862

131

пульсы падения семян на них в электрические сигналы, которые для имитации поступательного движения сеялки (ввиду того, что искусственная поверхность выполнена неподвижной) проходят временную задержку, затем формируются, классифицируются и регистрируются, проходя последовательно через блоки временнόй задержки, формирования, классификации до регистрирующих счетчиков. На рис.5.10 изображена блок-схема предлагаемого устройства, на рис.5.11 – блок формирования импульсов, на рис.5.12

– классификатор.

Действие устройства основано на формировании электрических импульсов, соответствующих моментам падения семян на образованную пьезодатчиками поверхность их высевающего аппарата.

Рис. 5.10. Блок-схема устройства для анализа равномерности высева

Блок II пьезодатчиков состоит из отдельных датчиков, число которых и размеры поверхности высева в целом зависят от вида аппарата, высеваемой культуры и принятого шага дискретизации числа возможных траекторий.

В конкретном случае число этих датчиков принято равным 10 (1…10) (рис.5.11).

Блок III электронной задержки создает временную задержку импульсов, поступающих на его входы с различных датчиков, чем достигается имитация поступательного движения агрегата.

Электрические импульсы от пьезопластинок без записи на промежуточный носитель перемещаются по линиям от датчиков 2, 3 и 4 к датчику 1 с регулируемой скоростью поступательного движения агрегата.

Блок III содержит эмиттерные повторители 1 -10' и одновибраторы 1˝-9˝ временной задержки канала. Последовательная цепь одновибраторов позволяет освобождающимся от передачи импульсов одновибраторам принимать импульсы от новых семян и, тем самым, повысить разрешающую способность.

Количество одновибраторов, время задержки ими импульсов и время восстановления подобраны так, чтобы обеспечить передачу всех импульсов от семян при условии максимальной нормы высева однозерновых аппаратов, даже если семена будут попадать на одну и ту же пьезопластинку.

Одновибраторы, составляющие цепь задержки, выполнены взаимозаменяемыми, что позволяет менять их количество в каждой цепи. Это может существенно повысить точность прибора, так как в принципе возможно установить пьезодатчики меньшего размера (если это позволяет длина зоны рассеивания семян у того или иного типа высеивающего аппарата) и при

132

этом цепи задержки собрать из большего (в каждой цепи) количества одновибраторов. Каждый из одновибраторов в этом случае устанавливается на меньшее время задержки.

Рис. 5.11. Блок формирования импульсов анализатора равномерности высева

Эмиттерные повторители 1 -10' ослабляют воздействие одновибраторов на величины входных импульсов.

Сигналы, задержанные одновибраторами, поступают на вход формирователя IV импульсов типа мультивибратора, с выхода которого остроконечные импульсы подаются на классификатор V, производящий распределение интервалов между импульсами по заранее установленным классам с последующей фиксацией количества интервалов в каждой ступени с помощью блока VI регистрирующих счетчиков.

Классификатор состоит из следующих основных узлов (рис. 5.12): времязадающего каскада (ВЗК), представляющего собой два взаимосвязанных мультивибратора (MBI и MBII); счетчика тактов (Сч.Т ) , состоящего из четырех последовательно включенных триггеров, каскада совпадения (КС), состоящего из двух совмещенных электронных клапанов; дешифратора выходов, построенного на полупроводниковых диодах, осуществляющего логическую операцию включения определенного выходного канала соответственно состоянию ВЗК и Сч.Т.

133

Рис. 5.12. Классификатор импульсов анализатора равномерности высева

Действие классификатора основано на поочередном включении входными импульсами одного из двух мультивибраторов времязадающего каскада и выключении другого, что увеличивает разрешающую способность классификатора. Длительность временной выдержки мультивибраторов определяет размер каждого класса классификатора. При этом с выхода одного из мультивибраторов на вход счетчика тактов подается импульс, регистрируемый последним.

