CN107439529B - 土壤净化机及其净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤净化机及其净化方法。土壤净化机包括无人驾驶牵引机，无人驾驶牵引机的动力系统传动连接变速控制系统，变速控制系统的输出端连接有伺服发电机；无人驾驶牵引机的机架上安装有PLC控制器，PLC控制器控制连接变速控制系统；机架底部安装有电磁波发射器以及若干电极组；机架底部还安装有超声波探测器，超声波探测器与PLC控制器信号连接；伺服发电机上安装有编码器，编码器与PLC控制器信号连接。本发明通过超声波探测器探测土壤内微生物活动情况，利用脉冲电压击穿和高频电磁波辐射双重作用将根结线虫等软体微生物灭杀，不仅灭杀彻底、效果好、效率高，而且对环境友好，避免了作物上农药的残留问题，适于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于农业植保技术领域，具体涉及一种土壤净化机及其净化方法。
背景技术
病菌虫害对作物的影响极大，由于作物连作种植造成土传病虫害，特别是土壤根结线虫病的危害呈现蔓延的趋势，导致蔬菜大面积减产甚至绝收。目前对根结线虫的防治主要是采用传统的农药灭杀的方式，例如用呋喃丹、神农丹等高毒农药防治病虫危害。随着根结线虫抗药性的增强，农药的毒性也逐渐加大，如此便形成了恶性循环，剧毒的农药在杀灭根结线虫的同时，对环境也造成了严重的危害，导致土壤的种植环境逐渐恶化，作物减产，同时还使得作物的药物残留严重。
物理农业是物理技术和农业生产的有机结合，是利用具有生物效应的电、磁、声、光、热、核等物理因子操控动植物的生长发育及其生活环境，最大限度地提高产量和杜绝使用农药及其他有害于人类的化学品，是一个新的生产技术体系。
目前市场上有利用高温火焰喷射来进行土壤杀菌的装置，该种火焰杀菌的方式尽管能达到短期的杀菌灭虫作用，但是被杀灭菌虫的生物活性不会被彻底破坏，同时，利用火焰杀菌，只能杀灭火焰接触部分的菌虫，对于土壤内层的菌虫很难达到彻底杀灭作用。
目前也有利用电磁波进行灭菌的相关报道，利用电磁波效应和生物效应达到杀灭细菌的作用，但电磁波灭菌辐照时间长，单独利用电磁波灭菌很难杀灭土壤内层的根结线虫等软体微生物，尤其是藏匿于植物根系内部的虫卵和成年虫。
另外，由于土壤中根结线虫等微生物的分布密度不同以及土壤湿度不同，现有的物理灭菌设备无法根据土壤内的根结线虫密度进行针对性杀灭，灭杀效果均不够理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种灭杀虫害彻底、对环境友好、利于提高农作物产量和品质的土壤净化机。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：土壤净化机，包括无人驾驶牵引机，所述无人驾驶牵引机的动力系统传动连接变速控制系统，所述变速控制系统的输出端连接有伺服发电机；所述无人驾驶牵引机的机架上安装有PLC控制器；所述PLC控制器控制连接所述变速控制系统；
所述无人驾驶牵引机的机架底部安装有电磁波发射器以及若干组由正电极和负电极组成的电极组，所述电极组与所述伺服发电机电性连接；所述电极组固定安装于升降架上，所述升降架与所述机架之间设置有升降导向机构；所述升降架连接有升降驱动机构，所述升降驱动机构与所述PLC控制器信号连接；
所述无人驾驶牵引机的机架底部还安装有超声波探测器，所述超声波探测器的信号输出端与所述PLC控制器的信号输入端连接；所述伺服发电机上安装有编码器，所述编码器与所述PLC控制器信号连接；所述PLC控制器接收所述超声波探测器的检测信号并根据所述超声波探测器的检测信号控制所述电磁波发射器的发射频率和所述伺服发电机的发电频率。
作为优选的技术方案，每组所述正电极和负电极相对设置，所述正电极和负电极的相对面的底端分别设置有电磁波发射孔，所述电磁波发射器发射的电磁波经由所述电磁波发射孔发射而在正电极和负电极之间形成的空隙内往返辐射。
作为优选的技术方案，所述电极组与所述PLC控制器信号连接；所述PLC控制器根据所述电极组形成的电流信号强弱控制所述升降驱动机构动作。
