專利名稱：一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植保機械領(lǐng)域，尤其是一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置。
背景技術(shù)：
植保機械在線混藥的特點是藥箱和水箱分離，通過混藥裝置在線混藥。在線混藥裝置可以實現(xiàn)農(nóng)藥濃度按需改變，實現(xiàn)精確施藥，以節(jié)省農(nóng)藥，降低環(huán)境污染。要實現(xiàn)精確施藥，混藥濃度分布的在線測量是一個重要方面。目前溶液濃度的測量方法，有采用比重法(密度法)，即通過測量混合液的密度，如果已知原液及水的密度，則可以通過計算得到混合液的濃度，該方法可以實現(xiàn)濃度測量，但是要求原液與水的密度差異較大，并且測量的只是平均濃度。另外有采用導(dǎo)電測量方法，超聲波法，折射率法等。其測量對溶液的要求較高，而且測得的是平均濃度。尚缺乏濃度場準確測量和分析的裝置或手段。一般的流場測量裝置只適用于離線實驗測量，缺乏對真實混藥流場的在線準確測量。本發(fā)明根據(jù)平面激光誘導(dǎo)熒光測量原理提供一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，以實現(xiàn)混藥濃度場的在線準確測量，為自動混藥和流場分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有測量技術(shù)的不足，基于平面激光誘導(dǎo)熒光測量原理，提供一種混藥濃度場在線測量裝置，以實現(xiàn)混藥濃度的在線準確測量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，包含以下部件固體激光器、七關(guān)節(jié)導(dǎo)光臂、片狀平面光束成形系統(tǒng)、濾光片、CCD相機、混藥器、光學畸變校正裝置、計算機、農(nóng)藥注入裝置、水注入裝置、支架。激光器為固體激光器，可發(fā)射266nm、355nm或532nm波長的激光，單位脈沖能量大于等于10mJ。激光器發(fā)射的激光經(jīng)導(dǎo)光臂和片光成形系統(tǒng)形成平面片狀激光，片狀平面光束成形系統(tǒng)產(chǎn)生厚度為O. 2-2mm的片光，片光角度為15度、30度、45度可選。固體激光器的上側(cè)激光出口與七關(guān)節(jié)導(dǎo)光臂光線入口采用螺栓連接，導(dǎo)光臂光線出口與片狀平面光束成形系統(tǒng)采用螺紋連接，片狀平面光束成形系統(tǒng)通過固定環(huán)和固定連桿與支架連接，通過旋轉(zhuǎn)固定環(huán)可以調(diào)整片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)的方向，固定連桿與支架的垂直桿通過螺栓固定，松開螺栓可調(diào)整固定連桿的高度，結(jié)合導(dǎo)光臂的移動，片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)的位置、高度、出口方向及片光方向可以根據(jù)測量要求在導(dǎo)光臂行程范圍內(nèi)任意調(diào)整?；焖幤鳛橥该鞴?，具有農(nóng)藥注入口、水注入口、混藥室和混合液出口。光學畸變校正裝置為與混藥器相同材質(zhì)的透明方形裝置，其上側(cè)敞開，兩端設(shè)有混藥器安裝接口混藥器通過密封圈和密封蓋板以螺栓安裝固定于光學畸變校正裝置的中間，混藥器的中心軸線與光學畸變校正裝置的中心軸線平行，光學畸變校正裝置內(nèi)部與混藥器之間充滿水。在采用266nm或355nm的激光時，混藥器和光學畸變校正裝置必須為石英材質(zhì)的，采用532nm波長時混藥器和光學畸變校正裝置可以為石英材質(zhì)或玻璃材質(zhì)。光學畸變校正裝置和CCD相機放置在同一水平桌面上，CCD相機的鏡頭軸線與片狀平面光束成形系統(tǒng)的片光平面垂直，CCD相機放置高度與混藥室在同一水平高度；CCD相機前置濾光片，濾光片為比激光波長大5nm以上的長通濾光片，CXD相機與計算機通過數(shù)據(jù)連接線連接。采用可由紫外光激發(fā)熒光的農(nóng)藥作為原液，或在普通農(nóng)藥中按固定比例加入羅丹明6G混合均勻配制成為原液。在測量時，通過農(nóng)藥注入裝置將原液經(jīng)農(nóng)藥注入口注入到混藥器，通過水注入裝置將水經(jīng)水注入口注入到混藥器，在混藥器的混藥室內(nèi)，原液和水混合，之后經(jīng)過混合液出口流向噴桿。水注入裝置一般為隔膜泵，壓力范圍為O. 2-0. 8Mpa，農(nóng)藥注入裝置一般為隔膜泵或計量泵，壓力范圍為O. 2-0. 8Mpa，當采用射流混藥器時，可以通過自吸方式注入農(nóng)藥。進行特定農(nóng)藥測量時，通過稀釋原液配制不同濃度的均勻混合液，依次進行激光誘導(dǎo)熒光濃度測量，獲取不同灰度的熒光圖像，進行標定，通過曲線擬合獲得不同灰度值對應(yīng)的混合液濃度值，建立濃度與灰度值映射關(guān)系。在實際測量時獲得的熒光圖像，基于濃度與灰度值映射關(guān)系反演混藥濃度場。