JPH0519754B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 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
一群の種子シユ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。これらの種子シユ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ツ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。このような計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、種子シユートまたは放出
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
シユ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。従つて、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、種子がシユ
ートおよび光源と感光素子との間を通過すると、
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、種子が種子シユ
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ユートを通過
する各種子に対して別個の信号またはパルスを発
生すべきである。従つて、これらのパルスを計数
することによつて、与えられたシユートが分配す
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イングが施されるの
が普通であり、これらのコーテイングはしばしば
種子シユ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
答の信頼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つて生じ、回路
が最適動作からずれるため、その回路から得られ
る計数値の信頼性も低下する。

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つて種子シユートを落下する
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、大豆は一般
に比較的高速すなわち高密度で分配される。従つ
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。

発明の目的と要約 従つ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通過によ
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信
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
的に重なつ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つ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つて設けられ、光源と感
光手段の間を１つ以上の種子が通つたことによる
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
時的に変化にする。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。

図示の実施例の詳細な説明 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
種子シユート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、これらの種子シユ
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つて、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
つ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源１８、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イ
ンドー２２，２４を設け、光源１８の光がウイン
ドー２２，２４を通つて感光素子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１８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２
０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１８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を横切つて相互
に直接対向するように配置することが好ましい。
従つて、放出管１０の各素子に、１４が光源１８
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じると、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２
０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の陽極はオペアンプ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。従つて、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、ちり等がたまつて
前記の各ウインドー２２，２４を部分的に曇らせ
たり、塞いでしまつたりすることによつても生じ
る。帰還ダイオード３２が存在するため、光電池
２０は零信号レベル傍接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３
４の非反転入力は予め定められた基準電圧Vrに
接続されている。このように第２のオペアンプ３
４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＋Ｖから抵抗
８１，８３、平滑コンデンサ８５で構成された分
圧器を使つて得られる。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になつている。

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を介して同じ電圧基
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。したがつて、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４２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の陰極電極とダイ
オード４８の陽極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極と陰極電極はそれ
ぞれオペアンプ４０の出力に結合されている。従
つて、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ユー
ト１０を通過する近接した種子または部分的に重
なつ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つ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つた種子
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６０の両方のグラフで基準または基線とし
て示されている。従つて、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
回路は寒準レベルVrと光電池２０の出力信号レ
ベルの変化に応答するスイツ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５
０の方向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５０
ａ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がピークレベ
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通
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。従つて、識別回路は主
として波形５０ａの基準レベルVrに対する変化
に応答する。従つて、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つた
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に沿つて更に進む
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４６および４８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６
４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、部分的に重なり合つた種子に対
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５ｂ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６
０ｂ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のピークす
なわち零変化レベルに対応して波形６０ｂは素早
く電圧基準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
り合つた種子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変化部分す
なわちくぼみが生じる。これに対応して、波形６
０ａは素早く電圧基準Vrに戻る。第２の種子１
４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
オード降下分だけ下に下つた後、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。したがつて、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。従つて、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図に戻つて、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はバツフアとして動作し、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。バツ
フア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７
６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を所定の閾値レベルを横切つてスイ
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つて生じる電圧降下
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
恐れのあるスペリアス信号または雑音信号に対す
る応答が防止される。更に、バツフア・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からの電圧オフセツト、回路全体
の公称利得すなわち所望利得の変動、漏洩電流等
が補償される。従つて、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入力排他的論理和ゲ
ート８６の一方の入力に与えられる。ゲート８６
の出力もう１つの２入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の出力は適当な限
流抵抗９２を介してスイツチング・トランジスタ
９０に与えられる。このスイツチング・トランジ
スタ９０を使つて、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。この回路の入力にはゲ
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時
時あることがわかつた（第１図参照）。従つて、
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つて補償
することができる。これは回路９４によつて行わ
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、インバータ・バツフア１００，１０２、ダイ
オード１０４、コンデンサ１０６、および抵抗１
０８で構成されたワンシヨツト回路に供給する。
このワンシヨツト出力はもう１つのインバータ・
バツフア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入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
従つ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１１８の選択された出力Ｑ１，Ｑ３
はダイオード１２１によつて２入力排他的論理和
ゲート１２２の一方の入力に与えられる。ゲート
１２２の残りの入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によつて与えら
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。排他的論理和ゲート１２２のこの遅延出力は
カウンタ１１８のリセツ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
電圧プルアツプも与えられており、インバータ・
バツフア１３０に接続されている。インバータ・
バツフア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
セツ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。スイツチング・
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
置された種子シユ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、１０……種子シユート、１２，１
４……種子、１８……光源、２０……感光素子、
４９…識別回路、９４……パルス加算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 種子の移動路に沿つ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
   答するスイツチング回路であつて、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ツチング回
   路を含むことを特徴とする種子センサー回路。