JPS6260082A - 高速種子センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 又肌凹背景 本発明は一般に監視、計数の方法に関連するものであり
、更に詳しくは田畑の種蒔き機が蒔いている種子等の小
物体の計数に関するものである。

当業者には公知のように、田畑の種蒔き機には一群の種
子シュートまたは種子放出管が含まれており、これは同
時に種蒔きする列毎に１つづつ設けられる。これらの種
子シュートまたは放出管は各々、田畑を動いていくとき
種蒔き機が地中に形成する個々の溝にホッパーまたは他
の種子供給源からの個々の種子を自動的に分配する。こ
のような種蒔き機が分配する種子の計数値を得るために
これまで種々の監視、計数の構成が使用されてきた。こ
のようなａ１数は作物の収穫高を最適化するために、蒔
く種子の密度の決定と制御に特に有用である。

従来技術では一般に、種子シュートまたは放出管を通る
個々の種子を検知するため光電素子が使用されてきた。

このような構成では一般に、種子シュートまたは放出管
の片側に発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を配置し、
反対側に感光性トランジスタ等の感光素子を配置する。

従って、感光素子は通常、光源からの入射光に応動して
定常状態の信号レベルを発生する。しかし、種子がシュ
−トおよび光源と感光素子との間をＪ遇すると、感光素
子の入射光レベルが一時的に低下する。これに応じて、
感光素子の正規状態すなわち定常状態の信号レベル出力
が一時的に変化する。

感光素子の出力信号を受信し、種子が種子シュートを通
過したことによるレベル変化に応動する種々の電気回路
、電子回路が考案されてきた。理想的には、このような
電子回路はシュートを通過する各種子に対して別個の信
号またはパルスを発生するべきである。従って、これら
のパルスを計数することによって、与えられたシュート
が分配する種子の数についての正確な情報を得ることが
できる。

しかし、前記の理想的な状況を実現する上で種々の問題
が生じてきた。たとえば、田畑の種蒔き機が動作する環
境は上記の感光システムに対して最適なものから程遠い
、この点で、種まき機が田畑を動くときかなりの泥、ち
り等に出あう。更に、種子の粒に種々のコーティングが
施されるのが普通であり、これらのコーティングはしば
しば種子シュートまたは種子放出管にたまる。このよう
にして種子放出管にたまる。このようにして種子放出管
に物がたまると、感光システムの正しい動作を妨げがち
になる。更に、感光素子と光源の特性が時間とともに若
干変化するので、感光素子に入射する周囲光レベルが変
わり、感光素子の周囲光レベルに対する応答、および種
子の通過による光レベルの変化に対する感光素子の応答
も変わる。

これらの変化を補償しないと、感光素子の応答の信転性
が非常に低下することがある。

関連した問題は電子回路で使用される回路素子の公称特
性の時間によるドリフトまたは変化の問題である。たと
えば、利得、電圧レベル等の種々の回路パラメータが時
間とともに若干変化したり、ドリフトしたりすることが
ある。このようなドリフトはたとえば環境変化によって
生じ、回路が最適動作からずれるため、その回路から得
られる計数値の信顛性も低下する。

更にもう１つの問題は非常に近接するかあるいは部分的
に重なり合って種子シュートを落下する複数の種子を確
実に計数することである。このような場合には、感光素
子、それに結合した電子回路ともに各種子に対して確実
に別々の計数パルスを発生できる程応答速度が早くない
。

関連した問題は大豆等の比較的小さく、早く動く種子で
発生することが多い。更に、大豆は御所に比較的高速す
なわち高密度で分配される。従って、感光素子とそれに
結合された電子回路は各種子を確実に計数できる程素早
く応答することはできない。

尤朋ｍ辷！枚 従って本発明の全般的な目的は従来技術の問題をほぼ解
消した、種子センサーに対する新規で改良された回路を
提供することである。

もう１つの、特定の目的はほぼ種子のｉｊｌ過による感
光素子からの信号レベルの変化に対してのみ応答し、周
囲の光レベル等の状態の変化による１３号レベルの変化
に殆ど感動しない、上記の目的に従う回路を提供するこ
とである。

