CN102519916A - 一种在线检测农药浓度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线检测农药浓度的方法和装置，包括确定最佳的平行单色光波长，确定最佳平行单色光的入射光强值，制作农药的透射率T与农药浓度C关系的T-C标准曲线图，在线获得检测池里的农药浓度值。本发明的装置包括：包括平行单色光源、不透明的检测管壳体、盖塞、检测池、光电倍增管探测器、数据采集系统、计算机和检测池壳体。光电倍增管探测器连接在检测管壳体上接收平行单色光源发射的单色光，并将光信号转换为电信号；所述数据采集系统用来将光电倍增探测器上的电信号转化为数字信号发送给计算机，所述计算机具有存储数据、处理数据和查询数据的功能，用来显示透射光强值、计算透射率、模拟数学模型和匹配浓度值。

Description

一种在线检测农药浓度的方法和装置
技术领域
    本发明涉及农药检测技术领域，具体涉及在线检测农药浓度的技术领域。
背景技术
一直以来液体浓度的测量在化学、制药、食品、塑料加工等领域都有着十分重要的作用。液体浓度的测量以比重法为主，近期以来发展了一些新的方法，例如：根据超声波在不同浓度溶液中传播速度不同的原理设计的超声波浓度检测装置；基于不同浓度溶液透光率不同的性质设计的分光光度计；基于有机物发光机理研制的光纤荧光光谱浓度传感器等。
在对现有混药浓度测量技术的检索中发现：栾崇林等人在申请号为201010538509.3的专利“氰戊菊酯农药检测方法”中提出使用生物传感器法取样检测；王雷等人在申请号为201010106074.5的专利“一种吡啶类农药浓度检测装置及方法”中提出使用荧光方法取样检测；侯彩云等人在申请号为200810106256.5的专利“检测有机磷和氨基甲酸酯农药残留的方法”中提出采用酶抑制法取样检测。这些农药检测方法在检测时都需要将农药溶液取样检测，费时费力。而本发明提供一种新的农药在线检测方法，可以实现实时检测农药浓度，免去了检测时还要取样的麻烦。
发明内容
为了克服目前农药浓度检测时需要先取样再检测、无法实时的给出管道中的农药浓度值的缺陷，本发明提供了一种能够实现在线检测农药浓度的方法和装置。
本发明依据的原理为朗伯比尔定律
                                                      
Figure 75861DEST_PATH_IMAGE001
          
即当入射光的波长一定时，溶液的吸光系数
Figure 422529DEST_PATH_IMAGE002
确定，在光程差L确定已知的情况下，物质的吸光度A与物质的浓度C成正比。根据上式我们可以推导出下式：
    
