基于毫米波雷达的颗粒肥料质量流量测量与试验研究

【目的】变量施肥具有节约肥料、保护土壤、提高肥料利用率等技术优点,为了实现变量施肥的闭环检测,使肥料的质量流量检测更为精准,课题组提出了一种基于毫米波雷达传感器的颗粒肥料质量流量测量方法。【方法】以颗粒肥料流量与毫米波雷达传感器响应信号的相关性为基础建立模型。搭设颗粒肥料流量检测试验台,选择大颗粒尿素和磷酸二铵作为试验材料,以排肥轴转速作为试验变量对以上理论进行验证,通过标定质量流量与毫米波雷达信号的关系,确定两者存在较强的线性相关性,在各个排肥轴转速下,相关系数均高于0.992;随后对每种肥料进行5组共25次试验,以达到模拟变量施肥过程中颗粒肥料目标施用量不断变化的工况,每次试验排肥轴转速进行一次改变,用电子天平称量实际排肥质量,通过积分毫米波雷达反馈的质量流量信号曲线和时间计算检测质量,采用SPSS 24.0软件对试验结果进行统计分析。【结果】磷酸二铵、大颗粒尿素的检测误差分别为4.99%、4.78%,对应标准差为5.92、5.69;尿素颗粒和磷酸二铵进行变量排肥得到的测量误差的结果分布基本符合正态分布;对于不同的肥料,在不同的质量流量下,检测系统都能够实现颗粒肥料质量流量的检测。【结论】试验室验证在排肥轴转速为30 r/min~70 r/min的试验条件下,测量结果的平均相对误差在不大于5%时,检测值可达17.9 g/s~56.9 g/s,证明了毫米波多普勒雷达探测颗粒肥料的流动检测质量是可行的。