موضوع تحقیق حاضر توسعه روشی برای سامانه‌‌های سنجش عملکرد مبتنی بر وزن به منظور تصحیح نویز مربوط به اثر ارتعاشات و تکان‌‌های ماشین حین حرکت در مزرعه می‌باشد. این روش بر همانند سازی ارتعاشی سامانه معادل جرم و فنر سکوی توزین با یک لودسل اضافه مجهز به وزنه آزاد استوار است. یکسان سازی بسامد طبیعی و فاز ارتعاش این دو سامانه با محاسبه وزنه آزاد و در نهایت تصحیح سیگنالهای سکو با تفاضل مضربی از سیگنالهای حاصل از لودسل آزاد از مجموع سیگنالهای سکوی توزین به طور پیوسته انجام گرفت. طی دو سری آزمون در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کامل تصادفی اثر 6 سطح بسامدی ارتعاشات 3 تا 8 هرتز روی میز ارتعاشی و سه سطح سرعت پره های شبیه ساز بالابر 2/2، 4/2 و 7/2 متر بر ثانیه و 5 سطح اضافه وزن محصول عبوری از روی سکو از صفر تا 6 کیلوگرم بر انحراف معیار سیگنالهای خروجی از سکوی توزین قبل و بعد از تصحیح نشان داد که در محدوده وسیعی از بسامد‌های ارتعاشی، سرعت‌های مختلف بالابر و حتی در محدوده‌ای از اضافه بار‌های متفاوت روی سکو و همچنین برای تکان‌‌های گذرا بعد از تصحیح در سطح احتمال 1% اختلاف معنی داری با قبل از تصحیح داشته و بعد از تصحیح از 4/0 فراتر نرفته و پایداری خوبی داشت. همچنین بهترین ضریب تصحیح برای حالت بدون بار 1/2 و برای حالت عبور محصول 4/2 به دست آمد. استفاده از این تکنیک به دلیل ساختار ساده و دقت بالا کاملا کاربردی است و مزیت مهم دیگر آن این است که در محدوده بسامد‌های پایین که نمی‌توان از فیلتر‌های آنالوگ یا دیجیتال به دلیل امکان حذف سیگنالهای مفید استفاده نمود، این تکنیک به خوبی جواب گو است.
کلیدواژه: سنجش عملکرد، کاهنده نویز، نیشکر، فیلتر، لودسل با جرم آزاد
کشاورزی دقیق نیازمند استفاده از سامانه‌‌های سنجش عملکرد است چرا که وجود تغییرات در عملکرد محصول در سطح مزرعه امری پذیرفته شده است. سامانه‌‌های سنجش عملکرد، ابزاری سریع و جدید هستند که ماشین‌های برداشت را قادر می‌سازد عملکرد محصول را به طور پیاپی اندازه گیری کنند. از این اطلاعات جهت تهیه نقشه تغییرات عملکرد استفاده خواهد شد. با کمک این نقشه ها اندازه گیری عملکرد محصول در هر نقطه ای از مزرعه و مدیریت مستقل بخش‌های کوچک در آن ممکن می‌شود. اطلاعات حاصل از سامانه سنجش عملکرد پایه و اساس توصیه ها و کمک هایی به تولید کننده جهت مدیریت موثرتر نهاده هایی چون کود و دیگر مکمل‌های محصول و همچنین بهینه سازی سود آوری بخش‌های منتخب مزرعه می‌باشد. سامانه های سنجش عملکرد ابزار مستقیمی را برای محقق یا کشاورز فراهم می‌کند تا بازخورد حقیقی مدیریت مزرعه را دریافت کند. این اطلاعات همچنین می‌تواند جهت ارزیابی لزوم عملیات با نرخ متغیر برای چندین نهاده چون کودها، حشره کش ها و مکمل‌های دیگر استفاده شود. سامانه های سنجش عملکرد تا کنون برای محصولاتی چون غلات، کتان، سیب زمینی، گوجه فرنگی، انگور و بادام به طور محدود تجاری شده اند. این سامانه ها به طور معمول دارای دقت بین 5 تا 10 درصد می‌باشند و با فاصله 20 تا 100 متر یک خروجی تولید می‌کنند. هر نوع لودسلی که بر روی کمباین در حال حرکت نصب شده باشد، در معرض ارتعاشات با بسامد مختلف ناشی از کار موتور، بالابر، موتور‌های هیدرولیک، دیگر اجزاء متحرک و تکان‌‌های تصادفی ناشی از حرکت کمباین بر سطح ناصاف زمین خواهد بود. در سامانه سنجش عملکرد باید قادر به حذف اثر این نویز از سیگنالها بود تا دستیابی به جریان جرمی دقیق محصول تحقق یابد. جهت اندازه گیری جریان وزنی محصول روی یک وسیله نقلیه که درون مزرعه در حرکت است احتیاج به یک فیلتر پایین گذر موثر یا الگوریتم تصحیح جهت کاهش اثر نویز حاصل از کار ماشین روی حسگر می‌باشد تا سیگنال عملکرد بهبود یابد. البته استفاده از این نوع فیلترها باعث حذف بعضی تغییرات عملکردی در فاصله های کوتاه می‌شود که مطلوب نیست[4].