更にもう１つの目的は近接した種子または部分的に重な
った種子を区別することができ、各種子に対応して別々
のパルスまたは計数値を確実に発生することができる、
上記の目的に従う回路を提供することである。

関連した目的は小さな早く動く種子、近接した種子の一
方または両方に正確に応答するように素早く応答する回
路を提供することである。

要するに上記の目的に従って種子センサーの改良された
回路が提供され、この回路では光源と感光手段が種子の
進路に沿って設けられ、光源と感光手段の間を１つ以上
の種子が通ったことによる光源から感光手段に入射する
光のレベルの一時的な変化に応動して感光手段の出力信
号レベルが一時的に変化する。本発明によれば回路にパ
ルス発生回路手段が含まれ、これは上記感光手段の出力
信号レベルの上記変化に応答して、信号レベルの上記変
化の方向の各変化に対応する別個のパルス信号を発生す
る。これらの別個のパルス信号のうち所定のパルス信号
が計数用に選択される。

パスの　　　のｊ細なｉ日 本発明の他の目的、特徴、および利点は図示した実施例
についての詳細な説明と図面により明らかとなる。

図面の中の第１図に示すように、通常の田畑の種蒔き機
（図示しない）には放出管１０のような種子シェードま
たは種子放出管が多数含まれている。種子を分配して蒔
くとき、これらの種子シュートまたは放出管１０は矢印
１０で示す方向の、種子１２．１４等の種子の移動路と
なる。放出管１０は円筒状でも他の形状でもよく、本発
明の一部を構成するものではない。

更に従来の慣行に従って、放出管１０の移動路１６を進
む種子１２．１４等の種子を検知するための適当な種子
検出装置が放出管１０の軸長に沿った適当な位置に配置
される。この検知装置は放出管１０の片側に配置された
光′ａ１８、および光源１８と対向して配置された感光
素子２０で構成される。放出管１０に適当な透明部すな
わちウィンドー２２．２４を設け、光源Ｉ８の光がウィ
ンドー２２．２４を通って感光素子２０に達するように
することが好ましい、後で詳しく説明するように、光源
１Ｂは１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成する
ことが好ましい。

本発明の好ましい一形式によれば、感光素子２０は後で
更に詳しく説明するように光電池で構成される。光源１
８と感光素子２０は放出管２０の種子の移動軸すなわち
移動路１６を横切って相互に直接対向するように配置す
ることが好ましい。

従って、放出管１０の各種子に、１４が光１１１１８と
感光素子２０の間を通過すると、感光素子２０の入射光
のレベルが一時的に変化する。周知の通り、光電池等の
感光素子２０は光源１８からの入射光に応答して周囲状
態すなわち定常状態の信号レベルを発生する。しかし、
この入射光レベルに一時的に遮断または変化が生しると
、対応する一時的な変化が光電池２０の信号レベルに生
ずる。

次に本発明による新規な回路を示す第２図について説明
する。感光素子すなわち光電池２０の上記の出力信号特
性に応答して放出管１０を通過する種子の数の正確な計
数値を与える点で第２図の回路は特に有用である。光電
池２０は概略回路図で第１の演算増幅器（オペアンプ）
３０の反転入力と非反転入力の間に接続されている。光
電池２０とその片側に接続されたオペアンプ３０の非反
転入力は回路地気を基準としている。