Если временной интервал между входными импульсами превышает длительность временного цикла мультивибратора, последний выключается и запускает другой. Одновременно также выдается импульс на счетчик тактов.

С выходов мультивибраторов и триггеров счетчика тактов потенциалы подаются на входы дешифратора, подключающего соответственно состоянию счетчика тактов тот или иной выход классификатора к электроимпульсному счетчику интервалов (Сч.1-Сч.10) соответствующего класса. При этом следующий импульс, поступающий на классификатор, проходит на вход А дешифратора и регистрируется указанным счетчиком.

Одновременно с этим счетчик тактов устанавливается в первоначальное (нулевое) положение, процесс работы включенного мультивибратора прерывается и запускается очередной мультивибратор времязадающего каскада.

При включении устройства нажатием кнопки «Уст. 0» оба мультивибратора времязадающего каскада устанавливаются в нерабочее состояние, а счетчик тактов Сч. Т – в нулевое.

При поступлении на вход классификатора первого импульса запускается MBI, что определяется работой каскада совпадения (КС), при этом

134

указанный импульс не должен попасть на счетчик интервалов, так как является опорным. Для этого запуск мультивибраторов производится с некоторой задержкой, вводимой с помощью линии задержки (Л3).

Последующий импульс приводит в рабочее состояние MBII, что диктуется также работой КС, регистрируется счетчиком интервалов соответствующего класса и переводит Сч.Т в 30 нулевое состояние.

При интервале между импульсами, превышающем суммарное время цикла работы классификатора (10 тактов Сч.Т), на 11-м выходе дешифратора появляется импульс, который регистрируется счетчиком интервалов Сч.10, отмечающим наличие интервалов как находящихся в пределах 10 класса, так и превышающих временной цикл классификатора. Одновременно на вход каскада установки нуля поступает импульс, который устанавливает MBI и MBII в нерабочее положение и сбрасывает Сч.Т. Таким образом, регистрация фиктивного интервального импульса в конце цикла классификатора свидетельствует о наличии интервала очень большой длины. Это явление нужно учитывать при измерениях, поскольку в конце эксперимента может быть получен лишний импульс (интервал).

Для увеличения максимально регистрируемой частоты импульсов на выходе классификатора перед счетчиком установлена пересчетная схема ПС с коэффициентом деления 1-32, представляющая собой пять последовательно включенных триггеров со счетным входом. Состояние каждого триггера фиксируется на блоке индикации (ВИ), выполненном в виде светового табло, где каждому триггеру присвоена лампа в соответствующем разряде двоичного числа. Табло имеет следующий вид: 16 8 4 2 1, причем величина множителя по окончании эксперимента определяется как сумма чисел светового табло, высвечиваемых лампочками. Результат получается перемножением показаний Сч.1 на полученный множитель.

Таким образом представлено новое устройство для анализа равномерности высева семян при испытаниях высевающих аппаратов сеялок, содержащее искусственную поверхность для высева, устанавливаемую под испытываемым аппаратом, и регистрирующие устройства, отличающиеся тем, что, с целью воспроизведения пространственного положения семян при высеве и исключения промежуточных носителей информации, поверхность для высева семян выполнена в виде блока пьезодатчиков, сигналы от которых поступают в блок временнόй задержки их, имитирующий поступательное движение высевающего аппарата, а с него через блок формирования импульсов и временной классификатор интервалов между ними – на регистрирующие устройства. Внешний вид прибора представлен на рис.

5.13.

135

Рис.5.13. Общий вид прибора для анализа равномерности распределения семян, изготовленного по а.с. №202607

На рис. 5.14 изображен блок пьезодатчиков, установленных под высевающим аппаратом на лабораторном стенде.

Рис. 5.14. Блок пьезодатчиков, на лабораторном стенде

Все устройство включает в себя 15 блоков ОВ. Такое количество блоков обеспечивает передачу всех импульсов от падающих семян при частоте 80…100 имп/с, в зависимости от установленного времени задержки, если даже все семена будут попадать на одну и ту же пьезопластинку. Все блоки взаимозаменяемы.

