CN105510071B - 一种分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统及测试方法，属于农业机械技术领域。该系统包括底部具有伺服电机驱动导向轮的集雾装置，集雾装置含有沿导向方向排列的一组漏斗底的集雾槽，漏斗底的最低处安置集雾试管，集雾试管的底部具有电磁阀，且下部安装触发传感器、预定高度安装液位传感器，触发传感器和液位传感器的信号输出端接控制计算机的采集信号输入端，控制计算机的相应控制输出端分别接伺服电机和电磁阀的受控端。采用本发明后，不仅实现了在各采样区间的动态实时测量，并且可有效控制测试误差，调试、校准、维护均十分方便，从而在大大提高效率的同时，切实保证了测试精度。

Description

一种分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及一种计算机控制的测试装置，尤其是一种分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统，同时还涉及使用该系统的测试方法，属于农业测试技术领域。

背景技术

据申请人了解，我国农业病虫草害年发生面积在4亿公顷次以上，年使用制剂农药超过150万吨。但施药技术与装备落后，农药有效利用率仅为30％左右，其余大量农药流失到土壤、水体、空气中，或是残留在农产品中，严重影响环境安全、农产品质量安全，以及国民身体健康。

农药喷雾量分布均匀性是决定农药有效利用率的关键因素之一，也是评价施药技术装备对环境污染、农产品质量安全影响程度的主要依据。迄今为止，农药喷雾量分布均匀性测试方法为：通过固定式集雾槽采集药液雾滴，再通过量杯人工逐一称量每个测试截面单位时间内的喷雾量。此类方法不仅测试效率低，而且测量误差大、测试精度难以保证。具体而言，对喷雾量分布特性的测定需要对喷枪全射程(或喷杆全喷幅)的雾量分布参数进行同步采集，所需测试系统的固定式集雾槽的长度(测量范围)需大于喷枪最远射程(或喷杆最大喷幅)，通常需要20m～30m才能满足远程喷枪和大型喷杆喷雾机的测试要求，不仅占地面积大，并且对集雾槽的维护、校准工作也十分复杂。此外，现有对雾量分布特性的测试采用直接测量相同时间内集雾槽各流道所采集的雾滴质量或体积的方法，即在被测喷射部件喷雾一定时间并停止后，借助天平或量筒依次对集雾槽各流道所采集的雾滴质量或体积进行人工测量，或采用桥梁式称重传感器进行测量，不仅自动化程度低，测量精度也难以保证，测量的稳定性、可靠性及精准度均较差，并且经常需要对其逐一的进行法码较准，大大增加了测试系统的调试、维护难度，降低了测试效率。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述技术存在的问题，提出一种测试效率和测试精度均显著提高，并且结构紧凑、维护校准方便的分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统，同时给出相应的测试方法，从而为评价植保机械对环境污染及对农产品质量安全的影响提供更为科学的测试手段。

为了达到以上目的，本发明的分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统的基本技术方案为：包括底部具有伺服电机驱动导向轮的集雾装置，所述集雾装置含有沿导向方向排列的一组漏斗底的集雾槽，所述漏斗底的最低处安置集雾试管；所述集雾试管的底部具有电磁阀，且下部安装触发传感器、预定高度安装液位传感器；所述触发传感器和液位传感器的信号输出端接控制计算机的采集信号输入端，所述控制计算机的相应控制输出端分别接伺服电机和电磁阀的受控端。

采用上述系统的测试时，控制计算机按如下基本步骤运行：

第一步、控制伺服电机驱动导向轮，带动集雾装置到达预定测试工位；

第二步、控制关闭各电磁阀；

第三步、当接收触发传感器感受到液雾时开始计时；

第四步、当接收到液位传感器的液位信号时，记录相应集雾槽的计时时间，并判断是否为最后一个液位传感器；如否，则继续接收记录；如是，则记录后进行下一步；

第五步、控制打开各电磁阀，并判断是否完成预定喷雾区域的测试；如否，则控制伺服电机驱动导向轮，带动集雾装置到达下一预定测试工位，重复以上第二步至第四步；如是，则进行下一步；