上式可以理解为当入射光的波长一定时，溶液的吸光系数
Figure 659792DEST_PATH_IMAGE002
确定，在光程差L确定已知的情况下，物质的透射率T与物质的浓度C成指数关系。
我们可以利用农药的溶剂（一般为自来水）的透射光强近似作为入射光强信号值
Figure 841375DEST_PATH_IMAGE004
，每个浓度的农药溶液都有一个相应的透射光强值，在溶剂性质不变和检测管尺寸固定的情况下（即
Figure 321084DEST_PATH_IMAGE002
和L已定），每个浓度农药溶液的透射率T和浓度C之间都有一个确定关系。我们可以事先调配好农药浓度，在固定波长的平行单色光照射下测出不容浓度农药对应的透射光强，模拟出透射率和浓度之间关系的T-C曲线图，然后通过在线检测未知农药浓度下的平行单色光的透射率值来对照透射率和浓度T-C标准曲线图，快速得到该透射率下对应的农药浓度值。
一种在线检测农药浓度的方法，包含以下步骤：
A确定最佳波长的平行单色光；将任意浓度的农药装入尺寸确定的检测池内，利用波长范围为200nm-800nm的不同平行单色光照射农药溶液，找出透射光强最暗的平行单色光，以所述透射光强最暗的平行单色光作为最佳波长的平行单色光；
B确定最佳波长平行单色光的入射光强值；清洗检测管后，将自来水装入检测池，利用最佳波长的平行单色光照射自来水，通过电子光学器件读出自来水的透射光强值来近似作为入射光的光强值
Figure 985600DEST_PATH_IMAGE004
；
C制作农药的透射率T与农药浓度C关系的T-C标准曲线图；配制j份等差梯度浓度的农药，其中j≥7，将j份等差梯度的农药依次装入检测池内，分别重复步骤2，得到每份农药的透射光的光强值
Figure 674070DEST_PATH_IMAGE007
，根据所述步骤B得到的入射光强的光强值，通过计算机运算数学公式
Figure 233588DEST_PATH_IMAGE008
得到每份浓度农药对应的透射率值，将j份等差梯度浓度农药的浓度值
Figure 249134DEST_PATH_IMAGE010
和对应的透射率值
Figure 920287DEST_PATH_IMAGE009
的数据存储在计算机，并在计算机里拟合公式
Figure 156096DEST_PATH_IMAGE006
 的曲线图，得到不同浓度农药的透射率T与农药浓度C之间关系的T-C标准曲线图；
 D在线获得检测池里的农药浓度值；将检测池连接农药输送管路，实时检测检测池里的农药浓度时，只要利用电子光学器件读取检测池里农药的透射光强值，并将透射光强值输入计算机计算出对应的透射率值，通过匹配存储在计算机里的T-C曲线数据模型，即可快速在计算机中显示出此透射率下检测池里农药的浓度值。
一种在线检测农药浓度的装置，其特征在于：包括平行单色光源、不透明的检测管壳体、盖塞、检测池、光电倍增管探测器、数据采集系统、计算机和检测池壳体；所述平行单色光源与不透明的检测管壳体连接，用来向检测池内提供一定波长的平行单色光；所述检测池为检测池壳体的内腔；所述检测池壳体两端为圆柱外壳且加工出外螺纹，中间圆柱部分对称分布两个切平面，切平面上加工对称的通孔，并用防水密封胶将矩形石英玻璃片粘附在两对称通孔上，使平行单色光能透过石英玻璃片穿过通孔；所述检测池壳体整体穿过检测管壳体，所述检测池壳体的两端通过与盖塞螺纹连接来实现对检测池的密封；所述光电倍增管探测器连接在检测管壳体上接收平行单色光源发射的单色光，并将光信号转换为电信号；所述数据采集系统用来将光电倍增探测器上的电信号转化为数字信号发送给计算机，所述计算机具有存储数据、处理数据和查询数据的功能，用来显示透射光强值、计算透射率、模拟数学模型和匹配浓度值。
     本发明的技术方案结构简单，操作方便，可以快速实现实时检测农药浓度，免去了检测时还要取样的麻烦，具有良好的应用效果。
附图说明
图1为在线检测农药浓度装置实施方式一的系统简图。
图2为检测池壳体的结构图。
图3为检测池壳体俯视图。
图4为检测池壳体A-A剖面图。
图5在线检测农药浓度装置实施方式二的系统简图。
图中：1-光源、2-单色仪、203-光纤、3-光学元件、4-检测管壳体、5-盖塞、6-检测池、7-光电倍增管探测器、8-数据采集系统、9-计算机、10-检测池壳体11-切表面、12-通孔、13-石英玻璃片、101激光二极管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的在线检测农药浓度的装置和方法作进一步详细说明。
图1中，在线监测农药浓度的检测装置包括光源1、单色仪2、光学元件3、不透明的检测管壳体4、盖塞5、检测池6、光电倍增管探测器7、数据采集系统8、计算机9和检测池壳体10。光学元件3由两片共焦的凸透镜组成，两凸透镜平行放置且凸透镜之间的距离为凸透镜两倍焦距，其目的是使单色仪2里的单色光平行穿过检测池6；检测池6为检测池壳体10的内腔，检测池壳体10两端为圆柱外壳且加工出外螺纹，中间圆柱部分对称分布两个切平面11，切平面11上加工对称的通孔12，并用防水密封胶将矩形石英玻璃片13粘附在两对称通孔12上，使平行单色光能透过石英玻璃片13 穿过通孔12（见图2、图3、图4），光源1与单色仪2光路对接并整体加黑色套筒以消除外界光的干扰；单色仪2与光学元件3之间用光纤203连接；光学元件3与检测管壳体4之间采用螺纹联接；检测池壳体10穿过检测管壳体4；盖塞5与检测池壳体10两端的外螺纹实现螺纹连接，实现对密封检测池6的密封；光电倍增管探测器7连接在检测管壳体4上将由光学元件3发射的光信号转换为电信号，数据采集系统8用来将光电倍增探测器7上的电信号转化为数字信号发送给计算机9，计算机9具有存储数据、处理数据和查询数据的功能，用来显示透射光强值、计算透射率、模拟数学模型和匹配浓度值。