Номинальное время задержки каждого блока 5·10-3 с; 7,5·10-3 с; 10·10-3 с, что соответствует скорости движения агрегата 1 м/с; 1,5 м/с и 2 м/с.

Ввиду неизбежного отклонения характеристик радиодеталей от номинальных значений фактическое время задержки отличается от номинального.

Результаты измерения фактического времени задержки представлены в таблице 5.3.

Используя данные таблицы 5.3, можно составлять цепи одновибраторов с заданным временем задержки или очень близким к нему.

Помимо проверки одновибраторов было осуществлено испытание классификатора. Для этой цели импульсы от схемы сборки направлены в каскад формирования прямоугольного импульса ВКЗ и далее – к магнитной головке записи импульса на магнитную ленту.

136

С этой контрольной ленты импульсы пропустили через классификатор, а затем «проявили» их на магнитной ленте с помощью ферритного порошка.

Результаты опыта представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4

Проверка работы классификатора с помощью контрольной ленты

Результаты проверки показывают очень близкое сходство результатов расчета с фактическими данными.

Проверка всего прибора заключалась в оценке равномерности распределения семян двумя методами – с высевом на клейкую ленту и на пластинки при одинаковых семенах с близкими режимами работы.

Результаты измерений приведены в табл. 5.5 и 5.6.

Таблица 5.5

Ряд распределения семян, высеянных на клейкую ленту

137

Числовые характеристики ряда: Мk = 85 мм, D = 2340 мм2, =48,3

мм, V = 56,8%, N = 600.

Таблица 5.6

Ряд распределения семян, полученных с помощью устройства для анализа равномерности высева

Числовые характеристики ряда:Mk =88 мм, D =2770 мм2, =52,5 мм,

V = 59,7%, N = 1658

Проверка принадлежности двух выборок одной и той же генеральной совокупности произведена с использованием критерия А.Н. Колмогорова, учитывая при этом, что в отличие от случая сравнения теоретического ряда с фактическим показателем λ определен по формуле:

где N1 и N2 соответственно объем первой и второй выборки;

Dmax - максимальная разность между статистическими функциями распределения.

В данном случае λ= 0,51, а соответствующая вероятность P( ) 0,964 указывает на непротиворечивость нулевой гипотезы о сравниваемых выборках.

Таким образом, разницу в рядах распределения таблица 5.5 и 5.6 можно считать несущественной, и нет оснований полагать, что предложенное устройство для анализа равномерности высева существенно искажает результаты.

Наряду с общей проверкой совпадения рядов распределения семян, необходимой является проверка нулевых гипотез о числовых характеристиках.

Проверку гипотезы о том, что средние расстояния между семенами принадлежат одной генеральной совокупности проводят с помощью t- критерия Стьюдента:

138

В этом случае

Критическое значение tβ = t95 и равно 1,96.

Поскольку t < tкр, то оценки математических ожиданий двух выборок принадлежат одной генеральной совокупности.

Проверку нулевой гипотезы о дисперсиях проводят с помощью F– критерия Фишера:

F D2 2770 1,184 . D1 2340

Критическое значение Fкр = 1,82 при β = 0,95 (α = 0,05) [5.38].

Таким образом F < Fкр и различие дисперсий считать несуществен-

ным.

Недостатком автоматического анализа равномерности распределения семян является то обстоятельство, что этим прибором нельзя определить процесс раскатывания семян по дну борозды.

Для исследования этого процесса часть опытов была проведена в почвенном канале (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Исследование работы высевающего аппарата пунктирной сеялки в почвенном канале

В непосредственной близости от высевающего аппарата размещена кинокамера с осветительной арматурой, позволяющая осуществить ускоренную съемку. На диск наклеено кольцо с номерами ячеек, а вдоль стенки бороздки вытягивалась мерная лента. Левая стенка сошника выполнена прозрачной.