都合のよいようにオペアンプ３０にはダイオード３２を
含む利得制御帰還回路が設けられている。

ダイオード３２のｌｌｉはオペアンプ３０の出力に接続
され、陰極はオペアンプ３０の反転入力に接続されてい
る。従って、オペアンプ３０とダイオード３２は自動利
得制御回路として働く、このため上記のような種子の通
過による光電池２０の出力信号レベルの一時的な変化に
ほぼ比例してオペアンプの出力レベルが一時的に変化す
る。この出力のＤＣレベルだけが光電池出力のよりゆる
やかな変化の影響を受ける。このようなゆるやかな変化
の発生原因は時間の経過、温度または湿度の変化による
回路の変化、もしくは光源１８の発生する光のレベルを
変化させる他の要因である。このようなゆるやかな変化
は泥、ちり等がたまって前記の各ウィンドー２２．２４
を部分的に曇らせたり、塞いでしまったりすることによ
っても生じる。

帰還ダイオード３２が存在するため、光電池２０は零信
号レベル近傍のほぼ線形の領域で動作する。

オペアンプ３０の出力は第２のオペアンプ３４の反転入
力にＡＣ結合されている。オペアンプ３４の非反転入力
は予め定められた基１！電圧Ｖｒに接続されている。こ
のように第２のオペアンプ３４はこの予め定められた基
準レベルＶｒを基準として光電池２０からの利得制御信
号を受ける。

この基準レベルＶｒは適当な正電圧源＋■から抵抗８１
．８３、平滑コンデンサ８５で構成された分圧器を使っ
て得られる０図示された実施例ではオペアンプ３４に適
当な限流入力抵抗３６と帰還抵抗３８が設けられ、利得
はほぼ２になっている。

オペアンプ３４の出力はコンデンサ３５および抵抗４２
を介して高利得オペアンプ４０の反転入力に直列結合さ
れている。オペアンプ４０の非反転入力は適当な限流抵
抗４１を介して同し電圧基準レベルＶｒに結合されてい
る。このオペアンプ４０には帰還抵抗４４も設けられて
おり、この帰還抵抗４４は利得が４０に近くなるように
抵抗４２に対して選定されている。したがって、オペア
ンプ４０は基準電圧に対してオペアンプ３４から受信し
た信号レベルの比較的小さな変化に対しても応答するこ
とができる。

本発明の１つの特徴によれば、コンデンサ３５と抵抗４
２の結合点は、一対のダイオード４６および４８の中の
ダイオード４６の陰４ｆＡＮ　Ｉ！ｉｉとダイオード４
８の陽橿電極に結合されている。これらのダイオードの
残りの陽極電橋と陰極電極はそれぞれオペアンプ４０の
出力に結合されている。従って、コンデンサ３５と抵抗
４２との結合点の信号に対してどちらの方向も１個のダ
イオードの電圧降下の範囲内にクランプされる。この信
号は種子の通過に応答して光電池２０の出力信号レベル
が一時的に変化することがない場合基準電圧レベルＶｒ
になる。

次に第３図には光電池、オペアンプ３０および３４、な
らびにオペアンプ４０が発生する代表的な波形を示して
あり、これは以下に説明する回路部品の動作の理解の助
けとなる。

第１の波形５０は光電池２０の出力とオペアンプ３０お
よび３４の出力をともに表わしている。

オペアンプ３０および３４はそれらの入力を反転して前
述の利得制御と電圧比較機能を加えるので、それらの出
力波形は種子の通過に対応して光電池２０が発生する波
形にほぼ追従する。

前述の通り、本発明の重要な特徴は種子シュート１０を
通過する近接した種子または部分的に重なった種子を区
別できることである。この点で、これまで説明した回路
はこのように種子が近接していたり部分的に重なってい
ても計数に適した別個の信号を発生することができる。

第３図の第１の波形５０ａは１つの種子が通過したとき
の光電池ならびにオペアンプ３０．３４を含むその後続
の回路の代表的な応答を示している。一方、波形５０ｂ
は第１図の種子に、１４等の一対の近接した種子または
部分的に重なった種子に対する上記の回路素子群の代表
的な応答を示している。

グラフ６０の第２の波形はオペアンプ４０と関連の部品
で構成された新規の回路の応答を示している。この新規
の回路は以後、区別または識別回路と呼び、全体を参照
番号４９で表わす。第１のグラフ部分６０ａはその上の
波形５０ａに対するこの識別回路の応答を表わしており
、第２の部分６０ｂは波形５０ｂに対する応答を表わし
ている。

