубней по фракциям.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу в период облучения каждого элемента вороха изменяют длину волны в интервале от 2Смин Ж+ 2С аакс Ю+, где C „„— минимальная толщина эле- 40 мента вороха;

С макс — максимальная толщина элемента вороха;

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что элементы картофельного вороха, при необходимости, предварительно разделяют по толщине на группы, в которых отношение максимальной толщины С„„, к минимально" С»Н не превосходит соотношения длин волн в компонентах.

2 относительная диэлектрическая проницаемость клубней, а распознавание осуществляют по знаку экстремума изменения суммарного отраженного сигнала от верхней и нижней поверхностей каждого элемента вороха.

При этом после распознавания элемента картофельного вороха, в случае максимального значения суммарного отраженного сигнала, фиксируют длину волны, при которой достигнуто максимальное значение, по ней определяют толщину клубня и осуществляют сортировку.

Кроме того, элементы картофельного вороха, при необходимости, предварительно разделяют по толщине на группы, в которых отношение максимальной толщины

Сиане к минимальной C„„„не превосходит соотношения длин волн в компонентах.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство для распознавания и отделения клубней картофеля от комков почвы и камней содержит отражающую плоскость

1, контролируемый компонент 2, задающий генератор 3, высокочастотный генератор 4 с передающей антенной, индикатор напряженности отраженного поля 5 с приемной антенной, экстрематор 6, исполнительный механизм 7. Дополнительно индексом С обозначена толщина компонента смеси.

В способе распознавания и отделения клубней картофеля от комков почвы и камней и устройстве для его осуществления используется явление интерференции электромагнитных волн.

Устройство для распознавания и отделения клубней картофеля от комков почвы и камней работает следующим образом.

Если плоскость 1 и поштучно подаваемые на нее компоненты 2 картофельного вороха облучать нормально электромагнитными волнами, то от каждого компонента получают две отраженных волны — от его верхней и нижней поверхностей. Причем вторая отстает от первой, так как проходит дополнительно расстояние 2С. Кроме того, 1097227 где при падении волны из более радиопрозрачной среды,(с меньшим коэффициентом отражения) на среду менее прозрачную (с большим коэффициентом отражения), происходит изменение фазы отраженной волны на 180 . Если плоскость 1 имеет больШий коэффициент отражения, чем клубни картофеля, комки почвы и камни (например, металлическая), тогда упомянутое изменение фазы произойдет для обеих волн и не приведет к дополнительному сдвигу фаз 10 между ними.

Таким образом, если разность хода 2С двух отраженных волн кратна целому числу длин волн в веществе контролируемого компонента, то обе волны синфазны и отражение максимально. Условие максимума

2С = тЯ = гпЛ,/ И, m = 1,2,... (1) — длина волны в воздухе; длина волны в веществе компонента с относительной диэлектрической проницаемостью (.

Если разность хода равна нечетному числу полуволн, отраженные волны противофазны, отражение минимально. Условие минимума

2С = (2m+1) Я/2 = (2гп+1) Л„/2Л, m =0,1,2 (2) 25

С изменением С или 3 коэффициент отражения изменяется, проходя то максимальное, то минимальное значение. Причем самый больший максимум соответствует

m=1, а самый меньший минимум — m=0.

Экстремумы высших порядков не так сильно выражены из-за поглощения энергии волн в веществе.

Если коэффициент отражения плоскости

1 меньше, чем для распознаваемых компонентов, то условия максимума и минимума меняются местами.

Далее проведенными исследованиями доказано, что при частоте 500 МГц относительная диэлектрическая проницаемость клубней картофеля -Е + составляет 68, относительная диэлектрическая. проницае- 40 мость комков почвы влажности от 13 до

23 lo — E -, соответственно, 1,7 — 25, а камней — несколько меньше. 1 аким образом

4Я+ примерно в 2 раза больше, чем ивЂ

Следовательно, как видно из (1) и (2), условие наибольшего максимума отраже- 45 ния (m = 1) для клубней достигается при длине волны

7l =2СФ+, (3) а наименьшего его минимума (m=0) для комков почвы и камней при

Мр =4C4F- (4) 50

Поскольку 4g +=24k-, то для компонентов вороха одинаковых размеров оба условия выполняются при одной и той же длине волны. Следовательно, клубни картофеля дадут усиление отражения, а комки почвы и камни — ослабление. Отсюда вытекает возможность получения разнополярных сигналов от распознаваемых компонентов, картофельного вороха.