На кинопленку можно фиксировать место падения каждого семени, отскоки и положения после остановки. Кроме того, после появления всходов можно было изучать закономерность чередования взошедших и невзошедших семян.

Недостатком такой методики является высокая трудоемкость работ и ограниченный в связи с этим объем измерений. Разумеется, что окончательную проверку закона распределения семян и растений можно осуществить только в полевых условиях.

Определение равномерности распределения растений в поле связано с большими затратами труда и времени, поэтому количество измерений ча-

139

сто сильно ограничивают, что ведет к снижению точности определения оценок.

Автоматизировать анализ размещения растений трудно, поскольку нет надежных средств обнаружения различных культурных растений, особенно среди сорняков.

Тем не менее, для получения массовых данных для статистического изучения распределения растений обойтись без соответствующих приборов трудно.

Нами предложены и использованы для этого два метода.

Первый связан с изготовлением переносного прибора, электрическая схема которого представлена на рис. 5.16, а внешний вид на рис. 5.17.

Рис. 5.16. Принципиальная схема прибора статистического анализа расстояний

между растениями

Прибор состоит из измерительной линейки с клавиатурой и шкалами классовых промежутков и блока электроимпульсных счетчиков.

Начало линейки подносят к растению, а против следующего нажимают на клавишу. Электрический сигнал поступает в тот счетчик, который связан с этой клавишей (или кнопкой).

Изменение длины классового промежутка осуществляется подключением электроимпульсных счетчиков к другим клавишам с помощью простого переключателя.

По окончании анализа рядка, результаты в виде готового ряда распределения списывают со шкал электроимпульсных считчиков.

Рис.5.17. Прибор для статистического анализа равномерности распределения растений

Использование прибора показало, что с его помощью можно производить до 1500 замеров в час.

Недостатком приборов является отсутствие после замеров зафиксированного первичного материала. Для тех случаев, когда этот недостаток становится существенным (например, при замерах расстояний между рас-

140

тениями с целью исследования процесса формирования рядка при прореживании) предложен другой метод.

Вдоль рядка растений расстилают бумажную ленту (типа телеграфной унифицированной ленты). С помощью фломастера против растений на ленту наносят поперечные метки.

По окончании работы ленту с метками помещают лентопротяжный механизм 1 анализатора импульсов (рис.5.18).

Рис 5.18. Анализатор импульсов (структурная схема анализатора импульсов):

1 – лентопротяжный механизм с фотодиодом; 2 – блок формирования импульсов; 3 – классификатор промежутков между импульсами; 4 – блок регистрации результатов

Второй метод сложнее предыдущего, но производительней. При фиксации растений на бумажную ленту можно производить до 2000 отметок в час.

Время для анализа самой ленты незначительно, да и не требует постоянного участия, т.к. после включения система работает автоматически.

Проверку прибора можно осуществить с помощью контрольной ленты.

5.5.2. Результаты экспериментальной проверки применимости гамма-распределения к описанию распределения семян

при пунктирном посеве

Экспериментальная проверка должна охватывать весь диапазон возможных значений числовых характеристик. Если k = 0, то гаммараспределение обращается в показательное с коэффициентом вариации, равным 100%.

При k ˃ 0 коэффициент вариации уменьшается. В лучших случаях, при наиболее благоприятных условиях, коэффициент вариации удается снизить до 18…20%.

Изменение шага посадки при пунктирном посеве производится обычно от 3…4 до 8…10 см.

Результаты такой проверки с семенами сахарной свеклы приведены в табл. 5.7 и 5.8. В первом и втором варианте опытов использованы шлифованные семена одноростковой свеклы Poly Mono IHAR фракции 3,5…4 мм, а в остальных – сорта Рамонская 06 4,5…5 мм.

Проверка совпадения фактических данных с результатами теоретического расчета, проведенная с использования критерия 2, показала, что вероятность Р 2=0,4…0,5 дает основание считать, что результаты опытов не противоречат гипотезе о том, что распределение семян подчинено гаммараспределению.