図でわかるように、基準レベルＶｒは波形５０および６
０の両方のグラフで基準または基線として示されている
。従って、波形５０はオペアンプ３４の出力波形と考え
ることができ、オペアンプ３４はこの波形またはレベル
変化を基準電圧Ｖｒと比較する。

次に動作については、上記の区別または識別の回路は基
準レベルＶｒと光電池２０の出力信号レベルの変化に応
答するスイッチング回路として動作し、基準レベルＶｒ
に対する信号または波形５０の方面の各変化に応答して
別個のパルス信号を発生する。波形６０ａでわかるよう
に、波形５０ａが基準レベルＶｒから正方向に最初変化
するのに応答して、高利得オペアンプ４０はその出力を
強く負方向に駆動する。波形５０ａがビークレベルに達
すると、これは種子が光を最大限に遮断する。すなわち
光レベルを最大限に変える位置を１ｆｆｉ過したことを
示す。このとき、波形６０ａは素早く基準レベルＶｒに
戻る。従って、識別回路は主として波形５Ｑａの基準レ
ベルＶｒに対する変化に応答する。従って、波形５０ａ
がそのピークに達し、電圧基準に対してもはや変化しな
くなったとき、回路４９はその出力を素早く基準レベル
Ｖｒに戻す。種子が放出管１０に沿って更に進むと、波
形５０ａはＶｒに対して減少し、比較的負の方向に変化
する。これに対応して、回路４９は波形６０ａの第２の
部分を発生し、これは基準レベルＶｒから正方向一杯に
突如変化する。前述したことから、波形６０の正負の振
幅は帰還ダイオード′４Ｇおよび４Ｂの動作により電圧
基準レベルＶｒからほぼ１個のダイオードの電圧降下分
離れたものとなる。これらのダイオードの電圧降下はグ
ラフ６０ではグラフ的に参照番号６２および６４で示さ
れている。

次に波形グラフ５０ｂおよび６０ｂには、本発明の特徴
である、部分的に重なり合った種子に対する回路４９の
応答が示されている。最大量の光が遮断される点すなわ
ち光レベルの変動または変化が最大になる点に２つの種
子１２．１４のうち最初の種子に達したとき波形５０ｂ
があるピーク値に進む、その後、波形５０ｂの電圧基準
Ｖｒに達するレベルが低下する。これに対応して、波形
６０ｂの第１の部分は波形６０ａの第１の部分とほぼ同
一である。すなわち、基準Ｖｒに対する波形５０ｂの最
初の上昇に素早く応答して、オペアンプ４０の出力は基
準Ｖｒよりダイオード降下分だけ下に下る。波形５０ａ
および６０ａについて説明したのと同様に、波形５０ａ
および６０ａについて説明したのと同様に、波形５０ｂ
のピークずなわち零度化レベルに対応して波形６０ｂは
素早（電圧基準Ｖｒに戻り、２つの種子１２．１４のう
ち最初の種子が通過するときの波形５０ｂの低下部分に
対応して再びＶｒより１個のダイオード電圧降下分だけ
上に素早く上昇する。

しかし、第２の近接するかまたは部分的に重なり合った
種子１４が存在するため、波形５０ｂは電圧基準レベル
に戻らない。このため波形５０ｂには参照番号６６で示
すように短い零度化部分すなわちくぼみが生しる。これ
に対応し一ζ、波形６０ａは素早く電圧基準Ｖｒに戻る
。第２の種子１４が存在するため、波形５０ｂは基準レ
ベルＶｒに対して再び上昇し、ピーク値に達し、そして
下降する。これに対応して回路４９は波形６０ｂの第２
の種子１４の通過による波形５０ｂの第２の部分に対応
して、基準レベルＶｒより１個のダイオード降下分だけ
丁に下った後、基準レベルＶｒより１個のダイオード降
下分だけ上に上がる。

