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农机具田间作业功耗实时遥测技术及装备的研究开发 彭卓敏，袁栋，朱继平，丁艳 （农业部南京农业机械化研究所，南京市，210014） 摘要：目前，国内农机具田间作业功扭矩、转速功功功实际工作中的功率扭矩、转速输出、机械振动、拉压力油耗等考核、评价农机具主要性能参数，设计。参数采用蓝牙射频技术在距离内实现无线数据采用数据无线蓝牙射频技术基于通信协议和实时信号的无线传输用户系统≤2.5%；（2）扭矩转速重复性标准差：扭矩≤1.3N.m；转速≤2.5r/min；（3）扭矩相对误差：有线≤1.5%；无线≤2%；（4）旋耕机田间作业功耗：标准差≤1.6kW。 3 传感器及无线传输系统的研究 3.1 转速、扭矩传感器 转矩、转速传感器采用先进的数学耦合式，将应变信号经过放大后通过变压器耦合输出，取消了导电环既可测静态扭矩，也可测动态扭矩输出高电平频率信号可直接送计算机处理1.输入能源耦合器 2.稳压电路 3.应变桥 4.放大器 5.V/F变换器 6.输出信号耦合器 7.信号输出电路 电源经过处理后送 1 ，经耦合将能源送到应变轴上，由 2 变成稳定电压供给应变轴上各电子器件。 3 将应变轴的微小变形转换成电信号，经过 4 放大送到 5 ，经6 输出，通过 7 整形后输出调频方波信号。 图4 结构电路框图 2）转矩测量计算式 正向 Mp=N (f-f0) / (fp-f0) N Mr=N (f0-f) / (f0-fr) fr 0 f0 fp -N 负向 式中：Mp：正向转矩；Mr：反向转矩；N：转矩满量程；f0：转矩零点输出频率值（kHz）；fP：正向满量程输出频率值（kHz）；fr：反向满量程输出频率值（kHz）；f：实测转矩输出频率值（kHz）。 3）转速测量计算式 n=60f/Z 式中：n：转速（r/min）；f：实测转速输出频率值（kHz）；Z：传感器测速盘齿数。 4）技术性能指标及参数 扭矩量程：500、1000、1500N.m三种，精度≤0.5%F.S；转速：采用编码器计数：1600线/转，转速范围：0～5000r/min；转矩准确度：≤0.5% F·S ；重复性：≤0.5%F·S；过载能力：150%F·S；滞后：≤0.5%F·S；绝缘电阻：≥200MΩ；线性：≤0.5%F·S；工作温度：-20～60℃；相对湿度：≤90%RH；输出信号为频率信号，幅值为5V。 3.2 无线传输系统 1）系统组成和原理 该系统包括信号调制发射器、信号解调接收器、天线和供电电池四部分组成。它是将两组外接信号先调制成不同的频率信号，由信号调制发射器将信号发射出去，再由信号解调接收器接收信号，然后由采集系统进行采集处理。信号调制发射器原理框图见图5，信号解调接收器原理框图见图6，接收器和发射器实物见图7。 图5 信号解调发射器原理框图 解调（A） 整形、驱动 输出接口（A） 解调（B） 整形、驱动 输出接口（B） 内部电源 图6 信号解调接收器原理框图见 图7 接收器和发射器 2）系统技术性能指标及参数 综合指标：通讯距离：500米；数传速率：9600bps；工作频段： 300.000MHz ～ 400.000MHz；信道间隔：300KHz；频率容差：±5ppm；工作温度：-30～+60℃。 信号调制发射器主要技术指标：调制方式：FSK；发射功率：120MW；剩余调频：≤-40dB；谐波抑制：≥40dB；发射电流：≤450mA；工作电源：DC 12V。 信号解调接收器主要技术指标：灵敏度：≤4μV（20Db SINAD）； 互调抗扰性：≥40dB；工作电源：DC 12V。 4 数据采集及处理软件 4.1 系统软件主要功能及数据采集流程 针对农机作业的要求，研究开发了数据采集、分析处理专用系统软件，该软件集信号采集、信号适调、放大、滤波、A/D变换和数据分析于一体，可同时显示和处理多路(可扩至128)不同类的数据。系统软件提供了电压、电荷、应变信号入口，可供不同类型的信号测试，在界面上提