چكيده

موضوع تحقيق حاضر توسعه روشي براي سامانه‌‌هاي سنجش عملكرد مبتني بر وزن به منظور تصحيح نويز مربوط به اثر ارتعاشات و تكان‌‌هاي ماشين حين حركت در مزرعه مي‌باشد. اين روش بر همانند سازي ارتعاشي سامانه معادل جرم و فنر سكوي توزين با يك لودسل اضافه مجهز به وزنه آزاد استوار است. يكسان سازي بسامد طبيعي و فاز ارتعاش اين دو سامانه با محاسبه وزنه آزاد و در نهايت تصحيح سيگنال‌‌هاي سكو با تفاضل مضربي از سيگنال‌‌هاي حاصل از لودسل آزاد از مجموع سيگنال‌‌هاي سكوي توزين به طور پيوسته انجام گرفت. طي دو سري آزمون در قالب آزمايش فاكتوريل بر پايه طرح كامل تصادفي اثر 6 سطح بسامدي ارتعاشات 3 تا 8 هرتز روي ميز ارتعاشي و سه سطح سرعت پره هاي شبيه ساز بالابر 2/2، 4/2 و 7/2 متر بر ثانيه و 5 سطح اضافه وزن محصول عبوري از روي سكو از صفر تا 6 كيلوگرم بر انحراف معيار سيگنال‌هاي خروجي از سكوي توزين قبل و بعد از تصحيح نشان داد كه در محدوده وسيعي از بسامد‌هاي ارتعاشي، سرعت‌هاي مختلف بالابر و حتي در محدوده‌اي از اضافه بار‌هاي متفاوت روي سكو و همچنين براي تكان‌‌هاي گذرا بعد از تصحيح در سطح احتمال 1% اختلاف معني داري با قبل از تصحيح داشته و بعد از تصحيح از 4/0 فراتر نرفته و پايداري خوبي داشت. همچنين بهترين ضريب تصحيح براي حالت بدون بار 1/2 و براي حالت عبور محصول 4/2 به دست آمد. استفاده از اين تكنيك به دليل ساختار ساده و دقت بالا كاملا كاربردي است و مزيت مهم ديگر آن اين است كه در محدوده بسامد‌هاي پايين كه نمي‌توان از فيلتر‌هاي آنالوگ يا ديجيتال به دليل امكان حذف سيگنال‌هاي مفيد استفاده نمود، اين تكنيك به خوبي جواب گو است.

كليدواژه: سنجش عملكرد، كاهنده نويز، نيشكر، فيلتر، لودسل با جرم آزاد

مقدمه

كشاورزي دقيق نيازمند استفاده از سامانه‌‌هاي سنجش عملكرد است چرا كه وجود تغييرات در عملكرد محصول در سطح مزرعه امري پذيرفته شده است. سامانه‌‌هاي سنجش عملكرد، ابزاري سريع و جديد هستند كه ماشين‌هاي برداشت را قادر مي‌سازد عملكرد محصول را به طور پياپي اندازه گيري كنند. از اين اطلاعات جهت تهيه نقشه تغييرات عملكرد استفاده خواهد شد. با كمك اين نقشه ها اندازه گيري عملكرد محصول در هر نقطه اي از مزرعه و مديريت مستقل بخش‌هاي كوچك در آن ممكن مي‌شود. اطلاعات حاصل از سامانه سنجش عملكرد پايه و اساس توصيه ها و كمك‌ هايي به توليد كننده جهت مديريت موثرتر نهاده هايي چون كود و ديگر مكمل‌هاي محصول و همچنين بهينه سازي سود آوري بخش‌هاي منتخب مزرعه مي‌باشد. سامانه ‌هاي سنجش عملكرد ابزار مستقيمي را براي محقق يا كشاورز فراهم مي‌كند تا بازخورد حقيقي مديريت مزرعه را دريافت كند. اين اطلاعات همچنين مي‌تواند جهت ارزيابي لزوم عمليات با نرخ متغير براي چندين نهاده چون كودها، حشره كش ها و مكمل‌هاي ديگر استفاده شود. سامانه ‌هاي سنجش عملكرد تا كنون براي محصولاتي چون غلات، كتان، سيب زميني، گوجه فرنگي، انگور و بادام به طور محدود تجاري شده اند. اين سامانه‌ ها به طور معمول داراي دقت بين 5 تا 10 درصد مي‌باشند و با فاصله 20 تا 100 متر يك خروجي توليد مي‌كنند. هر نوع لودسلي كه بر روي كمباين در حال حركت نصب شده باشد، در معرض ارتعاشات با بسامد مختلف ناشي از كار موتور، بالابر،‌ موتور‌هاي هيدروليك، ديگر اجزاء متحرك و تكان‌‌هاي تصادفي ناشي از حركت كمباين بر سطح ناصاف زمين خواهد بود. در سامانه سنجش عملكرد بايد قادر به حذف اثر اين نويز از سيگنالها بود تا دستيابي به جريان جرمي دقيق محصول تحقق يابد. جهت اندازه گيري جريان وزني محصول روي يك وسيله نقليه كه درون مزرعه در حركت است احتياج به يك فيلتر پايين گذر موثر يا الگوريتم تصحيح جهت كاهش اثر نويز حاصل از كار ماشين روي حسگر مي‌باشد تا سيگنال عملكرد بهبود يابد. البته استفاده از اين نوع فيلترها باعث حذف بعضي تغييرات عملكردي در فاصله ‌هاي كوتاه مي‌شود كه مطلوب نيست[4].

ارتعاشات ماشين، تاخير در انتقال مواد و تكان‌‌هاي مربوط به سطح ناصاف مزرعه معمول‌ترين منابع توليد نويز در سامانه سنجش عملكرد مي‌باشند. در اين تحقيق تمركز بيشتر بر نويز حاصل از ارتعاشات ماشين و تكان‌‌هاي ناگهاني است. ارتعاشات ماشين يكي از پارامتر‌هاي مهم و غير قابل اجتناب در همه تجهيزات برداشت است. هر حسگري كه روي كمباين نصب مي‌شود بايد داراي قابليت تحمل و پايداري در مقابل ارتعاشات باشد. همچنين سامانه تحصيل داده هم بايد قادر به ارائه داده ‌هاي قابل استفاده از خروجي حسگر باشد. اثر ارتعاشات بسته به نوع حسگر متفاوت است. لودسل‌ها با توجه به ماهيت اندازه گيري نيرو خصوصا به ارتعاش حساس اند. بنابراين حركت هارمونيك ماشين كه در اثر ارتعاشات ايجاد مي‌شود و يا تكان‌‌هاي تصادفي باعث ايجاد تغييرات متناظر در خروجي حسگر مي‌شود. كاربرد تكنيك‌هاي فيلترينگ در بر طرف كردن نويز حاصل از ارتعاشات احتياج به داشتن اطلاعاتي از پارامتر‌هاي ارتعاشي ماشين شامل محدوده و بزرگي ارتعاش دارد. استفاده از آناليز طيفي تبديل فوريه روش مفيدي جهت سنجش ارتعاش ماشين مي‌باشد. از اين روش اليوت و واگنر(1989) به منظور تعيين نرخ داده برداري و پارامتر‌هاي طراحي از فيلتر استفاده كرده‌اند[2] و [9]. از فيلتر‌هاي آنالوگ هم به منظور حذف نويز حاصل از ارتعاشات و ديگر منابع الكتريكي در سامانه‌‌هاي سنجش عملكرد استفاده شده است[1] ، [7] و [8].