CN108120479A - 一种农林喷洒药液流量计传感器 - Google Patents

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董明哲
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/206—Measuring pressure, force or momentum of a fluid flow which is forced to change its direction

Abstract

本发明公开了一种农林喷洒药液流量计传感器，包括宽带光源，环行器，光谱仪，其特征在于，还包括流量光纤传感器。本发明通过采用边缘滤波法对光纤布拉格光栅的中心波长漂移进行解调，通过波长漂移量标定药液的流量，实现监测的目的。

Description

一种农林喷洒药液流量计传感器
技术领域
本发明涉及一种农业自动化领域，是一种利用农业、林业的航空喷洒对农药液位进行监控的器件。
背景技术
我国是个农业大国，随着我国改革开放的不断深入和国民经济现代化的需要，农林飞机广泛地应用于农业、林业、牧业生产中；农林飞机作业效率高、效果好，而且灵活，社会经济效益显著；但随之而来的农林作业中存在的不足也日益凸显。目前，广泛应用的航空喷洒系统多为无人机喷洒系统，并且针对作业的机上农药流量的准确记录还有待于完善提高。
Bragg光纤时最早提出的一种二维光子晶体光纤(2D-PCF)，它通过光纤在光纤包层中构造多层次交替拍了的高低透射率层，将光约束在低折射率纤芯甚至时空气纤芯中传导。由于布拉格光纤式结构中最简单的光子晶体光纤，并且制作成本低，模式特性好，与单模光纤的熔接损耗小，结构稳定性高，因此应用广泛。
光纤光栅一般可以根据周期的长短分为两类：布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)。其中FBG又叫做反射式光栅，周期通常小于1μm，一般为几百个纳米。特点是模式的耦合发生在纤芯中正向传播和反向传播的两个芯模之间，可对特定波长的入射进行反射，属于反射型带通滤波器FBG的谐振波长主要与光纤的有效折射率和光栅的周期有关，可将光栅的周期在532nm左右。
发明内容
本发明提供了一种利用光纤Bragg传感器进行对喷洒农药流量测定的方法。
本发明的技术方案：一种农林喷洒药液流量计传感器，包括宽带光源，环行器，光谱仪，其特征在于，还包括流量光纤传感器，
其中所述流量光纤传感器通过环行器分别与宽带光源和光谱仪连接。
优选的，所述光纤传感器的FBG水平置于药液容器内。
优选的，所述环行器使用光纤布拉格光栅的反射干涉光谱传输至光纤传感分析仪。
优选的，流量光纤传感器发生轴向应变时产生的波长改变量与应力成正比，其中，波长的改变量ΔλB与流速v的关系为：
Δλ＝Kv2
其中，K为传感器的灵敏系数。
本发明的有益效果：本发明一种农林喷洒药液流量计传感器，通过采用边缘滤波法对光纤布拉格光栅的中心波长漂移进行解调，通过波长漂移量标定药液的流量，实现监测的目的。本发明装置简单，容易监控和操作。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本发明一种农林喷洒药液流量计传感器的结构示意图；
图2示意性示出本发明流量计传感器所测的不同流速下的波长漂移量；
图3示意性示出本发明流量计传感器波长漂移与流量的关系曲线。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1所示为本发明一种农林喷洒药液流量计传感器的结构示意图，如图1所示，一种农林喷洒药液流量计传感器，包括宽带光源101，环行器102，光谱仪103，流量光纤传感器104。
其中所述流量光纤传感器104通过环行器102分别与宽带光源101和光谱仪103连接。
所述光纤传感器的FBG104水平置于药液容器内。
所述环行器102使用光纤布拉格光栅的反射干涉光谱传输至光纤传感分析仪。
光纤传感器104浸泡在药液中，当流体冲击FBG时引起FBG横向应变，根据应变与流速之间的关系可测得农药流量。其中应变与流速之间的关系具体如下：
FBG的的中心波长满足布拉格条件：
λB＝2neffΛ (1)
其中，λB为Bragg波长，neff为纤芯的有效折射率，Λ为FBG光栅周期。温度、应力的变化会引起FBG栅距和折射率的变化，从而使FBG的反射谱发生变化，根据光纤藕合模理论，Bragg波长的的改变量ΔλB的轴向应变Δε和温度变化ΔT的关系为：
式中，Pe为光纤材料的弹光系数，α为热膨胀系数，ζ为热光系数。在实际测量时温度不变，FBG只受轴向应变。
由伯努利方程，F与被测流体的流速v有如下关系：
式中，A为FBG的所受流体冲击力的横街面积，ρ为流体的密度，η为阻力系数。
FBG发生轴向应变时产生的波长改变量与应力成正比，由(1)(2)(3)式可得，波长的改变量ΔλB与流速v的关系为：
Δλ＝Kv2 (4)
K为传感器的灵敏系数。由(4)式可知，通过测量光纤光栅的Bragg波长的改变量可实现液体流速的实时监测。
本实施例中光谱仪103使用了Yokogawa公司生产的光纤传感分析仪，在本实验中进行反射光谱的采集；光纤环行器103使用光纤布拉格光栅的反射干涉光谱传输至光纤传感分析仪。
图2所示为本发明流量计传感器所测的不同流速下的波长漂移量，从图2中，可以看出，不同流速下的波长漂移量不同，同时流速越大，光纤波长漂移量越大。
图3所示为本发明流量计传感器波长漂移与流量的关系曲线，如图3所示，将传感器进行标定，绘制波长—流速关系曲线，表明该传感器具有良好的线性度。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种农林喷洒药液流量计传感器，包括宽带光源，环行器，光谱仪，其特征在于，还包括流量光纤传感器，
其中所述流量光纤传感器通过环行器分别与宽带光源和光谱仪连接。
2.根据权利要求1所述的流量计传感器，其特征在于，所述光纤传感器的FBG水平置于药液容器内。
3.根据权利要求1所述的流量计传感器，其特征在于，所述环行器使用光纤布拉格光栅的反射干涉光谱传输至光纤传感分析仪。
4.根据权利要求1所述的流量计传感器，其特征在于，流量光纤传感器发生轴向应变时产生的波长改变量与应力成正比，其中，波长的改变量ΔλB与流速v的关系为：
Δλ＝Kv2
其中，K为传感器的灵敏系数。
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