作为优选的技术方案，所述升降导向机构包括所述机架上设置的导向槽，所述升降架固定连接有滑动安装于所述导向槽内的滑板。
作为优选的技术方案，所述升降驱动机构为液压驱动机构。
作为优选的技术方案，所述液压驱动机构包括与液压控制系统连接的液压缸，所述液压缸的活塞杆端与升降臂中部铰接，所述升降臂的顶端与所述升降架固定连接，所述升降臂的底端铰接有转臂，所述转臂与所述机架铰接。
作为优选的技术方案，所述超声波探测器和所述电磁波发射器的外周侧设置有防护罩。
由于采用了上述技术方案，本土壤净化机具有以下有益效果：超声波探测器根据待净化土壤内微生物的活动情况将探测信号反馈到PLC控制器，PLC控制器接收所述超声波探测器的检测信号并根据所述超声波探测器的检测信号控制所述伺服发电机的发电频率，从而通过正电极和负电极之间的脉冲电压将藏匿于植物根系内的虫卵或土壤内的成年虫击穿杀灭；同时伺服发电机通过编码器将信号传送给PLC控制器，PLC控制器根据编码器信号控制所述电磁波发射器的电磁波发射频率，通过发射的电磁波吸收微生物内的蛋白质，使微生物收缩而死；本土壤净化机通过超声波探测器探测微生物活动情况(或分布密度)，通过PLC控制器控制，利用脉冲电压击穿和高频电磁波辐射双重作用将根结线虫等软体微生物灭杀，不仅灭杀彻底、效果好、效率高，而且对环境友好，整体结构设计合理，特别适于大棚种植等连作作业中推广应用。
本发明还提供了一种采用上述土壤净化机对土壤进行净化的方法，包括如下步骤：
步骤一、无人驾驶牵引机按照设定路线在待净化土地内行走，正电极和负电极均插入待净化土壤内；
步骤二、无人驾驶牵引机机架底部的超声波探测器根据待净化土壤内微生物的活动情况将探测信号反馈到PLC控制器；
步骤三、PLC控制器根据超声波探测器的探测信号，通过变速控制系统控制所述伺服发电机的转速和发电频率，通过正电极和负电极之间的脉冲电压将藏匿于植物根系内的虫卵或土壤内的成年虫击穿杀灭；同时伺服发电机通过编码器将信号传送给PLC控制器，PLC控制器根据编码器信号控制所述电磁波发射器的电磁波发射频率，电磁波在正电极和负电极之间的土壤间隙内往返辐射，通过发射的电磁波吸收微生物内的蛋白质，使微生物收缩而死。
作为优选，土壤湿度大时，插入土壤内的正电极和负电极之间的电阻相对较小、电流较大，PLC控制器控制所述升降驱动机构做下降动作，从而带动正电极和负电极下降而深插入土壤内；土壤湿度小时，插入土壤内的正电极和负电极之间的电阻相对较大、电流较小，PLC控制器控制所述升降驱动机构做上升动作，从而带动正电极和负电极上升而浅插入土壤内。
本方法通过超声波探测器探测微生物活动情况，利用脉冲电压击穿和高频电磁波辐射双重作用将根结线虫等软体微生物灭杀，不仅灭杀彻底、效果好、效率高，而且对环境友好，避免了作物上农药的残留问题，利于提高农作物产量和品质。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中升降驱动机构的结构示意图；
图3是本发明实施例的工作状态参考图；
图4是本发明实施例的控制原理图；
图5是本发明实施例的工艺流程图。
图中：1-无人驾驶牵引机；11-动力系统；12-变速控制系统；13-行走机构；14-机架；15-升降架；16-导向槽；17-皮带带轮传动机构；18-防护罩；2-伺服发电机；3-PLC控制器；4-电磁波发射器；5-电极组；51-正电极；52-负电极；53-滑板；54-绝缘板；55-电磁波发射孔；6-升降驱动机构；61-液压控制系统；62-液压缸；63-升降臂；64-转臂；7-超声波探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1至图4所示，土壤净化机，包括无人驾驶牵引机1，所述无人驾驶牵引机1的动力系统11(发动机)通过皮带带轮传动机构17传动连接变速控制系统12(变速箱)，所述变速控制系统12的一个输出端连接有伺服发电机2，变速控制系统12的另一个输出端传动连接行走机构13；所述无人驾驶牵引机1的机架14上安装有PLC控制器3；所述PLC控制器3控制连接所述变速控制系统12；其中，伺服发电机2的伺服控制系统的作用是使发电机输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)，伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