第六步、停止测试，输出测试结果。

可以看出，采用本发明后，可以对喷枪射程(或喷杆喷幅)方向的雾量分布参数进行分段采集后汇总处理，因此集雾槽的长度可以明显缩短，能满足射程(或喷幅)不同各种喷射部件的测试需要。并且本发明采用测定各集雾试管积聚相同体积雾滴的时间测试雾量分布特性，借助计算机自动测定记录相应的时间量，从而获取雾量分布曲线等测试结果，不仅实现了在各采样区间的动态实时测量，并且只要保证触发传感器与液位传感器的相对位置精度，即可有效控制测试误差，因此调试、校准、维护均十分方便，从而在大大提高效率的同时，切实保证了测试精度。

进一步，所述导向轮位于导轨上，所述导轨间隔分布有与预定分段相应的感应片，所述集雾装置上装有信号输出端接控制计算机相应信号输入端的接近开关。

再进一步，所述触发传感器、液位传感器及接近开关的信号输出端通过安置在集雾装置上的无线收发器和位于控制侧的无线收发装置与控制计算机的采集信号输入端连接，所述控制计算机的控制输出端通过所述无线收发装置和无线收发器分别接伺服电机和各电磁阀的受控端。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的侧视图。

图4为图1实施例一次测试得到的雾滴分布分析图表。

具体实施方式

实施例一

本实施例的分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统如图1至图3所示，集雾装置支撑在底部位于组装式导轨7上的主动导向轮13和从动导向轮11上，各导向轮通过支架10连接。其中的主动导向轮13与安置在集雾装置下部的伺服电机8通过伞齿轮副构成的传动机构14传动联接。组装式导轨7每隔1m安装有一个接近开关感应金属片，集雾装置上装有接近开关12，充电电池5用于供电。集雾装置的上部沿导向方向排列一组十个弧形漏斗底的集雾槽1(长×宽100cm×10cm)，漏斗底的最低处安置集雾试管2。集雾试管2的底部具有电磁阀3，且集雾试管2的下部安装触发传感器6’，预定高度安装液位传感器6。触发传感器6’与集雾试管2的底端具有适当距离(该距离可根据集雾试管内径以及被测喷射部件的喷雾状况通过试验确定)。因为整个测试过程被测喷射部件一直处于喷雾状态，当测试系统在一个工位开始测试时，集雾试管中难免有残液。将触发传感器安置在集雾试管的下部使得收集到的药液到达触发传感器后才开始计时，直至药液到达上部的液位传感器停止计时，从而避免药液残留造成的测量误差——这是确保本实施例测试系统可在多个工位连续测试、无需让喷雾机停止喷雾的关键缘由之一。

触发传感器6’和液位传感器6的信号输出端以及接近开关12的信号输出端通过安置在集雾装置上无线收发器16和位于控制侧的无线收发装置17接控制计算机15的采集信号输入端，该控制计算机15的相应控制输出端则通过无线收发装置17和无线收发器16分别接伺服电机8和各电磁阀3的受控端。

测试时，控制计算机15的主要运行步骤为：

第一步、控制伺服电机8驱动导向轮13，带动集雾装置沿导轨到达被测喷射部件附近的预定测试工位；

第二步、控制关闭各电磁阀3，使其开始接收被测喷射部件喷洒的液雾；

第三步、当接收触发传感器6’感受到液雾时开始计时；

第四步、当接收到某一液位传感器6的液位信号时，记录相应集雾槽2的计时时间，并判断是否为最后一个(即第十个接收到的)液位传感器；如否，则继续接收记录；如是，则记录后进行下一步；

第五步、控制打开各电磁阀3，并判断是否完成预定喷雾区域的测试，即判断是否位于最后一个测试工位；如否，则控制伺服电机驱动导向轮，带动集雾装置到达下一预定测试工位，重复以上第二步至第四步；如是，则进行下一步；