利用该装置在线检测农药浓度的步骤如下：
1.确定平行单色光波长。将盖塞5与检测池壳体10的一端连接，在检测池6内加入任一浓度的喷雾农药溶液，用另一盖塞5连接检测池壳体10以密封检测池6；打开光源1，调整波长段为200nm-800nm的单色仪2，平行单色光通过检测池壳体10上的通孔12照射到光电倍增探测器7上，光电倍增探测器7将光信号转化为电信号传送给数据采集系统8，数据采集系统8将电信号转化为数字信号传送给计算机9，将计算机9上显示的透射光强值最小的平行单色光作为最佳波长的平行单色光；
2.确定平行单色光入射光强度。清洗检测池6，将步骤1中检测池6内农药溶液换成当地自来水，用步骤1中得到的最佳发射波长的平行单色光照射自来水，通过在线检测装置最终在计算机9中显示出对应的入射光强值
Figure 166778DEST_PATH_IMAGE004
；
3.制作农药透射率和浓度的T-C标准曲线图。配制等差梯度溶液7份，将等差梯度的农药依次装入检测池6内，分别重复步骤2，得到7份等差梯度浓度农药的透射光的光强值
Figure 197051DEST_PATH_IMAGE007
(其中0＜j≤7，j为自然数），根据所述步骤2中得到的入射光强的光强值
Figure 355500DEST_PATH_IMAGE004
，在计算机9中运算数学公式得到等差梯度浓度农药的透射率值
Figure 994608DEST_PATH_IMAGE009
(其中0＜j≤7，j为自然数），将7份等差梯度浓度农药的浓度值
Figure 195783DEST_PATH_IMAGE010
和对应的透射率值
Figure 779211DEST_PATH_IMAGE009
的数据存储在计算机，并在计算机里拟合公式
Figure 91243DEST_PATH_IMAGE006
 的曲线图，得到不同浓度农药的透射率T与农药浓度C之间关系的T-C标准曲线图，将此标准曲线存入计算机作为该种农药浓度检测依据；
4.将两盖塞5取下，把检测池6连接在混药喷雾系统喷杆管路中，接通农药输送管路后，将会产生未知浓度溶液的透射光强信号被光电倍增管探测器7接收并传送到计算机9中，计算机9通过输入的透射光强信号自动计算出相对应的透射率，并对照存储的该溶液透射率和浓度T-C标准曲线模型，最终显示出该种未知浓度的农药溶液的浓度C。
图5为采用本专利方法的另一个具体实施装置，图中的在线检测农药浓度的装置包括激光二极管101、不透明的检测管壳体4、盖塞5、检测池6、光电倍增管探测器7、数据采集系统8、计算机9和检测池壳体10；激光二极管101的波长和功率选择标准为此波长不可激发农药产生荧光，功率根据溶液透光度选择，透光度较好可采用50mW，若农药溶液透光度不好可以选择大功率，如200mW等，检测池6为检测池壳体10的内腔，检测池壳体10两端为圆柱外壳且加工出外螺纹，中间圆柱部分对称分布两个切平面11，切平面11上加工对称的通孔12，并用防水密封胶将矩形石英玻璃片13粘附在两对称通孔12上，使激光二极管101发出的平行单色光能透过石英玻璃片13 穿过通孔12（见图2、图3、图4），盖塞5用于密封检测池6；光电倍增管探测器7连接在检测管壳体4上将由激光二极管21出射的光信号转换为电信号，数据采集系统8用来将光电倍增探测器7上的电信号转化为数字信号发送给计算机9，计算机（9）具有存储数据、处理数据和查询数据的功能，用来显示透射光强值、计算透射率、模拟数学模型和匹配浓度值。
利用该装置在线检测农药浓度的步骤如下：
1. 确定平行单色光入射光强度。将盖塞5与检测池壳体10的一端连接，在检测池6内加入农药的溶剂自来水，用另一盖塞5连接检测池壳体10以密封检测池6；打开激光二极管101，平行单色光通过检测池壳体10上的通孔12照射到光电倍增探测器7上，光电倍增探测器7将光信号转化为电信号传送给数据采集系统8，数据采集系统8将电信号转化为数字信号传送给计算机9，将计算机9上显示的透射光强值
Figure 76517DEST_PATH_IMAGE004
作为平行单色光的入射光强度；
2. 制作农药透射率和浓度的T-C标准曲线图。配制等差梯度溶液7份，将等差梯度的农药依次装入检测池6内，分别重复步骤1，得到7份等差梯度浓度农药的透射光的光强值
Figure 448592DEST_PATH_IMAGE007
，根据所述步骤1中得到的入射光强的光强值
Figure 581633DEST_PATH_IMAGE004
，在计算机9中运算数学公式
Figure 635040DEST_PATH_IMAGE008
得到等差梯度浓度农药的透射率值
Figure 537137DEST_PATH_IMAGE009
，将j份等差梯度浓度农药的浓度值
Figure 80114DEST_PATH_IMAGE010
和对应的透射率值
Figure 372555DEST_PATH_IMAGE009
的数据存储在计算机，并在计算机里拟合公式
Figure 291969DEST_PATH_IMAGE006
 的曲线图，得到不同浓度农药的透射率T与农药浓度C之间关系的T-C标准曲线图，将此标准曲线存入计算机作为该种农药浓度检测依据；
3. 将两盖塞5取下，把检测池6连接在混药喷雾系统喷杆管路中，接通农药输送管路后，将会产生未知浓度溶液的透射光强信号被光电倍增管探测器7接收并传送到计算机9中，计算机9通过输入的透射光强信号自动计算出相对应的透射率，并对照存储的该溶液透射率和浓度T-C标准曲线模型，最终配额出该种未知浓度的农药溶液的浓度C。
本发明适用的条件为：该种农药均匀溶液对光有较强的吸收效果，对于有荧光效果的农药均匀溶液在避开荧光激发波长范围外的波段对光有较强的吸收效果。

