CN110823771B - 一种基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置及其检测方法，所述装置包括喷雾模块、低场核磁共振检测系统和水膜厚度光纤检测模块，喷雾模块包括供液装置、排水管、供水管、活接头、雾化喷头、隔离片、活动挡板、可拆卸式密封喷雾腔。本发明通过低场核磁共振检测系统和水膜厚度光纤检测模块收集数据，计算根部雾滴附着面积，确认雾滴是否分布均匀，便于精确控制和调整喷雾，为实现作物根部氧气、养分和水分合理供给；提高作物经济效益，为解决雾化栽培作物根冠比失调，缩短生长周期，增大可用茎叶整体占比提供了一种新的技术手段，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于农业工程领域，具体涉及一种基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置及其检测方法。
背景技术
雾化栽培是目前作物栽培中最为实用的一种栽培方式，作物根系悬浮在空中，可自由生长，氧气充足，根系发达。通过最直接的方式获取水分及营养，可大幅度提高生产的数量和质量，大大减少了人力、肥料、水及农药的投入，目前雾化栽培是农业生产与研究领域最具开发潜力与前景的技术。
现有的雾化栽培技术大多是基于控制喷雾量、雾滴大小、喷雾频率、雾滴在叶面的粘附率等研究的，喷雾效果主要从雾滴的分布均匀性、覆盖率和沉积量等方面来评价。喷雾效果的检测对于掌握喷雾雾滴的分布特性，及时有效地控制和调整喷雾过程有着重要意义。因此，对于喷雾效果的检测方法和装置的需求日益迫切。
申请号201811231087.8的发明专利申请，公开了一种检测雾滴沉积量的方法及装置，将自然雾滴图像进行灰度转变，得到雾滴灰度图；并对雾滴灰度图进行分割，得到雾滴部分；再通过灰度值空间对雾滴部分的特征进行提取，获得目标雾滴；通过计算得到目标雾滴的体积，并将目标雾滴的体积作为雾滴的沉积量。但难以确认雾滴是否分布均匀，不能有效精确地控制和调整喷雾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置及其检测方法，实现对作物根系雾滴粘附面积的检测，精准确认雾滴是否分布均匀，为后续精确建立作物根冠比最优喷雾调控模型提供了数据基础，有效精确地控制和调整喷雾，实现作物根部氧气、养分和水分合理供给。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置，包括喷雾模块、低场核磁共振检测系统和水膜厚度光纤检测模块，其特征在于，所述喷雾模块包括供液装置、排水管、供水管、活接头、雾化喷头、隔离片、活动挡板、可拆卸式密封喷雾腔；所述供液装置经供水管与雾化喷头相连接；所述供水管和雾化喷头间设有活接头；所述活接头和雾化喷头设于可拆卸式密封喷雾腔的内部；所述排水管与外部直接相连。
进一步，所述可拆卸式密封喷雾腔与隔离片采用纳米防吸附材料。
进一步，所述隔离片安装在由活动挡板构成的内腔中。
进一步，所述的可拆卸式密封喷雾腔的底部有与供水管和排水管对接部分。
所述低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，其特征在于，采用如下步骤：
1)通过纯水定标实验，得到拟合出纯水的质量与FID信号量的直线方程：
式中y为纯水质量，x为FID信号量，b为截距；
2)测得根部未喷雾前的FID信号量，根据步骤1)所得的方程求得根部本身的含水量m1；
3)测得根部喷雾后的FID信号量，根据步骤1)所得的方程求得根部与附着水的含水量m2；
4)通过水膜厚度光纤检测模块检测出根部表面水膜的厚度d；
5)计算根部雾滴附着面积S，公式：
式中ρ为液体的密度，k1为作物的修正系数。
进一步，所述低场核磁共振检测系统需要喷雾后静置一段时间检测FID信号量。
进一步，所述水膜厚度光纤检测模块在可拆卸式密封喷雾腔中取出后单独测量，测量时可拆除活动挡板，测得粘附在根部的水膜厚度d。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的喷雾腔与隔离片采用纳米防吸附材料，可以使喷雾后未吸附在根部的水可以经排水管直接排除，避免影响测量FID信号量值，提高了测量的精度与准度。
2.本发明在测量FID信号量后需拆除活动挡板和喷雾腔，单独测量根部表面水膜的厚度d，避免残留在活动挡板和喷雾腔上的雾滴对测量产生误差，进一步保证测试数据的准确性。
3.本发明简单方便，测量精准，通过得出的测量数据，为后续精确建立雾滴根系粘附面积与作物根冠比的关系数学模型提供了数据基础，从而针对作物不同生长阶段进行合理的喷雾调节，实现作物根部氧气、养分和水分合理供给，缩短了生长周期，增大可用茎叶整体占比，提高作物的经济效益，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为所述基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置主视图。
图2为所述可拆卸式密封喷雾腔内部结构示意图。
图3为所述活接头侧视图。
图4为所述活接头俯视图。
图5为所述水膜厚度光纤检测模块原理示意图。
