CN103630502A - 一种基于脱色反应表征混药器在线混药均匀性装置和方法 - Google Patents

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邱白晶
马靖
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Abstract

本发明设计了一种基于脱色反应表征混药器在线混药均匀性装置和方法，该装置包括混药器、光电二极管、发光二极管、四氟管，混药器包括溶剂进口和液态溶质进口，四氟管连接在混药器末端，四氟管在靠近混药器与四氟管连接点处凿出两个小孔，两孔相对，发光二极管和光电二极管分别安装在凿出的两个小孔内，均是穿壁安装。该装置检测混药器在线混药均匀性时，将蓝色的淀粉-碘作为液态溶质溶于硫代硫酸钠溶剂形成的混合药液进入混药器，发光二极管对混药器进行照射，光电二极管接收装有混合药液的混药器折射的光信号，并将光信号转换成电信号，通过电压表示；电压的数值表示了混合的均匀程度。该方法简单实用，主要用于表征混药器在线混药的均匀性。

Description

一种基于脱色反应表征混药器在线混药均匀性装置和方法
技术领域
本发明涉及一种基于脱色反应表征混药器在线混药均匀性的装置和方法，属于植保机械领域。
背景技术
近年来在线混药技术得到研究人员的重视，积极研究在线混药技术，期望能指导实践并能应用于生产。在线混药技术与预混合混药方式相比的优点：（1）药箱和水箱分离，避免人工混药和管路药箱残夜清洗，从而提高安全性；（2）可以根据田间情况实现药量进行变量；喷施，从而提高农药利用率，节省农药降低成本，并减轻对周围环境污染。在线混药通过混药器对药、水进行混合，由此，混药器在线混药的均匀性需进行检测，是否符合农业生产要求，以此评价混药器在线混药的工程意义。
目前，植保机械领域虽然也有一些液体混合的均匀性的检测方法，但这些检测方法大都利用的是物理过程，比如向溶液中加入荧光剂或示踪粒子，在液体混合过程中对其进行图像采集、处理，而这些方法往往只能检测液体混合过程中单一点或是一小部分的浓度场信息。在对相近技术现有专利进行检索时发现，申请日期为2010.12.24，申请号为201010603080.1的中国专利《液体混合浓度场检测方法》公开了一种利用脱色反应颜色变化的特点，来表征不同液体混合后整个混合区域浓度场的方法，但是上述检测方法以KI作为辅助溶剂，溶解直链淀粉后用CCD相机采集图像并进行后续处理的方式，并没有提及具体的淀粉选型及淀粉、I2的溶解方法。再如申请日期为2008.01.16，申请号为200810019185.5的中国专利《液体浓度检测装置及检测方法》公开了一种光斑位置检测浓度信号的方法，该检测方法中的透射光源与光学接收器均是安装于密闭容器的外部，并没有插入液体内部。
发明内容
本发明目的在于提出了一种基于脱色反应表征混药器在线混药均匀性的装置和方法。该装置包括混药器、光电二极管、发光二极管、四氟管，混药器包括溶剂进口和液态溶质进口，四氟管连接在混药器末端，四氟管在靠近混药器与四氟管连接点处凿出两个小孔，两孔相对，孔径2.3~3.3mm，发光二极管和光电二极管分别安装在凿出的两个小孔内，均是穿壁安装。发光二极管发出的光是波长范围在400~600nm的可见光，光电二极管参考电压是0~7V。且四氟管外部采用不透光黑胶布缠绕，以避免受到外界光照的影响。
本发明基于的思想是：有色药液的混合至均匀反应是一个脱色反应过程，其颜色变化是空间连续的，所以发光二极管发出的光透过混药器末端连接的四氟管时，透射出的光是与混药的均匀程度相关的。将发光二极管对混药器照射，光透过装有混合药液后会有透射光和反射光产生，光电二极管采集该透射光信号，并转换为光电流，光电流与转化后的电压信号存在线性关系，通过解读电压信号可以测试出混药的均匀性。一般是，混合药液越不均匀，颜色越深，透光率越低，电压值越低。所以电压值越低，表明混合药液均匀性越差。反之，电压值越高，混合药液均匀性越好。
使用该装置测量混药均匀性的方法为：
第一步：开启电源，发光二极管工作，溶剂和液态溶质分别从溶剂进口、液态溶质进口进入混药器形成混合药液；
第二步：光电二极管接收装有混合药液的混药器折射的光信号，将光信号转换成电信号，并通过电压表示。
第三步：电压值的数字表明了混合药液的均匀性，电压值越低，混合药液均匀性越差。电压值越高，混合药液均匀性越好。
用淀粉-碘溶液作为液态溶质，无色的硫代硫酸钠溶液作为溶剂，用该装置进行混药均匀性的测试。将二者同时泵入混药器进行混合，混合均匀后，蓝色变为无色，这个过程称为脱色反应。若脱色反应未进行完全，即蓝色未完全脱去，透射的光被光电二极管采集转化为电信号和电压1，脱色反应进行完全，透过混合药液的光被光电二极管采集转化为电信号和电压2，电压2的值比电压1的值高，说明了混药更均匀了。
其中淀粉溶液是透明的马铃薯淀粉溶液，碘溶液由碘单质溶解在99%乙醇溶液中配制而成。马铃薯淀粉溶液是由0.08~0.15g马铃薯淀粉与2.5~3.2mL二甲亚砜在60℃油浴中加热15min，冷却至室温后再溶于水所得。
附图说明
图1为该装置示意图。
图2为脱色反应原理图。
其中：1—溶剂进口，2—溶质进口，3—光电二极管，4—混合药液的出口，5—四氟管，6—发光二极管，7—混药器。
具体实施例
为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合附图做进一步的说明。
该装置包括混药器、光电二极管、发光二极管、四氟管，混药器包括溶剂进口和溶质进口，四氟管连接在混药器末端，四氟管在靠近混药器与四氟管连接点处凿出两个小孔，两孔相对，孔径2.3~3.3mm，发光二极管和光电二极管分别安装在凿出的两个小孔内，均是穿壁安装，且发光二极管发出的光是波长范围在400~600nm的可见光，光电二极管参考电压是0~7V。
使用该装置测量混药均匀性的方法为：
第一步：开启电源，发光二极管工作，溶剂和液态溶质分别从溶剂进口、液态溶质进口进入混药器形成混合药液；
第二步：光电二极管接收的经混药器混合后的混合药液的光信息号，并将光信号转换成电信号，并用电压表示。
第三步：通过电压值的比较，解释混药的均匀程度。
用淀粉-碘溶液作为液态溶质，无色的硫代硫酸钠溶液作为溶剂，用该装置进行混药均匀性的测试。将二者同时泵入混药器进行混合，混合均匀后，蓝色变为无色，这个过程称为脱色反应。光电二极管所接收的光电流与转化后的电压信号存在着线性关系：脱色反应进行的越不完全，混合液颜色越深，透光率越低，光电二极管输出的电压值越低，表明混药均匀性越差，反之，光电二极管输出的电压值越高，混药均匀性越好。
其中淀粉溶液是透明的马铃薯淀粉溶液，碘溶液由碘单质溶解在99%乙醇溶液中配制而成。马铃薯淀粉溶液是由0.08~0.15g马铃薯淀粉与2.5~3.2mL二甲亚砜在60℃油浴中加热15min，冷却至室温后再溶于水所得。
混合液颜色越深，透光率越低，光电二极管输出的电压值越低，表明混药均匀性越差，反之，光电二极管输出的电压值越高，混药均匀性越好。

