我国是世界第一粮食生产大国和第一粮食消费大国。近年来随着农业机械化的快速发展,谷物的生产效率和产量都有显著提升。收获作业作为生产中至关重要的环节,其过程中的损失是生产中最直接的经济损失,故检测收获机械的谷物损失对提高收获作业质量、降低经济损失都具有重要意义,谷物损失检测中的关键部件是颗粒碰撞传感器,国内外的众多学者都为研发具有更高的灵敏度、响应速度、检测饱和容量和抗干扰性能的颗粒碰撞传感器而不懈努力。近年来的颗粒碰撞传感器更多采用PVDF压电薄膜为新材料,阵列式为新结构,使其能够拥有更大饱和容量和获取碰撞位置信息,以期提高传感器的响应性能。本文创新提出一种基于PVDF压电薄膜的双层十字交叉结构的颗粒碰撞传感器,可以通过双层传感单元的同时响应,在提高饱和容量和获取碰撞位置信息的同时,对同时碰撞的颗粒进行区分。本文为设计性能更优良的颗粒碰撞传感器提供了新思路,为多层碰撞传感器响应性能的研究提供了有效方法。本文的主要研究内容和成果如下:(1)设计了基于PVDF压电薄膜的双层十字交叉结构的颗粒碰撞传感器,阐述其工作原理,并借助有限元仿真软件分析了传感单元尺寸与响应性能间的关系,优化其尺寸和结构,并制作了新型颗粒碰撞传感器。(2)研制了谷物损失实验台及其控制系统,搭建了数据采集系统和信号显示软件。此套装置可以实现单、双颗粒以不同高度自由落体,以不同角度、不同位置碰撞传感器,并且将传感器的输出信号经过放大和数字转换后在计算机中直观的显示出来。(3)研究了传感器的基本响应特性,通过振动和能量两个方面分析了传感器的响应理论,通过多高度、全位置的单颗粒碰撞实验研究了传感器的响应特性和上、下层传感单元间响应关系,并对影响传感器响应的因素进行了分析。研究表明本传感器在同条件下的碰撞具有较好的响应重复性,但不同位置间的响应一致性较差,其主要原因是传感单元间手工压紧和粘贴的不完全一致;传感器的上层响应普遍显著,但下层有个别位置却无法获得显著响应,在不同高度的碰撞中下层不能获得显著响应的比例不超过13.89%;在同一碰撞中,除了直接受碰撞的传感单元发生响应外,其附近的传感单元也会发生杂波干扰,上层邻近单元的平均杂波-信噪比为21.90dB,下层为10.05dB;传感器每秒可检测的碰撞次数最低为1528.8次;在同一碰撞中,传感器上、下层间幅值平方和近似呈线性关系,响应时间之差最大不超过3.7×10-3s。(4)研究了基于多传感器融合理论的碰撞识别和计数方法,根据本传感器输出的信号特点制定了特征层面的数据融合架构,并通过实验证明双层十字交叉型颗粒碰撞传感器可以对连续碰撞和同时碰撞的多颗粒进行识别和计数。