CN103063636A - 一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业植保技术领域，具体涉及一种植保机械混药浓度场在线测量方法。本发明采用平面激光诱导荧光方法，利用激光器发射激光，通过片光成形部件形成片状平面激光，激发带有荧光示踪剂的混合液，采用CCD相机获得荧光图像。将农药与荧光示踪剂以固定比例混合形成原液，通过将原液稀释为不同倍数的均匀混合液进行标定，结合曲线拟合建立混药浓度与荧光灰度值的映射关系。在实际测量时，实时获取动态混合液的荧光灰度图像，通过图像灰度分布情况反演混合液的浓度场。可实时在线测量透明混药管内的混药浓度场，为自动混药技术和流场分析研究提供基础数据。解决了现有混药浓度测量方法只能测量平均浓度，不能准确测量浓度场的缺陷。

Description

一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法

技术领域

本发明属于农业植保技术领域，具体涉及一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法。

背景技术

精确施药方法根据病虫草害及作物生长情况，按需施药，以节省农药，降低环境污染。采用自动混药技术，可以根据不同的施药需求，实时获得所需浓度的农药，实现农药的精确按需喷施。在自动混药过程中，混药浓度场的实时在线测量是评价混药效果、实现混药浓度按需配置的重要指标。目前一些公知的混药浓度的测量方法，如比重法（密度法）、导电率测量法、超声波测量法等，一般只能测量平均浓度，不能够进行混药浓度分布情况即浓度场的准确测量。比重法即通过测量混合液的比重，如果已知原液及水的密度，则可以通过计算得到混合液的浓度，该方法可以实现浓度测量，但是要求原液与水的密度差异较大，难以实现在线测量，并且测量的只是平均浓度。另外有采用导电测量法，超声波测量法等。这些测量方法对混合液的导电性、密度及颗粒大小的要求较高，测得的仍然是平均浓度。目前尚缺乏对混药浓度场的有效在线测量方法。本发明旨在提供一种混药浓度场的实时在线测量方法，以实现混药浓度场的实时在线测量，为混药性能特性提供测量依据，促进自动混药技术在农业生产中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实时在线测量混药浓度场的方法，激光诱导荧光测量原理是：通过片状激光激发带有荧光示踪剂的混合液，在与片光平面垂直的方向上设置CCD相机，获得垂直方向的荧光图像，荧光图像的灰度值反映了荧光的强度。一般情况下，荧光强度与混合液浓度存在单调递增关系，在一定的荧光示踪剂浓度范围内，荧光强度与混合液的浓度成正比。根据荧光图像的灰度分布情况，通过合适的标定，可以获得混合液的浓度分布情况即浓度场。

本发明的技术解决方案是：

（1）激光片光源的形成。采用固体激光器对激光进行激发，将激发后的激光通过片光成形部件形成片状激光。当激光为532nm时，获得片状激光厚度为0.2-2mm时，效果更好。

（2）原液的形成。将荧光示踪剂按固定比例加入农药中混合均匀后形成原液。要求原液中荧光示踪剂的浓度不超过荧光饱和浓度。当激光为532nm时，荧光示踪剂可以为罗丹明6G。

（3）混合液的形成。原液在混药器的农药注入口注入，在混药器的混药室内与水混合，形成混合液。

混药器要求是透明的，具有农药注入口、水注入口、混药室及混合液出口。

（4）荧光图像的形成。将片状激光照射混合液后用滤光片滤除激光波长的光，通过相机获得荧光图像。相机一般采用CCD相机，采用ICCD相机时，效果更好，能拍摄较弱的荧光图像。

滤光片为长通滤光片，波长超过激光波长5nm以上即可。

（5）混药浓度的标定。取步骤（2）所述的荧光示踪剂-农药按固定比例配制的原液，根据施药时可能的浓度范围，按步骤（3）稀释原液配制至少2种以上浓度的均匀混合液，获取荧光图像，记录该混合液对应的荧光灰度值，将该灰度值映射为对应混合液的浓度值。根据标定获得的荧光灰度值和浓度值对应关系，通过曲线拟合的方式获得荧光灰度与浓度的映射关系。

具体实施时，针对某种农药只需要标定一次，多次标定可以提高浓度场测量的准确度。

（6）混药浓度场的获得。基于标定获得的荧光灰度与浓度映射关系，对任意获取的混合液通过CCD相机获得的荧光图像，进行校正和处理，获得灰度分布情况，经过计算获得该混药浓度场。

本发明解决了现有混药浓度测量方法只能测量平均浓度，不能准确测量浓度场的缺陷。

本发明的有益效果：本发明可以实现自动混药中混药浓度场的实时在线测量，为多种混药结构和混药方式的浓度场分析研究提供基础数据。可以推动自动混药技术的发展及在农业生产中的应用，实现按需施药。

附图说明

图1是本发明的平面激光诱导荧光浓度场测量方法的示意图。

图2是本发明方法的测量流程图。

1——激光器， 2——片光成形部件， 3——混药器，4——相机，5——滤光片，6——处理计算机， 7——混药器水注入口，8——混药器农药注入口，9——混药器混合液出口

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。

具体步骤为：

（1）固体激光器1激发532nm的激光，通过片光成形部件2形成厚度为0.5mm的片状激光。

（2）采用透明玻璃的混药器3，混药器具有农药注入口、水注入口及混合液出口，混药器固定在片状激光可照射区域，片状激光经过混药器3的中心轴线照射到混药室。

（3）在农药中按固定比例添加荧光示踪剂罗丹明6G形成原液。

（4）根据荧光示踪剂的荧光范围，取部分步骤（3）配制好的原液，将原液依次分别稀释为2、5、10、20、50、100、200、500、1000倍，依次将每一种稀释后的混合液加入到混药器中，使得混药器中充满所稀释倍数的混合液，封闭混药器的入口和出口，将混药器放置在测量位置。

（5）在与片状激光平面垂直的方向放置CCD相机4，采用波长为545nm的长通滤光片5滤除激光器发射的光，依次获得每种稀释混合液的荧光图像，将获得的荧光图像输入到处理计算机6，并保存。

（6）对各种稀释混合液对应的荧光图像，进行标定处理，获得各种荧光灰度值对应的浓度值。

（7）根据施药要求的量取步骤（3）配制的原液，并在混药室内与水混合形成混合液。

（8）测量混合液获得荧光图像，并保存到计算机。

（9）结合步骤（8）获得的荧光图像和步骤（6）获得的荧光灰度与浓度值映射关系，经过计算处理获得混药浓度场。

Claims (3)

1.一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法，其步骤为： 

（1）按固定比例加入荧光示踪剂的农药并稀释成已知浓度的均匀混合液；

（2）采用平面片状激光照射装有该均匀混合液混药器的中心轴线获得荧光图像，记录该均匀混合液对应的荧光灰度值；

（3）将该灰度值映射为对应混合液的浓度值进行标定；

（4）取按照相同的比例加入荧光示踪剂的农药，在混药器中与水以任意比例动态混合获得混合液；

（5）采用平面片状激光照射装有该混合液的混药器获得荧光图像，获得灰度分布情况；

（6）将该灰度分布情况与标定的结果对比，获得该混合液浓度场的分布信息。

2.如权利要求1所述的一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法，其特征在于：用于标定的已知浓度的混合液至少要2种以上的浓度。

3.如权利要求1所述的一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法，其特征在于：混合液必须充满混药器。

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