CN108444878A - 一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量方法和装置，属于农业精准测两技术领域，装置包括装置主体和设置在装置主体上用于夹持液杯的夹持机构；装置主体上还设有对夹持机构进行遮光的遮光罩；夹持机构包括合页、激发光组件和光电转换组件，合页与液杯配合，激发光组件和光电转换组件分别设置于合页两侧，合页中设有按压式开关；激发光组件包括依次设置的光源、透镜和滤光器；光电转换组件包括依次设置的透镜、滤光器和光电倍增管；装置主体包括外壳和设置在外壳内的控制电路板。液杯触发按压式开关，控制激发光组件和光电转换组件工作。液杯中盛放包含荧光剂的洗脱液，检测洗脱液中的荧光剂浓度后计算叶片单位面积内雾滴的沉积量。

Description

一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置和方法

技术领域

本发明涉及农业精准测量技术领域，具体地说，涉及一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置和方法。

背景技术

在农业植保领域，喷洒农药是农作物病虫害防治的主要形式和有效方法。农药在作物叶片的沉积量是评估农作物植保作业效果的技术指标之一。现有测量农药雾滴的沉积量的方法可以分为着色法和洗脱法。

着色法是利用水敏试纸进行估算。首先将水敏试纸表面朝上固定于农药喷施作业区域，然后实施农药喷洒作业。当农药雾滴降落于水敏试纸表面某一区域时，该区域会变色。然后用扫描仪对试纸进行扫描，再利用图像处理技术计算试纸上色斑的尺寸，估算试纸上沉积的雾滴的沉积量、液滴粒径、液滴沉积密度、变异系数等参数。但是，由于现有的航空喷药水敏试纸的扩散系数为30％左右，雾滴在水敏试纸上易扩散，使得测量结果不准确。

洗脱法则是用采集卡承接农药雾滴，然后用一定量的溶剂将采集卡上的农药雾滴洗脱制成样本溶液。最后用分析仪器测量样本溶液中农药的浓度，进而计算采集卡上的农药雾滴沉积量。但是，这种方法直接对样本中农药进行浓度测量，难度大且不易操作。

也有利用数字图像分析技术对植保飞防效果进行评价的，利用水敏纸收集雾滴后通过图像处理的方法获取雾滴粒径分布和覆盖率等参数。同时利用荧光示踪法可准确检测雾滴在作物叶片上的沉积量。

例如公告号为CN106610366A的中国专利文献公开了一种航空施药沉积质量检测系统及方法，系统包括：航空喷洒装置、雾滴收集装置、光谱采集装置和雾滴沉积特性分析装置；航空喷洒装置中盛放有混合荧光示踪剂的施药溶液，用于向预设区域喷洒施药溶液；雾滴收集装置为铺设在预设区域内的具有预设宽度的可卷曲的无荧光效果的连续带状介质；连续带状介质用于收集航空喷洒装置喷洒的施药溶液；光谱采集装置用于对收集完施药溶液的连续带状介质进行光谱采集；雾滴沉积特性分析装置用于对光谱采集装置采集的光谱进行分析，计算雾滴在预设区域内的沉积质量。

但是利用示踪剂的方法，需要在采样后转移到实验室内利用光谱分析仪进行分析，既耗时又不可及时获取结果，不便于多样本的田间检测。

发明内容

本发明的目的为提供一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置，该装置可以在田间洗脱采样后实地测量，大大满足了野外作业的需要。

本发明的另一目的为提供一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量方法，该方法基于以上装置实现，解决野外环境下，快速且方便地评价航空植保作业效果的需求。

为了实现上述目的，本发明提供的便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置包括装置主体和设置在装置主体上用于夹持液杯的夹持机构；装置主体上还设有对夹持机构进行遮光的遮光罩；夹持机构包括合页、激发光组件和光电转换组件，合页与液杯配合，激发光组件和光电转换组件分别设置于合页两侧，合页中设有按压式开关；激发光组件包括依次设置的光源、透镜和滤光器；光电转换组件包括依次设置的透镜、滤光器和光电倍增管；装置主体包括外壳和设置在外壳内的控制电路板。

上述技术方案中，将液杯夹持在合页内，可触发按压式开关，控制激发光组件和光电转换组件工作。液杯中盛放由叶片上洗脱下来的洗脱液，洗脱液包含从叶片洗脱下来的荧光剂，荧光的产生包括物质分子的激发和去活化两个过程，即物质处于基态的分子受激发光源的照射被跃迁至激发态的不同振动能级后(激发过程)，从单态高能级返回基态的过程中发射出通常波长比入射光较长的光(去活化过程)，这种光被称为荧光。激发光谱值的大小取决于溶液中荧光物质的浓度，且二者呈线性关系，采用激发光谱的峰值特征波长即可表达这一线性关系，故在测定已知的荧光剂种类的情况下，其激发光波长和发射光波长均已知，可直接采用激发光激发洗脱的溶液，采用发射光特征波长峰值来预测溶液中荧光剂浓度，进而反推出洗脱液中的有效沉积量，因激发光和采集的发射光均是单一波长的光，故为制作便携式快速测量装置提供了可行性。控制电路板检测了洗脱液中的荧光剂浓度后计算叶片单位面积内雾滴的有效沉积量。该便携式测量装置可以在田间洗脱采样后实地测量，大大满足了野外作业的需要。

