播种作业是保证作物产量的重要环节,提升播种质量与效率对于保障国家粮食安全具有重要意义。气流输送式播种机是一种已在国外广泛应用的精量播种机,具有适应性强、效率高、节省作业成本等优点,也是国内播种机未来的发展方向。由于气流输送式播种机作业幅宽大、作业速度快,一旦气流分配器的某一行发生故障时,将影响其他多行排种的均匀性,并且造成严重漏播,影响作物产量。为了实现快速的漏播、堵塞和流量检测,保证作业质量,本文设计了一款阶梯阵列式压电流量传感器,并开展了台架性能测试。主要研究内容如下:1.压电冲击检测原理分析与感知单元设计。分析了压电检测技术的原理,并根据当前的播种参数计算种子冲击频率,确定了感知单元的设计要求。通过理论分析得出了影响感知单元输出信号的材料、尺寸、结构形式等关键因素。通过EDEM软件仿真分析不同方向的种子与不同材料敏感元件撞击的法向力大小,选择了合适的敏感元件材料。设计了多个感知单元的对比试验,通过对比信号幅值、频率与衰减时间等参数进行了优化设计。2.传感器结构设计。通过Fluent软件对传感器的弧形和角形结构进行CFD仿真分析,确定了传感器的弧形结构。根据碰撞运动过程分析确定了检测区域的参数,并将感知单元沿外侧圆弧阵列式布置,提高了检测精度。对所设计结构进行建模,并采用CFD-DEM耦合仿真方法进行了优化。3.信号调理电路与采集系统设计。根据感知单元信号的幅值、频率等参数,设计了信号调理电路,将原始信号调理输出为一定宽度的脉冲信号。通过理论计算和Altium Designer软件仿真确定了电子元器件参数。基于PIC单片机设计了信号采集系统,并通过CAN总线实现了信息传输。4.台架性能试验。在原有排种器性能测试系统的基础上,采用风机、气流分配器、伺服电机驱动的排种器,搭建了气流输送排种试验系统,并将传感器安装在气流分配器出种口和输种管之间。在不同输送压力下进行了校准试验,试验结果表明:输送压力对流量检测精度影响较大,与检测精度近似呈线性关系,据此提出了传感器校准测量模型。在不同排种量下进行了性能试验,试验结果表明:当排种量低于170粒/s时,检测误差在5%以内。并且可以快速准确地实现堵塞报警。