곡물수율모니터

콤바인 곡물 수확량 모니터는 다른 센서와 결합해 오늘날의 콤바인 수확량이 작동하면서 농작물 수확량이나 곡물 수확량을 계산하고 기록하는 장치다. 수율 감시기는 오늘날 생산자들이 사용할 수 있는 정밀 농업 제품의 일부로서, 생산자들에게 비용을 절감하고, 수율을 증가시키고, 효율성을 증가시키는 도구를 제공한다. 현재의 곡물 수확량 모니터는 수확한 곡물 질량 흐름, 수분 함량, 속도를 측정하여 수확한 곡물의 총량을 측정하도록 설계되었다. 오늘날 대부분의 경우 이는 한 분야에 걸쳐 수율 및 기타 공간적으로 가변적인 정보를 기록하기 위해 글로벌 포지셔닝 시스템과 결합된다. 이를 통해 공간적 변동성에 대한 정보를 제공하고 생산자의 경영 결정을 지원하는 곡물 수확량 지도를 만들 수 있다.

곡물유량측정

충격 기반 질량 흐름 측정

곡물 질량 흐름은 깨끗한 곡물 엘리베이터의 상단에 위치한 하중 셀에 충격판이 부착된 하중 셀을 사용하여 가장 일반적으로 측정된다. 깨끗한 곡물 엘리베이터 패들이 깨끗한 곡물 엘리베이터의 상단을 회전하면서 곡물은 원심력에 의해 엘리베이터에서 배출되고 부하전지에 부착된 충격판과 접촉하게 된다.^[2] 곡물에 의해 가해지는 힘은 곡물의 질량 흐름을 추정하는 데 사용되는 부하 셀에 의해 전기 신호로 변환된다. 전기 신호의 진폭과 곡물 질량 흐름의 관계를 발전시키기 위한 센서의 보정이며, 습식 기준으로 보고된 곡물 질량과 함께 하베스터 특정 기준으로 보정된다. 이 기술은 애그리더테크놀로지가 개발, 최초로 상용화했다.^[1][3] 깨끗한 곡물 엘리베이터 속도도 측정하여 엘리베이터가 충격판과 부하전지에 가해지는 힘의 양에 직접적인 영향을 미치기 때문에 전기 신호에서 질량 흐름까지의 교정에 사용한다. 이것은 오늘날 수확기의 곡물 흐름을 측정하는 가장 일반적인 방법이며 다양한 변형으로 존재한다.

정확도 및 보정

부하 셀이 생성하는 전기 신호에서 곡물 흐름을 정확하게 추정할 수 있도록 곡물 질량 흐름 센서를 보정해야 한다. 곡물 질량 흐름 센서의 다른 모델들은 다른 보정 방법을 사용하며, 일부는 선형 단점 보정처럼 간단하다. 이 영역의 개선은 로드 셀 응답의 보다 정확한 특성화를 제공하기 위해 멀티 포인트 보정을 사용하는 결과를 가져왔다.^[4]

보정 프로세스에는 일정한 속도로 일관된 작물을 수확하여 질량 흐름 센서에 일관된 곡물 질량 유량을 생성해야 한다. 수확기에 설치된 수확량 모니터를 통해 교정을 시작하고 운영자는 곡물을 수확하기 시작한다. 제조업체의 권고안에 따라 수확한 권장량의 곡물을 수확한 후에는 수확한 곡물의 실제 무게를 측정하기 위해 정확한 저울이 장착된 곡물 보유 장치로 곡물을 오프로드한다. 이 곡물 중량은 다시 항복 모니터에 입력되며 부하 셀의 전기 신호를 곡물 질량 흐름과 연관시키는 교정을 조정하는데 사용된다.

교정 자체를 넘어서는 교정의 정확도에 영향을 미치는 요인은 몇 가지다. 충격 판에 재료가 쌓이면 부하 셀 반응이 곡물에 충격을 가할 때 축축해져 부하 셀 반응이 감소할 수 있다. 임팩트 플레이트의 마모도 교정 정확도를 떨어뜨릴 수 있다.^[4] 깨끗한 곡물 엘리베이터의 체인 장력은 곡물이 엘리베이터에서 배출되는 속도에 영향을 미치며, 이 속도는 충격판에 가해지는 힘을 변화시킨다. 제조업체들은 종종 곡물 산출량 모니터를 교정하기 전에 깨끗한 곡물 엘리베이터에 장력을 적절하게 가해야 한다고 조언한다.^[5] 시간이 지남에 따라 깨끗한 곡물 엘리베이터 패들의 과도한 마모도 질량 흐름 보정에 영향을 미칠 것이다. 일부 하퍼는 마모된 패들이 엘리베이터를 떠나면서 곡물 궤적을 변경하고 곡물이 충격판에 닿는 위치를 변경하므로 시간이 지남에 따라 보다 일관성을 높이기 위해 고무 패들 위에 단단한 플라스틱 패들을 사용한다.