上記の説明から、各種子の通過により回路４９は２つの
別個のパルス状信号を発生することがわる。したがって
、放出管１０を通過する各種子に対応して、計数に適し
た別個のパルス信号が作成される。このように２つの別
個のパルス信号が作成され、各種子に対応して１つは正
方向に向かい、１つと負方向に向かうパルスである。こ
のうち例えば正方向に向かうパルスだけを選択して計数
する。従って、種子の数と計数されるパルス数は一対一
に対応する。

第２図に戻って、残りの回路素子は回路４９の出力を更
に処理して計数する。もう１つのオペアンプ７０はバッ
ファとして動作し、抵抗７２とコンデンサ７４の直列接
続で構成された積分回路を介してオペアンプ４０の出力
を受ける。この積分回路は基準レベルＶｒにも接続され
ている。バッファの出力はオペアンプ７０の反転入力に
帰還され、また直列接続された抵抗７８を介してもう１
つのオペアンプ７６の非反転入力にも与えられている。

オペアンプ４０の出力はダイオード８０の陰極に接続さ
れている。ダイオード８０の陽極はオペアンプ７６の反
転入力に接続され、また適当な限流抵抗８２を介して正
電圧源にも接続されている。適当な正の帰還抵抗８４は
オペアンプ７６の動作に若干のヒステリシスを与える。

上記の回路でダイオード８０とオペアンプ７６のヒステ
リシスによりオペアンプ４０の出力はダイオード８０を
所定の闇値レベルを横切ってスイチングさせ、その結果
オペアンプ７６に応答出力が得られる。すなわち、オペ
アンプ４０の出力は基準レベルＶｒから充分に変化して
、ダイオード８０と内蔵ヒステリシスによって生じる電
圧降下を介してオペアンプ７６の反転入力を引かなけれ
ばならない、これにより、オペアンプ４０の出力を一時
的に基準レベルＶｒから小さく偏位させる恐れのあるス
プリアス信号またはＮ１音信号に対する応答が防止され
る。更に、バッファ・オペアンプ７０並びに抵抗７２と
コンデンサ７４で構成された積分回路が設けられている
ため、回路全体の基準レベルＶｒからの電圧オフセント
、回路全体の公称利得すなわち所望利得の変動、７！ｉ
洩電流等が補償される。従って、このような回路変動は
ほぼ補償されるか、平均化される。

オペアンプ７６の出力は２人力排他的論理和ゲート８６
の一方の入力に与えられる。ゲート８６の出力はもう１
つの２人力排他的論理和ゲート８８の一方の入力に与え
られる。排他的論理和ゲート８６の残りの入力は回路地
気に接続されている。第２の排他的論理和ゲート８８の
出力は適当な＠流抵抗９２を介してスイッチング・トラ
ンジスタ９０に与えられる。このスイッチング・トラン
ジスタ９０を使って、カウンタまたは他の適当な監視装
置（図示しない）に対する適当な出力パルスを発生する
ことができる。

排他的論理和ゲート８８の残りの入力は全体を参照番号
９４で表わしたパルス付加またはパルス増倍回路の出力
を受ける。この回路の人力にはゲート８６の出力が含ま
れている。簡単に述べると、排他的論理和ゲート８６の
出力でのパルス発生速度が所定速度以上であるとき、回
路９４は排他的論理和ゲート８８の出力に到達するパル
スに所定数のパルスを加算するように動作する。

比較的高密度または高速度で蒔かれる大豆等の種子を監
視、計数する際、多数の種子すなわち種子群が種子放出
管の検知部品を通過することが待時あることがわかった
（第１図参照）、従って、これらの種子のいくつかが計
数されないという統計的確率は第２図の回路の出力信号
に統計的に定められた数のパルスを加算することによっ
て補償することができる。これは回路９４によって行わ
れる。

