CN103940785A - 一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明基于透射和散射测量原理，提供一种混药浓度在线测量装置，以实现低成本混药浓度在线测量。该装置主要包括：透射管座（1）、透射管（2）、激光二极管（3）、电源（4）、透射硅光电池（5）、散射硅光电池（12）、处理器（6）、信号检测放大电路（7）、传感器盒（8），法兰接头（9）、密封圈（10）、连接螺栓（11）。石英透射管放置在透射管座的内部，激光二极管安装在透射管座的直通圆孔上，透射硅光电池正对激光二极管安装，散射硅光电池垂直激光二极管和透射硅光电池安装。透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号放大后输入到处理器。根据输出信号与混合液质量浓度的映射关系，确定混药浓度。

Description

一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置

技术领域

本发明涉及植保机械领域，尤其是一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置。

背景技术

植保机械在线混药可以按需调节农药浓度，实现精确施药，以节省农药，降低环境污染。混药浓度的在线测量是实现按需施药的一个重要方面。目前溶液浓度的测量方法，有采用比重法（密度法），即通过测量混合液的密度，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，并且测量的只是平均浓度。另外有采用导电测量方法，超声波法，折射率法等。其测量对溶液的要求较高。在混药浓度测量方面，申请号为201110367104.2 “一种混药浓度在线检测方法及其装置”公开了一种基于光纤折射的在线浓度测量方法和装置，该方法可实现混药浓度在线测量，但是折射法不适合测量悬浊液或乳浊液。申请号为201210579127.4“一种植保机械混药浓度场在线测量装置”公开了一种基于平面激光诱导荧光的混药浓度场在线测量装置，可实现浓度场的准确在线测量，但是其装置复杂，设备成本较高，并且只能在实验室条件下测量。 

目前我国常用的农药喷雾剂型主要是乳油、可湿性粉剂等，这些剂型在与水混合后呈现为白色的乳浊液或悬浊液，其密度与水的密度差别较小。所以传统的比重法、折射法难以准确测量混药浓度，而平面激光诱导荧光方法则存在装置复杂、成本高的问题。悬浊液或乳浊液在激光照射下具有透射和散射的特性，通过同时测量透射和散射，可以较准确反映浓度信息，并可实现较大浓度范围的测量。

发明内容

本发明克服现有测量技术的不足，基于透射和散射测量原理，提供一种混药浓度在线测量装置，以实现较低成本的混药浓度的在线准确测量。

本发明采用的技术方案是：

本发明是一种基于透射和散射的混药浓度测量装置，主要包含以下部件：透射管座1、透射管2、激光二极管3、电源4、透射硅光电池5、散射硅光电池12、处理器6、信号检测放大电路7、传感器盒8，法兰接头9、密封圈10、连接螺栓11。透射管座1为方形，两端有方形法兰，透射管2为方形的石英材质，放置在透射管座1的内部，透射管座1中间留有激光二极管3、透射硅光电池5、散射硅光电池12的安装圆孔。透射管座1的两端与法兰接头9通过螺栓11连接，透射管2和法兰接头9通过密封圈10密封，法兰接头9带有管螺纹，可通过快速接头与喷雾管路连接。激光二极管3的波长为650nm到700nm之间，透射硅光电池5和散射硅光电池12的中心波长与激光二极管3的发射波长相同。激光二极管3安装在透射管座1的直通圆孔上，透射硅光电池5正对激光二极管3安装，接收激光二极管3的透射光，散射硅光电池12垂直激光二极管3和透射硅光电池5安装，接收激光二极管3的散射光。电源4通过导线给激光二极管3、信号检测放大电路7和处理器6供电，电源4可提供激光二极管3的3V电压、信号检测放大电路7和处理器6的5V电压。透射硅光电池5和散射硅光电池12的输出信号连接到信号检测放大电路7，信号检测放大电路7将放大后的信号输入到处理器6。

在测量之前，进行混药浓度的标定，具体为：针对待测量农药，配制2种以上不同浓度的均匀混合液，记录每种均匀混合液的质量浓度。针对每一种均匀混合液，使得测量系统处于测量状态，并使得均匀混合液充满透射管2，记录透射硅光电池5和散射硅光电池12的输出信号以及对应的均匀混合液质量浓度；重复以上过程，获得透射硅光电池5和散射硅光电池12的输出信号与相应均匀混合液质量浓度的映射表，通过曲线拟合获得透射硅光电池5和散射硅光电池12的输出信号与混合液质量浓度的映射关系。

