棉花质量流量光学测量模型和试验研究

棉花流量传感器是实现棉花在线测产的核心元件，目前国内尚未见相关研究报道。由于国外棉花品种、种植模式、管理方式与新疆的不同，国外引进棉花测产系统的测产精度难以达到预期目标，并且与国产采棉机不兼容。因此本项目充分考虑上述差异，通过台架试验、田间试验，在对引进测产系统工作原理深入把握，性能充分评价的基础上，进行传感器光学元件筛选，棉花光学特性研究，建立棉花质量密度光学测量模型，设计籽棉流量检测试验台，定制传感器原型，依据Lambert-Bell定律和Radon逆变换原理构建籽棉流量预测的理论模型，通过流量测量试验研究，完善传感器原型硬件设计，修正模型参数，建立预测精度达90%的棉花流量预测模型。本项目研究成果可为新疆研发具有自主知识产权的棉花测产系统提供理论基础。

在线测量采棉机输棉管内的籽棉流量，对于生成用于精准作业的棉田产量分布图具有关键作用，而管道内籽棉流动特性极其复杂，为避免堵塞只能采用非接触式测量。本项目利用光透过籽棉强度会衰减的特性，研制棉花流量传感器，通过建立瞬时通过管道截面的籽棉质量与透射光强之间的对应关系，预测籽棉流量。主要研究内容包括：光源类型对籽棉质量密度光学测量的影响效应研究，温度对透射光强与棉花质量密度对应关系的影响效应研究，棉花流量传感器原型设计定制研究，气力输送管道棉花质量流量测算模型及测算方法研究。研究结果表明：利用透射法检测光强衰减量确定棉纤维质量密度时，NIR940光源的衰减率不受棉花含水率、棉花品种的影响，并且具有较宽的衰减范围（约为65%），因此是用于棉纤维质量密度检测的理想光源。温度对于流量传感器的输出结果影响显著，在-4-25℃的温度变化区间，传感器输出波动约15%；增加温控模块后后，传感器输出波动可控制到1%左右。本项目开发的透射式流量传感器主要包含电源、信号采集与处理、温控、抗干扰模块，台架试验流量检测精度可达93%，田间试验一次标定后的精度可达87%。作为采棉机在线测产系统核心元件，本研究自主开发的流量传感器，国内尚未见相关专利，实现其国产化，对于促进机采棉在线测产技术的应用推广和精准农业其他相关技术的发展具有重要意义。