具体的方案为遮光罩安装在外壳上，且在连接处做防透光处理。以防外界光对测量造成影响。

另一个具体的方案为合页包括固定片和活动片，其中固定片固定在外壳上，活动片与外壳间安装有用于复位的弹簧；激发光组件和光电转换组件分别设于固定片和活动片上。合页打开时弹簧处于压缩状态，液杯放入后，在弹簧的作用下将液杯夹稳。

进一步具体单位方案为活动片与外壳间设有限位机构，该限位机构包括设置在外壳内的限位卡槽和设置在活动片侧边且与限位卡槽配合的凸块。合页的活动片的移动范围由限位卡槽进行限定。

更具体的方案为凸块和限位卡槽的槽边对应设有螺纹孔。通过将螺钉凝乳螺纹孔内进行锁定，进一步固定合页结构。

另一个具体的方案为壳体内还设置有电池，控制电路板连接有数据存储元件和数据传输元件，并连接有用于接收和显示测量结果的液晶显示屏。数据存储元件用于存储荧光剂浓度检测模型，数据传输元件用于将测量装置测量到的数据传输给控制电路板，控制电路板将检测结果发送给液晶显示屏后经液晶显示屏进行显示。

为了实现上述另一目的，本发明提供的便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量方法，基于上述测量装置实现，包括以下步骤：

1)建立发射光谱特征峰值下的荧光剂浓度检测模型；

2)在进行航空喷施作业的喷施液中混入荧光剂，并进行航空喷施；

3)对作物进行取样，对样本叶片进行洗脱，并将洗脱液盛放至液杯中(所有样本总体积相同，且保证所有喷施液洗脱完全到液杯中)；

4)利用激发光组件发射一个激光波长的光对样本进行检测，利用光电转换组件提取样本的发射光谱特征峰值；

5)将获取样本的发射光谱的特征峰值代入所述检测模型，获取荧光剂洗脱液浓度；

6)通过下式计算叶片单位面积的雾滴有效沉积量：

其中，ρ_检为荧光剂洗脱液的浓度，V_洗为洗脱后的溶液体积，ρ₀为原喷施液体的荧光剂浓度，S为所收集叶片的面积。

具体地，步骤1)包括：

1-1)利用一个激发波长下的光对不同浓度的荧光剂溶液的发射光谱进行检测；

1-2)分别计算所述激发光谱的特征峰值和对应的荧光剂浓度；

1-3)根据发射光谱特征峰值和所述荧光剂浓度，建立荧光剂浓度检测模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置和基于该装置的测量方法可以在田间洗脱采样后实地测量，大大满足了野外作业的需要。解决野外环境下，快速且方便地评价航空植保作业效果的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的测量装置的结构示意图；

图2位本发明实施的的测量方法的流程图。

其中：1、遮光罩；2、合页；3、激发光组件；4、光源；5、透镜；6、滤光器；7、光电转换组件；8、透镜；9、滤光器；10、光电倍增管；11、按压式开关；12、弹簧；13、防透光处理；14、外壳；15、限位机构；16、电池；17、数据存储元件和数据传输元件；18、控制电路板；19、液晶显示屏。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

测量装置实施例

参见图1和图2，本实施例的便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置包括装置主体和夹持机构。装置主体上还设有对夹持机构进行遮光的遮光罩1。

装置主体包括外壳14和设置在外壳14内的控制电路板18，壳体14内还设置有电池16，控制电路板18连接有数据存储元件和数据传输元件17，并连接有用于接收和显示测量结果的液晶显示屏19。遮光罩1安装在外壳14上，且在连接处做防透光处理13。

夹持机构包括合页2、激发光组件3和光电转换组件7。合页2包括固定片和活动片，其中固定片固定在外壳14上，活动片与外壳14间安装有用于复位的弹簧12；激发光组件3和光电转换组件7分别设于固定片和活动片上。夹持机构须与液杯配合使用，固定片和活动片间设有按压式开关11，液杯放到合页中后可触发按压式开关11，控制激发光组件3和光电转换组件7工作。激发光组件3包括依次设置的光源4、透镜5、滤光器6。光电转换组件7包括依次设置的透镜8、滤光器9、光电倍增管10。