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明通過導(dǎo)光臂和支架固定裝置，可以實現(xiàn)片狀光源的位置、高度、方向的任意調(diào)整，從而可以獲得最佳的測量位置和姿態(tài)。通過光學畸變校正裝置，可以測量圓形混藥器內(nèi)的流場，并可以提高測量的準確性，光學畸變校正裝置的安裝接口可以適應(yīng)不同管徑的混藥器，在實際應(yīng)用中可以節(jié)省測量成本。采用可發(fā)射多種波長的激光，對于可由紫外光激發(fā)熒光的農(nóng)藥，直接可以作為原液使用，測量結(jié)果更接近真實情況，對于普通農(nóng)藥可添加熒光示蹤劑，所以本發(fā)明適合的農(nóng)藥范圍較廣，提高了測量的通用性。本發(fā)明有助于研究不同混藥結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)農(nóng)藥的混合過程研究，對混藥器優(yōu)化設(shè)計、混藥方式及流場分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于實現(xiàn)施藥濃度的實時控制和按需施藥，可以提高農(nóng)藥利用率，節(jié)省農(nóng)藥，減輕環(huán)境污染。


圖1為一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置的示意圖。圖2為激光器和片狀平面光束成形系統(tǒng)等的連接示意圖。圖3為混藥器和光學畸變校正裝置等的連接示意圖。I—激光器、2—導(dǎo)光臂、3—片狀平面光束成形系統(tǒng)、4—濾光片、5—CCD相機、6——混藥器、7——光學畸變校正裝置、8——計算機，9——農(nóng)藥注入裝置、10—水注入裝置，11—噴桿，I—激光器，2—導(dǎo)光臂，3—片狀平面光束成形系統(tǒng)，12——固定環(huán)，13——固定連桿，14——支架，6——混藥器，7——光學畸變校正裝置，9——農(nóng)藥注入裝置，10——水注入裝置，11——噴桿，15——密封墊圈，16——密封蓋板，17—混藥器水注入口，18—混藥器農(nóng)藥注入口，19—混藥器混合液出口。
具體實施例方式結(jié)合

本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明的示意圖如圖1所示，主要組成部件有激光器1、導(dǎo)光臂2、片狀平面光束成形系統(tǒng)3、濾光片4、CXD相機5、混藥器6、光學畸變校正裝置7、計算機8，農(nóng)藥注入裝置
9、水注入裝置10。
具體實施方式
一1.硬件連接和定位
固體激光器的上側(cè)激光出口與七關(guān)節(jié)導(dǎo)光臂光線入口采用螺栓連接，導(dǎo)光臂光線出口與片狀平面光束成形系統(tǒng)采用螺紋連接，片狀平面光束成形系統(tǒng)采用固定環(huán)和固定桿與支架連接?；焖幤靼惭b固定于光學畸變校正裝置的中間，混藥器的中心軸線與光學畸變校正裝置的中心軸線平行。農(nóng)藥注入裝置通過水管與混藥器的農(nóng)藥注入口連接，水注入裝置通過水管與混藥器的水注入口連接，混藥器的混合液出口通過水管與噴桿連接。光學畸變校正裝置和CCD相機放置在同一水平桌面上，調(diào)節(jié)片狀平面光束成形系統(tǒng)的高度和方向，使得片狀激光通過混藥器的中心軸線從上往下照射到混藥器上。CXD相機的鏡頭軸線與片狀平面光束成形系統(tǒng)的片光平面垂直，CCD相機放置高度與混藥室在同一水平高度；CCD相機前置濾光片，濾光片為545nm的長通濾光片，CCD相機與計算機用數(shù)據(jù)連接線連接。激光器發(fā)射波長為532nm的激光。2.原液配制
在農(nóng)藥中按固定比例加入熒光示蹤劑羅丹明6G，均勻混合配制成為原液。原液中要求熒光示蹤劑的濃度不超過熒光飽和濃度。3.標定及測量
(I)標定
取步驟2配制的原液，分別稀釋成6種以上不同濃度的均勻混合液。針對每一種均勻混合液，將均勻混合液充滿混藥器的混藥室，封閉混藥器，將混藥器固定在光學畸變校正裝置中間。整個系統(tǒng)處于測量狀態(tài)，啟動激光器發(fā)射激光，通過導(dǎo)光臂和片光源形成片狀平面激光，照射到混藥室，CCD相機獲取熒光圖像，記錄熒光圖像的灰度值和混合液的濃度值。按以上步驟完成6種以上不同濃度混合液的測量，獲得熒光灰度值和濃度值的對應(yīng)列表，通過曲線擬合獲取熒光灰度值和濃度的映射關(guān)系，保存在計算機中。(2)測量
在測量時，通過水注入裝置將水經(jīng)水注入口注入到混藥器，通過農(nóng)藥注入裝置將步驟2配制的原液經(jīng)農(nóng)藥注入口注入到混藥器，在混藥器的混藥室內(nèi)，原液和水混合，之后經(jīng)過混合液出口流向噴桿。水注入裝置為隔膜泵，農(nóng)藥注入裝置為計量泵，可以根據(jù)施藥濃度要求改變原液的注入量。使得整個系統(tǒng)處于測量狀態(tài)，啟動激光器發(fā)射激光，通過導(dǎo)光臂和片光源形成片狀平面激光，照射到混藥室，CCD相機獲取熒光圖像，保存在計算機中。根據(jù)標定獲得的熒光灰度值和濃度的映射關(guān)系，將熒光圖像轉(zhuǎn)換為濃度分布圖，即獲得混藥濃度場。