所述无人驾驶牵引机1的机架14底部安装有电磁波发射器4以及若干组由正电极51和负电极52组成的电极组5，所述电极组5与所述伺服发电机2电性连接；所述电极组5间接地固定安装于升降架15上，所述升降架15与所述机架14之间设置有升降导向机构；本实施例中，所述升降导向机构包括所述机架14上设置的导向槽16，所述升降架15固定连接有滑动安装于所述导向槽16内的滑板53，所述滑板53底端安装绝缘板54，正电极51和负电极52相对安装于绝缘板54上；所述升降架15连接有升降驱动机构6，所述升降驱动机构6与所述PLC控制器3信号连接；所述电极组5与所述PLC控制器3信号连接；所述PLC控制器3根据所述电极组5形成的电流信号强弱控制所述升降驱动机构6动作；
所述无人驾驶牵引机1的机架14底部还安装有超声波探测器7，超声波探测器用于探测待净化土壤内微生物的活动情况及作物根系情况；所述超声波探测器7的信号输出端与所述PLC控制器3的信号输入端连接；所述超声波探测器7和所述电磁波发射器4的外周侧设置有防护罩18，以提高操作安全性，尽量避免对周围作业人员造成辐射伤害；所述伺服发电机2上安装有编码器(图中未示出)，所述编码器与所述PLC控制器3信号连接；所述PLC控制器3接收所述超声波探测器7的检测信号并根据所述超声波探测器7的检测信号控制所述电磁波发射器4的发射频率和所述伺服发电机2的转速、发电频率。
每组所述正电极51和负电极52相对设置，所述正电极和负电极的相对面的底端分别设置有电磁波发射孔55，所述电磁波发射器4发射的电磁波经由所述电磁波发射孔55发射，遇到对面电极后折回，当正电极和负电极插入土壤内后，电磁波在正电极和负电极之间的土壤间隙内往返辐射，不仅提高了辐射强度和频率，而且减少了能量损耗。
本实施例中，所述升降驱动机构6为液压驱动机构。参考图2，所述液压驱动机构包括与液压控制系统61连接的液压缸62，所述液压缸62的活塞杆端与升降臂63中部铰接，所述升降臂63的顶端与所述升降架15固定连接，所述升降臂63的底端铰接有转臂64，所述转臂64与所述机架14铰接，升降动作可靠、平稳。当然，升降驱动机构6也可以采用电动或气动等其他结构实现，其均应属于本发明的保护范围。
参考图5，采用本土壤净化机对土壤进行净化的方法，包括如下步骤：
步骤一、无人驾驶牵引机1按照设定路线(根据环境信息进行路径规划、基于GPS自动巡航)在待净化土地内行走，此时，控制升降驱动机构6下降，将正电极51和负电极52均插入待净化土壤内；
步骤二、无人驾驶牵引机1机架14底部的超声波探测器7根据待净化土壤内微生物(如根结线虫)的活动情况及作物根系情况(根系内是否有虫卵)将探测信号反馈到PLC控制器3；
步骤三、PLC控制器3根据超声波探测器7的探测信号，通过变速控制系统12控制所述伺服发电机2的转速和发电频率，通过正电极51和负电极52之间的脉冲电压将藏匿于植物根系内的虫卵或土壤内的成年虫击穿杀灭；探测信号强，伺服发电机2的转速高、发电频率高，正电极51和负电极52之间的脉冲电压高；反之，探测信号弱，伺服发电机2的转速低、发电频率低，正电极51和负电极52之间的脉冲电压低；同时伺服发电机2通过编码器将信号传送给PLC控制器3，PLC控制器3根据编码器信号控制所述电磁波发射器4的电磁波发射频率，，根结线虫分布密度越大时，超声波探测器7的探测信号越强，此时伺服发电机2的转速越快，电磁波的发射频率就越高，电磁波在正电极和负电极之间的土壤间隙内往返辐射，通过发射的高频电磁波吸收根结线虫等微生物内的蛋白质，使微生物收缩而死，灭杀效果好。