图6为本发明所述的基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测方法流程图。
图中：
1、低场核磁共振检测系统；2、活动挡板；3、隔离片；4、可拆卸式密封喷雾腔；5、雾化喷头；6、排水管；7、供液装置；8、供水管；9、水膜厚度光纤检测模块；10、活接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置，包括喷雾模块、低场核磁共振检测系统1和水膜厚度光纤检测模块9，所述喷雾模块包括供液装置7、排水管6、供水管8、活接头10、雾化喷头5、隔离片3、活动挡板2、可拆卸式密封喷雾腔4；所述供液装置7经供水管8与雾化喷头5相连接；所述供水管8和雾化喷头5间设有活接头10，活接头10结构示意图如图3、图4所示；所述活接头10和雾化喷头5设于可拆卸式密封喷雾腔4内部，如图2所示；所述排水管6与外部直接相连。
所述可拆卸式密封喷雾腔4与隔离片3采用纳米防吸附材料，可以使喷雾后未吸附在根部的水可以经排水管直接排除，避免影响低场核磁共振检测系统1测量FID信号量的精度。
所述的隔离片3是为了防止雾滴喷到蔬菜的叶冠上，同时固定蔬菜在所需要的范围内。
所述的可拆卸式密封喷雾腔4底部有与供水管5和排水管6对接部分，用以来确保容器的密闭性。
所述的低场核磁共振检测系统1需要在喷雾后静置一段时间才开启检测FID信号量，减少可拆卸式密封喷雾腔4内的积水对检测数据的影响。
图5为水膜厚度光纤检测模块的原理示意图，所述水膜厚度光纤检测模块9在可拆卸式密封喷雾腔4取出后单独测量，测量时可拆除活动挡板2，测得粘附在根部的水膜厚度d，避免残留在活动挡板和喷雾腔上的雾滴对后续测量产生误差，进一步保证测试数据的准确性，有利于后续精确建立雾滴根系粘附面积与作物根冠比关系的数学模型，实现作物不同生长阶段的喷雾调节。
如图6所示，本发明所述低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，采用如下步骤：
1)通过纯水定标实验，得到拟合出纯水的质量与FID信号量的直线方程：
式中y为纯水质量，x为FID信号量，b为截距(噪声等因素)。
2)测得根部未喷雾前的FID信号量，根据步骤1)所得的方程求得根部本身的含水量m1；
3)测得根部喷雾后的FID信号量，根据步骤1)所得的方程求得根部与附着水的含水量m2；
4)通过水膜厚度光纤检测模块检测出根部表面水膜的厚度d；
5)计算根部雾滴附着的表面积S，公式：
式中ρ为液体的密度，k1为作物的修正系数。
本发明通过低场核磁共振检测系统和水膜厚度光纤检测模块收集数据，计算根部雾滴附着面积，确认雾滴是否分布均匀，便于精确控制和调整喷雾，实现作物根部氧气、养分和水分合理供给；提高作物经济效益，为解决雾化栽培作物根冠比失调，缩短生长周期，增大可用茎叶整体占比提供了一种新的技术手段，具有广阔的市场前景。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，其特征在于，
所述根系雾滴粘附面积检测装置，包括喷雾模块、低场核磁共振检测系统(1)和水膜厚度光纤检测模块(9)，所述喷雾模块包括供液装置(7)、排水管(6)、供水管(8)、活接头(10)、雾化喷头(5)、隔离片(3)、活动挡板(2)、可拆卸式密封喷雾腔(4)；
所述供液装置(7)经供水管(8)与雾化喷头(5)相连接；所述供水管(8)和雾化喷头(5)间设有活接头(10)；所述活接头(10)和雾化喷头(5)设于可拆卸式密封喷雾腔(4)内部；所述可拆卸式密封喷雾腔(4)与隔离片(3)采用纳米防吸附材料；所述排水管(6)与外部直接相连；
采用如下步骤：
1)通过纯水定标实验，得到拟合出纯水的质量与FID信号量的直线方程：
式中y为纯水质量，x为FID信号量，b为截距；
2)测得根部未喷雾前的FID信号量，根据步骤1)所得的方程求得根部本身的含水量m1；
3)测得根部喷雾后的FID信号量，根据步骤1)所得的方程求得根部与附着水的含水量m2；
4)通过水膜厚度光纤检测模块检测出根部表面水膜的厚度d；
5)计算根部雾滴附着的表面积S，公式：
式中ρ为液体的密度，k1为作物的修正系数。
2.根据权利要求1所述的基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，其特征在于，所述低场核磁共振检测系统(1)需要喷雾后静置一段时间检测FID信号量。
3.根据权利要求1所述的基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，其特征在于，所述水膜厚度光纤检测模块(9)在可拆卸式密封喷雾腔(4)取出后单独测量，测量时拆除活动挡板(2)，测得粘附在根部的水膜厚度d。
4.根据权利要求1所述的基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，其特征在于，所述隔离片(3)安装在由活动挡板(2)构成的内腔中。
5.根据权利要求1所述的基于低场核磁共振和光纤检测的根系雾滴粘附面积检测装置的检测方法，其特征在于，所述的可拆卸式密封喷雾腔(4)底部有与供水管(8 )和排水管(6)对接部分。
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