Claims (6)

1.一种基于脱色反应表征混药器在线混药均匀性的装置，包括混药器、光电二极管、发光二极管、四氟管，混药器包括溶剂进口和液态溶质进口，其特征在于：四氟管连接在混药器末端，四氟管在靠近混药器与四氟管连接点处凿出两个小孔，两孔相对，孔径2.3~3.3mm，发光二极管和光电二极管分别安装在凿出的两个小孔内，均是穿壁安装。
2.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：发光二极管发出的光是波长范围在400~600nm的可见光，光电二极管参考电压是0~7V。
3.一种根据权利要求1所述的装置，其特征在于：四氟管外部采用不透光黑胶布缠绕，以避免受到外界光照的影响。
4.一种利用权利要求1所述的装置检测混药器在线混药均匀性的方法，其特征在于：溶剂和液态溶质分别从溶剂进口、液态溶质进口进入混药器形成混合药液，发光二极管对混药器进行照射，光电二极管接收装有混合药液的混药器折射的光信号，并将光信号转换成电信号，通过电压表示；电压的数值表示了混合的均匀程度，电压值越低，混合药液的均匀性越差，电压值越高，混合药液的均匀性越好。
5.根据权利要求3所述的检测混药器在线混药均匀性的方法，其特征在于：混合药液是指蓝色的淀粉-碘作为液态溶质溶于硫代硫酸钠溶剂形成的混合物，淀粉为透明的马铃薯淀粉溶液，碘则为碘固体单质溶于99%乙醇所得。
6.根据权利要求4所述的检测混药器在线混药均匀性的方法，其特征在于：透明的马铃薯淀粉溶液由0.08~0.15g马铃薯淀粉与2.5~3.2mL二甲亚砜在60℃油浴中加热20min，冷却至室温后再溶于水所得。
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