경사지에서 수확하면 대부분의 경우 질량 흐름 감지 시스템의 정확도가 저하된다. 제조업체마다 충격 판 배치의 차이가 다르기 때문에 피치 및 롤링 각도에서 응답하는 변화는 약간 다를 수 있다. 충격 기반 질량 흐름 센서 및 깨끗한 곡물 엘리베이터 이미지에서 볼 수 있는 것과 유사한 충격 판의 위치인 경우, 기계를 앞으로 던지면 중력이 질량 흐름 센서에 추가 힘을 가하는 데 도움이 되므로 질량 흐름이 증가한다. 하베스터를 후방으로 던지면 중력이 질량 흐름 센서에 가해지는 힘의 양을 감소시킴에 따라 센서 반응이 감소한다. 롤은 비슷한 오차를 일으키지만 해브레이터의 피치와 더 작은 크기의 오차를 일으킨다.^[6]

대체 측정

방사광학

감마선 투과율은 곡물 흐름의 반대편에 있는 검출기로 깨끗한 곡물 엘리베이터 상단의 곡물 흐름을 통해 측정된다. 방사선 흡수는 곡물 흐름에 비례한다. 이 감지 방법은 교정 시 2% 이내의 높은 정확도를 제공하지만 작업자가 방사선 피폭 가능성에 노출된다.^[7]

광전 감지

깨끗한 곡물 엘리베이터의 꼭대기에는 수용체와 결합된 광 방출원이 서로 반대편에 놓여 있다. 광수용체 신호의 크기는 곡물의 유량을 결정하는 데 사용된다. 측정은 깨끗한 곡물 엘리베이터 패들로 타이밍을 맞춰야 하므로 곡물만을 측정한다.^[2] 이 시스템의 어려움은 높은 곡물 유량에서 정확도가 낮으며 엘리베이터 패들의 부하가 불균일하다.

수분 측정

수확 시 곡물 수분 함량은 수확량 모니터링 프로세스의 중요한 부분이다. 그것은 많은 경우에 제조자에 따라 곡물 질량 흐름 센서 보정에 사용되며 생산자에게 필드 내의 공간 가변성에 대한 추가 정보를 제공한다. 두 전기 전도성 판 사이에 알려진 곡물량을 통과시켜 곡물의 정전 용량을 측정함으로써 곡물 수분이 감지된다. 일반적으로 이 센서는 깨끗한 곡물 엘리베이터에 장착되고 샘플이 처리된 후 센서에 계량되어 다시 깨끗한 곡물 엘리베이터에 들어간다.^[7] 이 센서 방향은 수확 작업 중에 밭 전체에 걸쳐 곡물 습기를 샘플링할 수 있도록 한다.

곡물 산출량 측정

곡물 산출량 측정은 측정된 곡물 질량 흐름, 수확기 속도 및 헤더 폭에서 이루어진다. 습도 센서 또는 수율 모니터에 입력된 조작자에 의해 결정되는 곡물 습기도 건조한 곡물 질량을 추정하기 위해 포함될 수 있다. 미국에서는 일반적으로 곡물 수확량이 에이커당 부셸로 보고된다. 곡물 수확량 측정을 위한 SI 단위는 일반적으로 헥타르 당 톤 또는 몇 가지 경우로 보고된다. 하베스터 속도는 하베스터의 휠 속도 측정, 하베스터에 장착된 레이더 또는 GPS를 통해 측정할 수 있다. 머리(head)는, 참조하는 바와 같이, 수확물을 수확기로 모아 수확기의 전면에 탑재하는 장치다. 머리 너비는 조합이 전진 방향으로 움직일 때 수확할 수 있는 작물의 유효 너비에 의해 결정된다.

변수	SI 단위	제국주의	설명
${\displaystyle {\dot{m}}$	kg/s	lbs/s	곡물 질량 흐름
${\displaystyle v}$	${\displaystyle {\tfrac {km}{hr}}$	${\displaystyle {\tfrac {mile}{hr}}$	하베스터 속도
${\displaystyle w}$	m	ft	머리 폭
양보	${\displaystyle {\tfrac {tonne}{ha}}$	${\displaystyle {\tfrac {bu}{acre}}}$	가장 흔히 보고되는 곡물 수확량

곡물 수확량은 옥수수를 제국 단위에서 56lb/bu로 계산한 값이다.  