Claims (4)

1.一种在线检测农药浓度的方法，其特征在于：具体步骤为：
A）确定最佳波长的平行单色光；将任意浓度的农药装入尺寸确定的检测池内，利用波长范围为200nm-800nm的不同平行单色光照射农药溶液，找出透射光强最暗的平行单色光，以所述透射光强最暗的平行单色光作为最佳波长的平行单色光；
B）确定最佳波长平行单色光的入射光强值；清洗检测管后，将自来水装入检测池，利用最佳波长的平行单色光照射自来水，通过电子光学器件读出自来水的透射光强值来近似作为入射光的光强值                                                
Figure 111007DEST_PATH_IMAGE001
；
C）制作农药的透射率T与农药浓度C关系的T-C标准曲线图；配制j份等差梯度浓度的农药，其中j≥7，将j份等差梯度的农药依次装入检测池内，分别重复步骤2，得到每份农药的透射光的光强值，根据所述步骤B得到的入射光强的光强值
Figure 616124DEST_PATH_IMAGE001
，通过计算机运算数学公式
Figure 36741DEST_PATH_IMAGE003
得到每份浓度农药对应的透射率值
Figure 571628DEST_PATH_IMAGE004
，将j份等差梯度浓度农药的浓度值
Figure 668765DEST_PATH_IMAGE005
和对应的透射率值
Figure 593996DEST_PATH_IMAGE004
的数据存储在计算机，并在计算机里拟合公式 的曲线图，得到不同浓度农药的透射率T与农药浓度C之间关系的T-C标准曲线图；
 D）在线获得检测池里的农药浓度值；将检测池连接农药输送管路，实时检测检测池里的农药浓度时，只要利用电子光学器件读取检测池里农药的透射光强值，并将透射光强值输入计算机计算出对应的透射率值，通过匹配存储在计算机里的T-C曲线数据模型，即可快速在计算机中显示出此透射率下检测池里农药的浓度值。
2.一种利用权利要求1的方法实现在线检测农药浓度的装置，其特征在于：包括平行单色光源、不透明的检测管壳体(4)、盖塞(5)、检测池(6)、光电倍增管探测器(7)、数据采集系统(8)、计算机(9)和检测池壳体(10)；所述平行单色光源与不透明的检测管壳体（4）连接，用来向检测池(6)内提供一定波长的平行单色光；所述检测池(6)为检测池壳体(10)的内腔；所述检测池壳体(10)两端为圆柱外壳且加工出外螺纹，中间圆柱部分对称分布两个切平面(11)，切平面(11)上加工对称的通孔(12)，并用防水密封胶将矩形石英玻璃片(13)粘附在两对称通孔(12)上，使平行单色光能透过石英玻璃片(13) 穿过通孔（12）；所述检测池壳体（10）整体穿过检测管壳体（4），所述检测池壳体（10）的两端通过与盖塞(5)螺纹连接来实现对检测池（6）的密封；所述光电倍增管探测器(7)连接在检测管壳体(4)上接收平行单色光源发射的单色光，并将光信号转换为电信号；所述数据采集系统(8)用来将光电倍增探测器(7)上的电信号转化为数字信号发送给计算机(9)，所述计算机（9）具有存储数据、处理数据和查询数据的功能，用来显示透射光强值、计算透射率、模拟数学模型和匹配浓度值。
3.根据权利要求2所述的在线检测农药浓度的装置，其特征在于：所述平行单色光源包括光源(1)、单色仪(2)、光学元件(3)；所述光学元件(3)由两片共焦的凸透镜组成，两凸透镜平行放置且凸透镜之间的距离为凸透镜两倍焦距；所述光源(1)与单色仪(2)光路对接并整体加黑色套筒以消除外界光的干扰；所述单色仪(2)与光学元件(3)之间用光纤(203)连接；所述光学元件(3)与检测管壳体(4)之间采用螺纹联接。
4.据权利要求2所述的在线检测农药浓度的装置，其特征在于：所述平行单色光源为激光二极管(101)。
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