第六步、停止测试，输出测试结果。

采用本发明后，可以对喷枪射程(或喷杆喷幅)方向的雾量分布参数进行分段采集后汇总处理，因此集雾槽的长度可以明显缩短，能满足射程(或喷幅)不同各种喷射部件的测试需要。并且本发明采用测定各集雾试管积聚相同体积雾滴的时间测试雾量分布特性，借助计算机自动测定记录相应的时间量，从而获取雾量分布曲线等测试结果，不仅实现了在各采样区间的动态实时测量，并且只要保证触发传感器与液位传感器的相对位置精度，即可有效控制测试误差，因此调试、校准、维护均十分方便，从而在大大提高效率的同时，切实保证了测试精度。

具体而言，测试操作时，测试操作人员通过控制计算机的人机界面输入被测植保喷射部件机具的型号、生产企业、流量、喷雾压力、射程(或喷幅)等相关基本信息，并设定决定本次测试区域的行程范围(≥被测喷射部件的射程或喷幅)、初始工位等测试参数信息，再点击启动测试。主动导向轮将随之在伺服电机的驱动下转动，集雾装置运行至预先设定的初始测试工位，安装在集雾装置底部的接近开关感应到安装在组装式导轨上的金属片，伺服电机停转，集雾装置随即停止在所需测试工位上。

集雾装置在运行至该工位的过程中，底端安装的电磁阀处于打开状态；当集雾装置运行至该工位后，电磁阀关闭，集雾试管开始收集药液雾滴。当收集的药液到达集雾试管下部的触发传感器时，控制计算机开始对相应的集雾试管计时(10根集雾试管分别计时)，当收集的药液到达集雾试管上部的液位传感器时，计算机停止计时，并分别得出相应集雾试管中药液从下部传感器到达上部传感器的时间量。

当最后一根集雾试管中的药液到达上部液位传感器后，10根集雾试管的集液时间量全部测定完毕，所有电磁阀受控打开开始排液。与此同时，伺服电机开始工作，驱动主动导向轮转动，使集雾装置向下一个工位运行。当集雾装置上的接近开关感应到安装在组装式导轨上的下一个金属片时，伺服电机停止工作，集雾装置也随即停止运行。在集雾装置运行过程中，集雾试管中的药液完全排空。

当集雾装置运行达到下一个工位并停止后，各电磁阀关闭，集雾试管再次开始收集药液雾滴，并重复上述计时以及分别得出各集雾试管集液时间量的过程。如此循环，直至将预先设定的行程范围内(即被测植保机具全射程或全喷幅)所需的喷雾量分布参数全部测定完毕。

控制计算机将以上分段采集的数据进行处理，形成被测植保机具全射程(或全喷幅)的喷雾量分布特性曲线，并可形成分析图表、打印输出。

本实施例中，由于集雾装置由10个集雾槽组成，对应有10个集雾试管，每个集雾试管的计时都是独立进行的，而各集雾试管从下部触发传感器到上部液位传感器之间的药液量q_s是一定的，因此根据记录的时间，可以换算出单位时间内每个集雾试管所采集到的喷雾量q_i(i＝1～10)，即q_i＝q_s/M_j，M_j为集雾试管的时间量(j＝1～10)。据此，计算机不难按q_i值逐一绘制每个运行周期内的喷雾量分布特性曲线，并最终生成被测植保喷射部件机具全射程(或全喷幅)的喷雾量分布特性曲线(参见图4)，进而根据计算公式计算出喷雾量分布均匀性变异系数。

式中：

n—沿射程(或喷幅)方向的测试截面数(即集雾槽数，本实施例n＝10)

—单位时间内10个集雾试管所采集到的喷雾量的平均数

q₁、q₂……q_n—单位时间内每个集雾试管所采集到的喷雾量

S—标准差

V—变异系数

归纳起来，本实施例与现有技术相比，具有如下明显有益效果：1)通过测试系统和测试步骤的“化整为零”，使得结构十分紧凑，应用更为灵活，数据分段采集操控方便、结果精确

现有喷雾量分布特性的测定需要对喷枪全射程(或喷杆全喷幅)的雾量分布参数进行同步采集，所需测试系统的固定式集雾槽长度(测量范围)需大于喷枪最远射程(或喷杆最大喷幅，通常20m～30m)才能满足远程喷枪和大型喷杆喷雾机的测试要求，不仅占地面积大，并且对集雾槽的维护、校准十分繁杂，应用受限。