本实施例的活动片与外壳14间设有限位机构15，该限位机构15包括设置在外壳14内的限位卡槽和设置在所述活动片侧边且与限位卡槽配合的凸块。合页的活动片的移动范围由限位卡槽进行限定。凸块和限位卡槽的槽边对应设有螺纹孔，通过将螺钉凝乳螺纹孔内进行锁定，进一步固定合页结构。

电池16、激发光组件3、光电转换组件7、液晶显示屏19、按压式开关11分别通过电线与外壳14内的控制电路板18连接。数据存储元件用于存储荧光剂浓度检测模型，数据传输元件用于将测量装置测量到的数据传输给控制电路板，控制电路板将检测结果发送给液晶显示屏后经液晶显示屏进行显示。

利用上述装置实现航空喷施作业的雾滴沉积效果测量的方法包括以下步骤：

1)建立发射光谱特征峰值下的荧光剂浓度检测模型；具体如下，

1-1)利用一个激发波长下的光对不同浓度的荧光剂溶液的发射光谱进行检测；

1-2)分别计算所述激发光谱的特征峰值和对应的荧光剂浓度；

1-3)根据所述发射光谱特征峰值和所述荧光剂浓度，建立荧光剂浓度检测模型。

2)在进行航空喷施作业的喷施液中混入荧光剂，并进行航空喷施；

3)对作物进行取样，对样本叶片进行洗脱，并将洗脱液盛放至液杯中；

4)利用激发光组件发射一个激光波长的光对样本进行检测，利用光电转换组件提取样本的发射光谱特征峰值；

5)将获取样本的发射光谱的特征峰值代入所述检测模型，获取荧光剂洗脱液浓度；

6)通过下式计算叶片单位面积的雾滴有效沉积量：

其中，ρ_检为荧光剂洗脱液的浓度，V_洗为洗脱后的溶液体积，ρ₀为原喷施液体的荧光剂浓度，S为所收集叶片的面积。

测量方法实施例

本实施例的便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量方法基于测量装置实施例中的测量装置实现，该方法已经包含在测量装置实施例中，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量装置，其特征在于，包括装置主体和设置在所述装置主体上用于夹持液杯的夹持机构；所述装置主体上还设有对所述夹持机构进行遮光的遮光罩；

所述夹持机构包括合页、激发光组件和光电转换组件，所述合页与所述液杯配合，所述激发光组件和光电转换组件分别设置于所述合页两侧，合页中设有按压式开关；

所述激发光组件包括依次设置的光源、透镜和滤光器；

所述光电转换组件包括依次设置的透镜、滤光器和光电倍增管；

所述装置主体包括外壳和设置在所述外壳内的控制电路板。

2.根据权利要求1所述的雾滴沉积效果测量装置，其特征在于：

所述的遮光罩安装在所述外壳上，且在连接处做防透光处理。

3.根据权利要求1所述的雾滴沉积效果测量装置，其特征在于：

所述的合页包括固定片和活动片，其中所述固定片固定在所述外壳上，所述活动片与外壳间安装有用于复位的弹簧；

所述激发光组件和光电转换组件分别设于固定片和活动片上。

4.根据权利要求3所述的雾滴沉积效果测量装置，其特征在于：

所述的活动片与外壳间设有限位机构，该限位机构包括设置在所述外壳内的限位卡槽和设置在所述活动片侧边且与所述限位卡槽配合的凸块。

5.根据权利要求4所述的雾滴沉积效果测量装置，其特征在于：

所述的凸块和所述限位卡槽的槽边对应设有螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的雾滴沉积效果测量装置，其特征在于：

所述的壳体内还设置有电池，所述控制电路板连接有数据存储元件和数据传输元件，并连接有用于接收和显示测量结果的液晶显示屏。

7.一种便携式航空喷施作业的雾滴沉积效果测量方法，基于权利要求1至6任一权利要求所述的雾滴沉积效果测量装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立发射光谱特征峰值下的荧光剂浓度检测模型；

2)在进行航空喷施作业的喷施液中混入荧光剂，并进行航空喷施；

3)对作物进行取样，对样本叶片进行洗脱，并将洗脱液盛放至液杯中；

4)利用激发光组件发射一个激光波长的光对样本进行检测，利用光电转换组件提取样本的发射光谱特征峰值；

5)将获取样本的发射光谱的特征峰值代入所述检测模型，获取荧光剂洗脱液浓度；

6)通过下式计算叶片单位面积的雾滴有效沉积量：

其中，ρ_检为荧光剂洗脱液的浓度，V_洗为洗脱后的溶液体积，ρ₀为原喷施液体的荧光剂浓度，S为所收集叶片的面积。

8.根据权利要求7所述的雾滴沉积效果测量方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

1-1)利用一个激发波长下的光对不同浓度的荧光剂溶液的发射光谱进行检测；

1-2)分别计算所述激发光谱的特征峰值和对应的荧光剂浓度；

1-3)根据所述发射光谱特征峰值和所述荧光剂浓度，建立荧光剂浓度检测模型。