Размеры компонентов не одинаковы, поэтому для выполнения условий (3) и (4) можно изменять только il . Если толщина компонентов в ворохе изменяется от См„н до См кс, то в соответствии с (3) длину волны следует изменять в интервале от

2С„„,„ 1Т + до. 2С „,A+, где С,„„н — минимальная толщина компонента;

Смакс — максимальная толщина компонента.

Однако, чтобы для больших комков и камней не получить такой же результат, как и для малых клубней, необходимо дополнительное условие: длина волны, при которой достигается максимум (минимум) отражения от клубней минимальных размеров, должна быть больше той, которая соответствует максимуму (минимуму) отражения от комков почвы и камней максимальных размеров. Это условие накладывает ограничение на разброс размеров компонентов вороха с... Ve.— (5)

При этом отношение в правой части неравенства порядка 2, а в самом неблагоприятном случае комков почвы предельной влажности составляет 1,7.

Если при изменении it коэффициент отражения проходит через максимум, что соответствует обнаружению клубня картофеля, то длина волны, при которой он достигается — Я ;, связана с толщиной данного клубня С; соотношением (3), откуда

С1 — — Ло-,/21IE + (6)

Эта размерная характеристика используется для сортировки клубней по фракциям на разделительных поверхностях типа «бесконечная» щель и др.

Средняя толщина клубней картофеля обычно составляет 40 мм, причем мелкая фракция имеет толщину 30 — 36 мм, средняя 36 — 44 мм, крупная от 44 мм и, примерно, до 57 мм. Отношение С»к /Смен составляет 1,9. Если влажность почвенных комков не превышает 15О/р (Я- =19), то неравенство (5) выполняется практически для всех клубней. Необходимо лишь отделить крупные комки и камни, наименьший размер которых (толщина) больше 57 мм.

При большей влажности комков или значительном разбросе размеров клубней следует предварительно грубо разделить компоненты картофельного вороха по толщине на две группы, в каждой из которых выполняется условие (5):

Для средней-толщины клубня 40 мм длина волны электромагнитного поля в соответствии с формулой (3) составляет 0,66 м (частота 455 МГц). При вариациях размеров компонентов от 30 до 57 мм диапазон изменения длин волн 0,49 — 0,94 м (диапазон частот 606 †3 МГц соответственно).

Задающий генератор 3 периодически изменяет длину волны iso высокочастотного генератора 4. Посредством передающей

1097227

Составитель А. Сидоров

Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Тираж 722 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеннй и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор М. Бандура

Заказ 4081/1 антенны электромагнитные волны, возбуждаемые генератором 4, излучаются в направлении нормали к плоскости 1. Механизм поштучной подачи (не показан) периодически помещает в зону контроля компоненты

2 картофельного вороха (период подачи значительно больше периода задающего генератора). Отраженный сигнал и его изменение при изменении ilo регистрирует индикатор напряженности отраженного поля

5 с помощью приемной антенны (диполя) и подает на экстрематор 6. Последний определяет знак экстремума, т. е. результат распознавания. Экстрематор связан с задающим генератором, а через него — с исполнительным механизмом 7 сепаратора. Если напряженность поля отраженной волны проходит через максимум, что соответствует клубню, экстрематор, воздействуя на задающий генератор, фиксирует длину волны максимума, которая в известном масштабе (6) определяет толщину клубня. Этот результат является командой для исполнительного механизма. Последний направляет клубень к соответствующей фракции.

Применение способа распознавания и отделения клубней картофеля от комков почвы и камней позволит значительно повысить надежность распознавания компонентов картофельного вороха и одновременно осуществить сортировку клубней по фракциям.