本实施例的测试系统采用沿喷枪射程(或喷杆喷幅)方向对雾量分布参数分段采集，再进行全射程(或全喷幅)数据处理的测试方法，使得集雾槽的长度缩短为一个采样区间(1m)，测量范围则可通过组装式导轨长度的随意改变，从而满足看所测喷射部件不同射程(或喷幅)的需要，巧妙克服了现有技术存在的弊端。

2)雾量分布特性测试方法不仅自动化程度高，而且易于保证测试精度

现有对雾量分布特性的测试采用直接测量相同时间内集雾槽各流道所采集的雾滴质量或体积的方法，即在被测喷射部件喷雾一定时间并停止后，采用天平或量筒依次对集雾槽各流道所采集的雾滴质量或体积进行人工测量，或采用桥梁式称重传感器进行测量，不仅劳动强度大，且测量精度也难以保证，易受工作环境、作业工况等多因素影响，测量的稳定性、可靠性及精准度较差，测试效率低。

本实施例的测试系统创新采用测定各集雾槽(集雾试管)采集相同体积雾滴的时间量的方法，间接测试雾量分布特性，从而获取雾量分布曲线，不仅实现了在各采样区间的动态实时测量，并且仅需在集雾试管的加工过程中保证下部触发传感器和上部液位传感器的相对位置精度，即可有效控制采用时间量分布特性表征雾量分布特性造成的误差，从而保证测试精度。

3)借助控制计算机数据传输、处理分析、形成图表、打印输出十分方便

通过配套的控制计算机可以实现对整个测试过程的远程自动化控制，以及适时的信号采集、数据传输、储存、处理、生成特性曲线，并可通过图表形式打印输出，实现了集雾装置在每个采样、测试区间的精准定位、无缝对接，以及采样、测试区间定位的全程自动化控制，提高了分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统的整体测量精度。

Claims (4)

1.一种分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统，其特征在于：包括底部具有伺服电机驱动导向轮的集雾装置，所述集雾装置含有沿导向方向排列的一组漏斗底的集雾槽，所述漏斗底的最低处安置集雾试管；所述集雾试管的底部具有电磁阀，且下部安装触发传感器、预定高度安装液位传感器；所述触发传感器和液位传感器的信号输出端接控制计算机的采集信号输入端，所述控制计算机的相应控制输出端分别接伺服电机和电磁阀的受控端。

2.根据权利要求1所述分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统，其特征在于：所述导向轮位于导轨上，所述导轨间隔分布有与预定分段相应的感应片，所述集雾装置上装有信号输出端接控制计算机相应信号输入端的接近开关。

3.根据权利要求2所述分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统，其特征在于：所述触发传感器、液位传感器及接近开关的信号输出端通过安置在集雾装置上的无线收发器和位于控制侧的无线收发装置与控制计算机的采集信号输入端连接，所述控制计算机的控制输出端通过所述无线收发装置和无线收发器分别接伺服电机和各电磁阀的受控端。

4.采用权利要求1至3任一所述分段式农药喷雾量分布均匀性测试系统的测试方法，其特征在于：所述控制计算机按如下基本步骤运行：

第一步、控制伺服电机驱动导向轮，带动集雾装置到达预定测试工位；

第二步、控制关闭各电磁阀；

第三步、当接收触发传感器感受到液雾时开始计时；

第四步、当接收到液位传感器的液位信号时，记录相应集雾槽的计时时间，并判断是否为最后一个液位传感器；如否，则继续接收记录；如是，则记录后进行下一步；

第五步、控制打开各电磁阀，并判断是否完成预定喷雾区域的测试；如否，则控制伺服电机驱动导向轮，带动集雾装置到达下一预定测试工位，重复以上第二步至第四步；如是，则进行下一步；

第六步、停止测试，输出测试结果。