在测量时，使得测量装置处于测量状态，并将混药器输出口与本发明测量装置一端的法兰接头9通过快速接头连接，另一端法兰接头9通过快速接头与喷杆或者喷嘴连接，处理器记录透射硅光电池5和散射硅光电池12的输出信号，并根据标定获得的透射硅光电池5和散射硅光电池12的输出信号与混合液质量浓度的映射关系，确定混药浓度。

有益效果：本发明可针对我国常用的农药剂型进行混药浓度在线测量，装置成本较低，并且可安装在喷雾机上进行田间作业条件下在线混药浓度测量。本发明有助于研究不同剂型农药的混合过程研究，对混药器优化设计、农药剂型分析优选提供基础数据，有助于实现施药浓度的实时控制和按需施药，可以提高农药利用率，节省农药，减轻环境污染。

附图说明

图1为基于透射和散射的混药浓度测量装置的示意图。

图2为激光二极管和硅光电池的安装示意图。

图3为基于透射和散射的混药浓度测量装置的检测原理图。

其中：1—透射管座、2—透射管、3—激光二极管、4—电源、5—透射硅光电池、6—处理器、7—信号检测放大电路、8—传感器盒，9—法兰接头、10—密封圈、11—连接螺栓、12—散射硅光电池。

具体实施方式

1. 硬件连接和定位

透射管2放置在透射管座1内，垫圈放置在透射管2两端，采用螺栓连接透射管座1和法兰接头9，采用快速接头连接两端的法兰接头9和喷雾水管。激光二极管3安装固定在透射管座1的安装孔，透射硅光电池5安装的激光二极管3的正对安装孔，散射硅光电池12安装在与激光二极管3和透射硅光电池5垂直的安装孔。电源3V电压端子与激光二极管3连接，电源5V电压端子与信号检测放大电路7和处理器6连接。

2. 标定及测量

（1）标定

取待测浓度的农药，配制成6种以上不同浓度的均匀混合液。针对每一种均匀混合液，将均匀混合液充满透射管，并使测量装置处于测量状态，记录透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号。按以上步骤完成6种以上不同浓度混合液的测量，获得透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号与浓度值的对应列表，通过曲线拟合获得透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号与浓度值的映射关系，保存在处理器中。

（2）测量

在测量时，将混药器输出端与法兰接头通过快速接头连接，使测量装置处于测量状态，使混合液流过透射管，获得透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号，根据透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号与浓度值的映射关系，确定混药浓度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置，包括透射管座（1）、透射管（2）、激光二极管（3）、电源（4）、处理器（6）、信号检测放大电路（7）、传感器盒（8），法兰接头（9）、密封圈（10）、连接螺栓（11）；其特征是：还包括透射硅光电池（5）、散射硅光电池（12），透射管座（1）的两端与法兰接头（9）通过螺栓（11）连接，透射管座（1）中间留有激光二极管（3）、透射硅光电池（5）、散射硅光电池（12）的安装圆孔；激光二极管（3）安装在透射管座（1）的直通圆孔上，透射硅光电池（5）正对激光二极管（3）安装，接收激光二极管（3）的透射光，散射硅光电池（12）垂直激光二极管（3）和透射硅光电池（5）安装，接收激光二极管（3）的散射光；透射硅光电池（5）和散射硅光电池（12）的中心波长与激光二极管（3）的发射波长相同，透射管（2）放置在透射管座（1）的内部，透射管（2）和法兰接头（9）通过密封圈（10）密封，法兰接头（9）带有管螺纹，电源（4）通过导线给激光二极管（3）、信号检测放大电路（7）和处理器（6）供电；透射硅光电池（5）和散射硅光电池（12）的输出信号连接到信号检测放大电路（7），信号检测放大电路（7）将放大后的信号输入到处理器（6）。

2.如权利要求1所述的一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置，其特征是：透射管座（1）为方形，两端有方形法兰。

3.如权利要求1所述的一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置，其特征是：透射管（2）为方形的石英材质。

4.如权利要求1所述的一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置，其特征是：激光二极管3的波长为650nm到700nm。

5.如权利要求1所述的一种基于透射和散射的混药浓度在线测量装置，其特征是：电源（4）可提供激光二极管（3）的3V电压、信号检测放大电路（7）和处理器（6）的5V电压。

6.一种利用权利要求1所述的基于透射和散射的混药浓度在线测量装置的混药浓度在线测量方法，其特征是：通过混药浓度的标定，获得透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号与混合液质量浓度的映射关系；处理器记录透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号，并根据标定获得的透射硅光电池和散射硅光电池的输出信号与混合液质量浓度的映射关系，确定混药浓度。