另外，土壤湿度大时，插入土壤内的正电极51和负电极52之间的电阻相对较小、电流较大，此时，PLC控制器3控制所述升降驱动机构6做下降动作，从而带动正电极和负电极下降而深插入土壤内；土壤湿度小时，插入土壤内的正电极和负电极之间的电阻相对较大、电流较小，此时，PLC控制器3控制所述升降驱动机构6做上升动作，从而带动正电极和负电极上升而浅插入土壤内，操作安全方便。
通过三次重复取样对比检测，利用体视显微镜对净化处理前后的土壤内的根结线虫数量进行了表征，具体检测对比结果如下表：
净化处理前后土壤内根结线虫数量对比表
由此可见，通过本土壤净化机能够有效将土壤内根结线虫等软体微生物灭杀，灭杀率可达98％以上。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.土壤净化机，包括无人驾驶牵引机，其特征在于：所述无人驾驶牵引机的动力系统传动连接变速控制系统，所述变速控制系统的输出端连接有伺服发电机；所述无人驾驶牵引机的机架上安装有PLC控制器；所述PLC控制器控制连接所述变速控制系统；
所述无人驾驶牵引机的机架底部安装有电磁波发射器以及若干组由正电极和负电极组成的电极组，所述电极组与所述伺服发电机电性连接；所述电极组固定安装于升降架上，所述升降架与所述机架之间设置有升降导向机构；所述升降架连接有升降驱动机构，所述升降驱动机构与所述PLC控制器信号连接；
所述无人驾驶牵引机的机架底部还安装有超声波探测器，所述超声波探测器的信号输出端与所述PLC控制器的信号输入端连接；所述伺服发电机上安装有编码器，所述编码器与所述PLC控制器信号连接；所述PLC控制器接收所述超声波探测器的检测信号并根据所述超声波探测器的检测信号控制所述电磁波发射器的发射频率和所述伺服发电机的发电频率。
2.如权利要求1所述的土壤净化机，其特征在于：每组所述正电极和负电极相对设置，所述正电极和负电极的相对面的底端分别设置有电磁波发射孔，所述电磁波发射器发射的电磁波经由所述电磁波发射孔发射而在正电极和负电极之间形成的空隙内往返辐射。
3.如权利要求1所述的土壤净化机，其特征在于：所述电极组与所述PLC控制器信号连接；所述PLC控制器根据所述电极组形成的电流信号强弱控制所述升降驱动机构动作。
4.如权利要求3所述的土壤净化机，其特征在于：所述升降导向机构包括所述机架上设置的导向槽，所述升降架固定连接有滑动安装于所述导向槽内的滑板。
5.如权利要求3所述的土壤净化机，其特征在于：所述升降驱动机构为液压驱动机构。
6.如权利要求5所述的土壤净化机，其特征在于：所述液压驱动机构包括与液压控制系统连接的液压缸，所述液压缸的活塞杆端与升降臂中部铰接，所述升降臂的顶端与所述升降架固定连接，所述升降臂的底端铰接有转臂，所述转臂与所述机架铰接。
7.如权利要求1至6任一项所述的土壤净化机，其特征在于：所述超声波探测器和所述电磁波发射器的外周侧设置有防护罩。
8.土壤净化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、无人驾驶牵引机按照设定路线在待净化土地内行走，正电极和负电极均插入待净化土壤内；
步骤二、无人驾驶牵引机机架底部的超声波探测器根据待净化土壤内微生物的活动情况将探测信号反馈到PLC控制器；
步骤三、PLC控制器根据超声波探测器的探测信号，通过变速控制系统控制伺服发电机的转速和发电频率，通过正电极和负电极之间的脉冲电压将藏匿于植物根系内的虫卵或土壤内的成年虫击穿杀灭；同时伺服发电机通过编码器将信号传送给PLC控制器，PLC控制器根据编码器信号控制电磁波发射器的电磁波发射频率，电磁波在正电极和负电极之间的土壤间隙内往返辐射，通过发射的电磁波吸收微生物内的蛋白质，使微生物收缩而死。
9.如权利要求8所述的土壤净化方法，其特征在于：土壤湿度大时，插入土壤内的正电极和负电极之间的电阻相对较小、电流较大，PLC控制器控制升降驱动机构做下降动作，从而带动正电极和负电极下降而深插入土壤内；土壤湿度小时，插入土壤内的正电极和负电极之间的电阻相对较大、电流较小，PLC控制器控制升降驱动机构做上升动作，从而带动正电极和负电极上升而浅插入土壤内。
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