具體實施方式
二1.硬件連接和定位
該步驟中，激光器激發(fā)266nm波長的激光，濾光片采用290nm的長通濾光片，混藥器和光學畸變校正裝置采用石英材質(zhì)，其他與實施方式一的步驟I相同。2.原液配制 采用毒死蝶乳油作為原液。3.標定及測量
該步驟與實施方式一的步驟3相同。
權(quán)利要求
1.一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，包括激光器(I)、導(dǎo)光臂(2)、片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)、濾光片(4)、C⑶相機(5)、混藥器(6)、光學畸變校正裝置(7)、計算機(8)、農(nóng)藥注入裝置(9)、水注入裝置(10)，激光器(I)的上側(cè)激光出口與導(dǎo)光臂(2)的進光口通過螺栓連接，導(dǎo)光臂(2 )的出光口與片狀平面光束成形系統(tǒng)(3 )光線入口通過螺紋連接，片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)通過固定環(huán)和連桿與支架連接，其片狀平面光沿混藥器的混藥室中心軸線從上往下照射到混藥室；CCD相機(5)的鏡頭軸線與片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)的片光平面垂直，CXD相機(5)放置高度與混藥室在同一水平高度；(XD相機(5)前置濾光片(4)，C⑶相機(5)與計算機(8)通過數(shù)據(jù)連接線連接，其特征在于光學畸變校正裝置(7)兩端設(shè)有混藥器安裝接口，混藥器(6)安裝固定于光學畸變校正裝置(7)的中間，混藥器的中心軸線與光學畸變校正裝置(7)的中心軸線平行，光學畸變校正裝置(7)的內(nèi)部和混藥器之間充滿水；農(nóng)藥注入裝置通過水管與混藥器的農(nóng)藥注入口連接，水注入裝置通過水管與混藥器的水注入口連接，混藥器的混合液出口通過水管與噴桿連接，光學畸變校正裝置和(XD相機放置在同一水平桌面上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，其特征在于激光器(1)為固體激光器，可發(fā)射波長為266nm、355nm或532nm的激光，單位脈沖能量大于等于10mJ。
3.如權(quán)利要求1所述的一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，其特征在于導(dǎo)光臂(2)為7關(guān)節(jié)導(dǎo)光臂，片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)與固定環(huán)通過螺栓連接固定，固定環(huán)與固定連桿通過螺紋連接，通過旋轉(zhuǎn)固定環(huán)可以調(diào)整片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)的方向，固定連桿與支架的垂直桿通過螺栓固定，松開螺栓可調(diào)整固定連桿的高度，片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)產(chǎn)生厚度為O. 2-2mm的片光，片光角度為15度、30度或45度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，其特征在于混藥器(6)是材質(zhì)為石英或玻璃的透明管，光學畸變校正裝置(7)為與混藥器相同材質(zhì)的透明方形裝置，其兩端與混藥器通過密封圈和密封蓋板以螺栓連接，通過更換密封圈和密封蓋板可以安裝不同尺寸的混藥器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種植保機械混藥濃度場在線測量裝置，其特征在于濾光片(4)為比激光波長大5nm以上的長通濾光片。
全文摘要
本發(fā)明根據(jù)平面激光誘導(dǎo)熒光測量原理，提出一種混藥濃度場在線測量裝置，主要包括激光器(1)、導(dǎo)光臂(2)、片狀平面光束成形系統(tǒng)(3)、濾光片(4)、CCD相機(5)、混藥器(6)、光學畸變校正裝置(7)、計算機(8)等部分。激光器發(fā)射激光，經(jīng)導(dǎo)光臂和片狀平面光束成形系統(tǒng)形成片狀平面光照射到混藥器?；焖幤鞴鼙谕该鳎诨焖幤鞯幕焖幨覂?nèi)，帶有熒光示蹤劑的農(nóng)藥與水混合，經(jīng)片狀激發(fā)，產(chǎn)生激光誘導(dǎo)熒光，在混藥器外面設(shè)置光學畸變校正裝置，在與片狀照射面垂直方向設(shè)置CCD相機，獲取熒光圖像，根據(jù)其像素灰度分布情況，反演混藥器內(nèi)混合液的濃度場。本發(fā)明可以解決植保機械混藥濃度場實時在線測量的問題。
文檔編號G01N21/01GK103063635SQ20121057912
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者管賢平, 邱白晶 申請人:江蘇大學