簡単に述べると、抵抗９６とコンデンサ９８で構成され
た高速微分回路はゲート８６の出力を受け、インパーク
・バッファ１００．１０２、ダイオード１０４、コンデ
ンサ１０６、および抵抗１０８で構成されたワンショッ
ト回路に供給する。

このワンショット出力はもう１つのインバータ・バッフ
ァ１１４を介して抵抗１１０とコンデンサ１１２で構成
された積分回路に与えられる。積分器の出力は２人力排
他的論理和ゲート１１６の一方の入力に与えられる。ゲ
ート１１６の残りの入力は地気に接続されている。排他
的論理和ゲート１１６の出力は。カウンタ集積回路部品
１１８のイネーブル入力（Ｅ）に与えられる。上記の回
路がカウンタ１１８をイネーブルするのは、パルス速度
従って検出している種子の速度が大豆の種蒔き速度を示
すレベル以上であるときだけである。

カウンタ１１８のカウント入力（Ｃ）は直列接続された
抵抗１２０を介して排他的論理和ゲート８６の出力を受
ける。図示された実施例では、カウンタ１１８は一般に
４５２０と呼ばれる型のものである。カウンタ１１Ｂの
選択された出力（Ｑｌ、Ｑ３）はダイオード１２１によ
って２人力排他的論理和ゲート１２２の一方の入力に与
えられる。ゲート１２２の残りの人力は地気に接続され
ている。排他的論理和ゲート１２２を通過するときの時
間遅延抵抗１２４とコンデンサ１２６によって与えられ
る。排他的論理和ゲート８８の残りの入力に帰還されて
上記のような付加的なパルスを構成する。排他的論理和
ゲー）１２２のこの遅延出力はカウンタ１１８のりセン
ト入力にも与えられる。

カウンタ１１８の出力のダイオードには適当な電圧プル
アップも与えられており、インバータ・バッファ１３０
に接続されている。インバータ・バッファ１３０はカウ
ンタ１１８のカウント入力（Ｃ）をダイオード１３２を
介して地気に引くことにより、時間遅延排他的論理和ゲ
ート１２２からリセフトされる前の付加的なパルスに応
答してカウンタを動作させないようにする。スイッチン
グ・トランジスタ９０に対するパルス列の中で排他的論
理和ゲート８６の出力に得られるパルスの中間にカウン
タ１１８の発生する付加的なパルスが挿入されるように
この時間遅延を選定することが望ましい。

以上、一実施例により本発明を図示し、説明してきたが
、本発明はこの実施例に限定されるものではない、当業
者は上記の説明から種々の変化、代案、および変形を考
えることができる。このような代案、変化、および変形
は請求範囲の趣旨と範囲内にある限り、本発明の一部を
構成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用に適した、感光素子が配置された
種子シュートまたは種子放出管の一例を図示したもので
ある。第２図は本発明による新規な回路の概略回路図で
ある。第３図は種子の通過に応答して第２図の回路の種
々の点に発生する信号をグラフ的に示した図面である。 符号の説明 ｉ　ｏ−−−−−−一種子シュート、 １２．１４−−−一−一種子、 １８　−ｍ−光源、 ２〇　　−感光素子、 ４９−−−−　識別回路 ９４　−−一一一パルス加算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）種子の移動路に沿って光源と感光手段がそれぞれ
   配置され、光源と感光手段との間を１つ以上の種子が通
   過したことにより光源から感光手段に入射する光のレベ
   ルが一時的に変化するのに応答して感光手段からの信号
   レベルに一時的な変化が生じる種子センサー回路に於い
   て： 上記感光手段からの信号レベルの上記変化に応答するス
   イッチング回路であって、信号レベルの上記変化の開始
   に対応する１つのパルス信号を含む出力信号を発生し、
   そしてその後に信号レベルの上記変化の方向の各変化に
   対応する別個のパルス信号を含む出力信号を発生するス
   イッチング回路を含むことを特徴とする種子センサー回
   路。