农业机械化和智能化农业作业检测技术的发展，为农机具性能升级改造和农艺种植规范化带来了新的挑战，碎土率检测作为评价旋耕机组作业质量的重要手段之一，对旋耕机的性能评级和农业播种生产具有重要的指导意义。本文为了快速机械化获取旋耕机组作业碎土率信息，进一步丰富旋耕作业质量数据和参数，提出了旋耕机组作业碎土率在线检测方法和系统研究。
　　本文对旋耕过程进行分析，结合传统旋耕作业质量检测方法，提出旋耕层深度特征和碎土率纵向分布特征相结合的旋耕土壤空间分布评价体系。通过建立土壤SPH模型和旋耕刀辊模型，结合ANSYS/LS-DYNA软件对旋耕过程和耕后土壤空间分布进行动力学仿真。利用仿真结果结合计算机图形学重构旋耕层沟底图形，结果表明旋耕结束后土壤存在明显的过渡层，确定了标准工况下不同方向上的过渡层平均厚度约为0.079m和0.076m。根据仿真结果，纵向深度在0~10cm范围内的碎土率分布相对均匀，随着深度的增加，旋耕层之间的破碎差异就越大。
　　根据旋耕层深度特征和碎土率纵向分布特征，提出基于多行程多点测量原理的碎土率检测方案，并进行检测原理设计，确定了该碎土率检测系统所需功能部件包括取土部件、筛分部件、称重部件以及配套的软硬件系统。结合土坡稳定性分析进行了耕后土壤的天然休止角试验，确定了取土部件的铲土及送土倾角分别为30.10°和26.67°；结合颗粒流和流量理论，以筛分法为方案设计了回转式筛分部件，筛分试验确定了结构参数（网孔孔径）为4.5cm、运动参数（筛分速度）为0.5m?s-1；根据碎土率检测方案，采用多传感器融合设计称重部件，进一步构建碎土率检测模型；基于各关键部件功能，搭建包含数据处理中心、运动控制中心、无线控制终端和PC端远程数据库等功能模块的硬件系统，基于C语言编写系统软件，完成了旋耕机组作业碎土率在线检测系统的构建。
　　对构建完成的检测系统进行封装和拖拉机组匹配，并通过分析旋耕机挂接姿态，构建深度测量模型，完成旋耕机作业深度实时监测系统搭建，田间试验表明耕深测量最大误差不超过0.80cm，均方根误差不超过0.55cm，为碎土率在线检测系统提供合理的取土深度决策。为检验碎土率在线检测系统的可靠性和检测精度，采用人机交互验证方式开展了人工检测和本文在线检测系统对比试验，从检测精度、效率和稳定性等方面对检测系统进行综合评价。试验结果显示与人工检测结果对比最大误差不超过11%，最小误差低于4%，该检测系统的单点检测时间最长不超过2min，总检测时间不超过30min，检测效率与人工检测相比具有明显优势，表明该在线检测系统能够有效替代人工完成碎土率检测；取土总量均值为47.27Kg，与目标值相比平均误差为9.1%，均方差为5.88Kg，表明该检测系统获取土壤样本稳定可靠，能够满足农业作业质量检测需求。