测产系统在联合收割机收获时测量作物产量的空间差异并生成产量图，用于反馈和评价精准作业的效果并为下一季变量作业提供决策依据。谷物流量传感器是测产系统的核心部件，其测量精度、抗干扰性能对产量图的准确性有决定性的意义。冲击式流量传感器因结构简单、适应性强和成本低廉，在国际上商业化的测产系统中被广泛应用，但受联合收割机的振动、车身姿态等因素的影响而产生较大的误差。本研究目的是通过分析联合收割机振动和车身倾斜对冲击式谷物流量传感器干扰信号规律，找出一种可以消减联合收割机振动和车身倾斜干扰的方法，设计一种不受振动和倾斜影响的冲击式谷物流量传感器传感器。 ⑴设计了一种单板冲击式谷物流量传感器，并分析了其静态特性和动态特性。该传感器主要由一个双孔平行梁弹性体和一块平面冲击板组成，有限元分析得知，双孔平行梁上存在四个应力集中部位，当应变片贴在四个应力集中部位的中心时，所测量的弹性应变与扭矩无关；当力的作用点不变时四个应力集中部位的弹性应变与力的大小成线性关系，改变力的作用点时弯矩对四个测试部位的弹性应变的影响是互补的；将四个应变片接成惠斯登电桥后，输出的信号电压只与外力的大小有关，与力的作物点无关。试验测得谷物流量传感器的输出电压只与外力大小成线性关系，与作用点位置无关。根据阶跃响应曲线识别出单板冲击式谷物流量传感器的传递函数为一个欠阻尼的二阶系统，动态测量时会产生严重的超调和自振。采用动态补偿算法后，传感器的阻尼比从0.037提高到0.6，系统的动态特性得以改善。 ⑵利用ANSYS/LS—DYNA建立了单板冲击式谷物流量传感器的三种有限元碰撞模型，包括单粒谷物从不同的位置冲击、多粒谷物同步冲击和异步冲击等。通过有限元计算发现，单粒谷物冲击传感器冲击板上不同位置的冲击响应是相同的，多粒谷物同步冲击和异步冲击的响应都符合线性叠加原理。 ⑶利用测产试验台了测试谷物与单板冲击式谷物流量传感器的冲击特性，用高速摄影机以1000帧/s的速率拍摄谷物冲击传感器的碰撞过程，同时利用单片机数据采集电路记录传感器的输出电压信号。试验发现谷物冲击产量传感器的过程为一个脉动过程，当谷物流量为0.2kg/s时，出粮口每秒喷射一次谷物，当谷物流量为2kg/s时，出粮口每秒约有13～14次谷物喷射。喷射出的谷物以4.33m/s的速度水平冲向冲击板，运动过程中谷物与谷物之间没有发生相互碰撞。先与冲击板碰撞的谷物反弹时会与后续谷物发生碰撞，互相碰撞后的谷物与冲击板二次碰撞，最后在冲击板附近落入集谷箱。一次谷物冲击的接触时间约为33ms，当谷物流量为满量程时，两次冲击之间的间歇时间约为45ms，前后两次冲击互不干扰。传感器输出的谷物冲击信号电压近似于等腰三角形，峰值电压约为0.6V～0.7V。当谷物流量为0.2kg/s～2kg/s时，冲击信号的频率为1Hz～13Hz，功率约为4.5mW～54mW。 ⑷用振动测试仪和单片机数据采集系统测量了碧浪和久保田联合收割机的振动特征及其对单板冲击式谷物流量传感器的干扰。试验发现，两种联合收割机振动特性明显不同，同一联合收割机在不同的工况下振动特性也不同。对久保田PRO481半喂入式稻麦联合收割机的振动干扰信号分析发现，振动信号的平均功率约为1.5mW～157mW，此时谷物冲击信号淹没在振动干扰信号中，信噪比为—9.29 dB～—4.67dB。频谱分析发现，联合收割机振动信号的主要频率为18Hz、23Hz、40Hz、50HZ、70H、80Hz、125Hz。使用截止频率为50Hz的低通滤波器滤波后信噪比从—4.67dB提高到15.41db，采用硅橡胶隔振片后信噪比从15.41dB提高到29.21dB。 ⑸设计了一种双板差分冲击式谷物流量传感器。该传感器由安装在两个相同的双孔平行梁弹性体上的两块尺寸相同的检测板及两个增益相同的信号调理电路构成。在久保田联合收割机上的振动试验表明，在各种工况下两个通道的振动信号等幅同相，差分后信噪比从29.21dB提高到62.49dB。倾斜试验发现两个通道的零点漂移规律一致，差分后的零点漂移电压从25mV降低到1.0mV。通过分段标定和拉格朗日非线性插值，双板差分冲击式谷物流量传感器在实验室测量的相对误差小于3％，小麦田间实际收割测产的相对误差小于5％，水稻田间实际收割测产的相对误差小于4％。 ⑹通过对单板冲击式谷物流量传感器的应力应变分析、动态响应特性的研究、和冲击特性研究结果表明平面冲板结构的冲击式谷物流量传感器适合用于联合收割机的谷物流量测试，但是振动试验和倾斜试验表明单板冲击式谷物流量传感器抗振和抗倾斜性能差。因此设计了一种双板差分冲击式谷物流量传感器，该传感器利用差分的方法大幅减弱了联合收割机车身的振动和左右倾斜对谷物流量传感器的影响。