ارتعاشات ماشین، تاخیر در انتقال مواد و تکان‌‌های مربوط به سطح ناصاف مزرعه معمول‌ترین منابع تولید نویز در سامانه سنجش عملکرد می‌باشند. در این تحقیق تمرکز بیشتر بر نویز حاصل از ارتعاشات ماشین و تکان‌‌های ناگهانی است. ارتعاشات ماشین یکی از پارامتر‌های مهم و غیر قابل اجتناب در همه تجهیزات برداشت است. هر حسگری که روی کمباین نصب می‌شود باید دارای قابلیت تحمل و پایداری در مقابل ارتعاشات باشد. همچنین سامانه تحصیل داده هم باید قادر به ارائه داده های قابل استفاده از خروجی حسگر باشد. اثر ارتعاشات بسته به نوع حسگر متفاوت است. لودسل‌ها با توجه به ماهیت اندازه گیری نیرو خصوصا به ارتعاش حساس اند. بنابراین حرکت هارمونیک ماشین که در اثر ارتعاشات ایجاد می‌شود و یا تکان‌‌های تصادفی باعث ایجاد تغییرات متناظر در خروجی حسگر می‌شود. کاربرد تکنیک‌های فیلترینگ در بر طرف کردن نویز حاصل از ارتعاشات احتیاج به داشتن اطلاعاتی از پارامتر‌های ارتعاشی ماشین شامل محدوده و بزرگی ارتعاش دارد. استفاده از آنالیز طیفی تبدیل فوریه روش مفیدی جهت سنجش ارتعاش ماشین می‌باشد. از این روش الیوت و واگنر(1989) به منظور تعیین نرخ داده برداری و پارامتر‌های طراحی از فیلتر استفاده کرده‌اند[2] و [9]. از فیلتر‌های آنالوگ هم به منظور حذف نویز حاصل از ارتعاشات و دیگر منابع الکتریکی در سامانه‌‌های سنجش عملکرد استفاده شده است[1] ، [7] و [8].
سه حالت اساسی در برخورد با نویز سیگنال باید در نظر گرفته شود:
- اولین و ساده ترین از نظر امکان حذف، نویزی است که در خارج از محدوده بسامدی عملکرد سامانه قرار می‌گیرد که با استفاده از یک فیلتر آنالوگ یا دیجیتال مناسب (پایین گذر، بالا گذر یا باند گذر) قابل حذف است[3] ، [5] و [6].
- دوم نویزی است که در محدوده بسامدی مطلوب اتفاق می‌افتد. در این حالت با فیلتر نمودن ساده، اطلاعات مفید هم حذف شده که این مطلوب نیست. بنابراین لازم است به منظور حذف اثر این نویز از حسگری که همبستگی بالایی با نویز و همبستگی پایینی با سیگنال مطلوب دارد استفاده شود. اگر بتوان یک مبدل نویز با این خصوصیات توسعه داد، بطور موثری نویز مربوطه قابل حذف می‌باشد. در مجموع در این حالت کانالی که از طریق آن نویز به سیگنالهای مطلوب اضافه می‌شود از حساسیت بالایی برخوردار است. اگر کانالی که نویز از طریق آن منتقل می‌شود در طول زمان ثابت بماند (یعنی تابع تبدیل به طور معنی داری تغییر نکند) می‌توان با استفاده از یک فیلتر تطابقی وینر[1] نویز را حذف نمود[4].
- حالت سوم وقتی است که کانال نویز دارای تابع تبدیل متغیر باشد. در این حالت تنها فیلتر سازگار حذف نویز[2] قادر به حذف اثر آن خواهد بود[10] . پلتیر و همکارانش در سال 2001 با استفاده از یک حسگر شتاب سنج روشی را برای حذف اثر تکان‌‌های تصادفی ناشی از حرکت ماشین از سیگنالهای مطلوب با استفاده از فیلتر سازگار حذف نویز ارائه دادند[4].
هدف این تحقیق طراحی و ارزیابی آزمایشگاهی مکانیزم کاهنده نویز سکوی توزین سامانه سنجش عملکرد نیشکر با استفاده از لودسل با جرم آزاد جهت بهبود دقت سیگنالهای سکوی توزین با اضافه کردن یک لودسل اضافه با جرم آزاد به عنوان حسگر تشخیص نویز، دارای بسامد طبیعی یکسان با سکوی توزین و ارزیابی سامانه روی میز ارتعاشی و شبیه ساز بالابر بود.
مواد و روشها
تئوری، اجزاء و خصوصیات سامانه سنجش عملکرد استفاده شده در این تحقیق بشرح زیر می‌باشد.
پایه تئوری تکنیک پیشنهادی: هر سامانه ارتعاشی را می‌توان بطور ساده به عنوان یک سامانه جرم و فنر در نظر گرفت. در حالتی که از دو لودسل بر روی سکو استفاده شود با استفاده از یک لودسل مشابه و وزنه ای آزاد با جرم نصف وزن ثابت روی دو لودسل اصلی ( قاب و صفحه توزین ) با مدل کردن سکوی توزین به عنوان دو سامانه ارتعاشی جرم و فنر یکی با دو فنر ( لودسل) با ضریب K و جرم M1 و دیگری با یک فنر( لودسل سوم) با ضریبK و جرم M2 مشخص است که برای یکسان نمودن بسامد طبیعی این دو سامانه باید M2 نصف M1 باشد (شکل 1).
شامل 12 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله توسعه و ارزیابی آزمایشگاهی مکانیزم کاهنده نویز سکوی توزین سامانه سنجش عملکرد نیشکر با استفاده از لودسل جرم آزاد