${\dfracystyle 항복={\dfrac {{\dot{m}*{\dfrac {bu}{56lb}*{hr}}{w*v*{5280ft}{mi}}{\dfrac}{43560ft^{2}}:}}}}}}{\dfrac}{dfrac {d}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

SI 단위로 계산된 곡물 수율.  

${\dfrac식 항복={\dfrac {{\dot{m}}*{\dfrac {tonne}{1,000kg}*{\dfrac {3600s}{hr}}}{w*v*{1000m}}}*{\dfrac {h}{10,000m^{2}}}}}}}}}$

항복 모니터

수확량 감시기는 곡물 산출량과 곡물 산출량 자체를 결정하는 데이터를 기록하는 장치다. 오늘날의 수확량 모니터는 운영자에게 곡물 수확량, 곡물 수분, 그리고 밭에서 수확한 부분의 곡물 수확량을 표시하는 색상으로 구분된 공간 지도를 표시하는 사용자 인터페이스를 제공한다. 운영자는 다른 분야와 농장에서 생산량 데이터를 분리하고 식별하기 위해 추가 정보를 입력할 수 있다. 생산량 데이터는 제조업체에서 사용하는 메모리 저장 방법을 통해 생산량 모니터에서 내려받아 공간 데이터 관리 시스템에 로드할 수 있다. 이러한 소프트웨어 패키지를 통해 산출물 맵을 보고 데이터의 다른 분석을 완료할 수 있다.

항복도

곡물 산출량 맵은 수익률 모니터나 SMS나 에이펙스 같은 공간정보 관리 소프트웨어를 통해 표시할 수 있다. 수확량 지도는 현장 고유 영농을 지원하기 위해 비료 적용률과 인구 시드율과 같은 관리 결정에 사용된다.^[8] 수확량 지도는 농작물 품종, 비료 종류 및 도포율 비교, 농약 적용 등의 측면에서 우수 관리 기준 결정에도 활용된다. 이러한 다른 정밀 농업 관행은 공간 지도로 기록될 수 있으며, 추가 분석과 의사결정을 위해 곡물 수확량 지도로 덧씌울 수 있다.

곡물 수확량 모니터는 1990년대 초 수율 모니터가 도입된 이후 생산 중에 있으며, 수확량 모니터가 생산자 운영자에게 더 나은 사용자 인터페이스를 제공하고 기록된 데이터 정보를 더 쉽게 이용할 수 있도록 해주는 더 나은 하드웨어로 점진적으로 업데이트되어 왔다. 대부분의 경우 이러한 모니터는 일반적으로 수율 정보를 공간 색상 코드화된 지도에 표시하는 것을 목적으로 표시장치라고 한다.

곡물 산출량 모니터의 변동성

곡물 수확량 모니터는 생산자에게 현장 및 농장 기반에서 효과적인 평가 도구를 제공하는 우수한 도구다. 항복 감시기의 정확도는 적절히 교정했을 때 약 1-3%이지만, 이 정확도에 대한 평균값이다.^[9] 합격 기준에서 정확도는 대부분의 연구에서 0-10% 오차의 정확도 범위에 따라 현저히 감소한다.^[10][11][12] 다중 하중의 평균은 예측된 1-3% 이내를 유지하지만 개별 하중의 변동성은 훨씬 높다. 이러한 오류는 이 페이지의 "충격 기반 질량 흐름 측정" 섹션에 나열된 문제에서 발생한다. 개별 부하 변동성의 영향은 시험 그림 비교와 같은 작은 척도 비교에 사용될 수 있는 능력을 제한한다. 시험 플롯은 일반적으로 결합 수증기 헤드의 대략 폭에 있는 단일 작물 혼합물의 단일 심은 스트립이다. 테스트 그림을 수집하면 단일 혼합물에 대해 단일 수확 부하 및 산출량 추정치가 생성된다. 하중이 본질적으로 더 큰 평균의 하위 표본이기 때문에 단일 하중을 기반으로 한 한 혼합물을 다른 혼합물과 비교하는 것은 어려울 수 있다.^[13]

참조

미국 특허 6899616, 데이비드 L. Murray, "질량 흐름 그레인 모니터 및 방법" 2005-05-31을 발행하여 ACOO Corporation, Duluth, GA(미국)에 할당

미국 특허 5686671, F.W. 넬슨; W.F. 스미스 & K.R. 호크 외 연구진, 1997-11-11, Die & Company, Moline, IL(미국)에 할당된 "농업을 위한 회색 질량 흐름 센서"를 발행했다.