混药质量浓度在线检测装置

根据溶液质量浓度不同,其折光率不同的原理,设计了一种混药质量浓度在线检测装置。采用波长650 nm二极管激光器作为光源,PSD作为光斑位置探测器,设计和制造了有机玻璃材质的三角形检测管和以OPA4277芯片为主的信号调理电路。在流量为4.7、5.4和6.1 L/min时得到的光斑位置与质量浓度拟合曲线的决定系数R2均大于等于0.983 1,且随着流量的减小,其拟合曲线的决定系数逐渐增大。在流量为6.1 L/min时,在线测量混药质量浓度存在最大偏差为0.075 1 g/L,平均相对误差为8.99%。表明该装置可用于混药质量浓度的在线检测。     

混药浓度在线检测装置的设计与实验研究

根据不同浓度溶液透光率不同,设计了一种混药浓度在线检测的装置。采用发光二极管配合灯罩的光源,线性CCD传感器作为光强接收装置,制作了透明长方体检测流道以及相关配套电路。在流量为3.2L/min、4.0L/min、4.8L/min时得到透射光灰度值与浓度拟合曲线,并进行了在线检测混药浓度装置性能的实验,用测量浓度和用烘干法所得浓度进行对比,偏差均小于等于0.045 6g/L,相对误差均小于等于9.575%,能够实现混药浓度在线检测。     

在线实时混药喷雾系统设计与试验

在线混药喷施技术具有喷施效率高、用药精准、环境污染小等特点。针对在线混药系统混药比范围小和农药小流量检测难等问题,设计了一种在线实时混药喷雾系统,作业过程中直接将混药注入喷雾泵的入口端实现混药的在线喷雾。设计了一种螺旋蜂孔板式混药器,蜂孔板有左旋和右旋两种,且交替安装。设计了一种碟形混药箱,由混药器流出的水药混合液在混药箱中进一步混合。系统使用精量柱塞泵供药,将药液直接注入喷雾系统;采用基于STM32嵌入式控制器实时检测到的水箱和混药箱的液位信息,通过电磁开关阀控制水的流量;水和药在螺旋蜂孔板式混药器中混合,切向流入碟形混药箱,最终由喷雾泵抽取进行喷施。为实现精准控制,对水箱出口的流量计和底部的压力计进行标定,得到水箱水位和压力计输出电压的关系模型及压力传感器输出电压和流量计之间的变化关系,并对水流量的控制精度进行了试验;对精量柱塞泵的转速与控制信号的脉冲频率以及转速和流量进行了标定,得到了转速与控制信号脉冲频率的变化关系,并对精量柱塞泵的供药精度进行了试验。在精量柱塞泵的工作流量范围内,采用同时对水和药分别进行测量的方法对混药比进行了试验,得到了混药比误差变化曲线。采用毒死蜱作为试验药液,对在线混药系统进行了混药试验,采用岛津液相色谱仪对采样点进行了浓度检测,得到各采样点实际浓度值,并与人工充分混药效果进行了对比。试验表明：混药比为150∶1～1000∶1时,混药比误差最大为6.75%;水流量平均误差为1.35%,最大误差为7.15%;农药流量平均误差为2%,最大误差为3%;在毒死蜱混药试验中,药水混合液浓度平均误差为11.7%。     

基于线性CCD混药浓度在线检测装置性能试验研究

使用基于线性CCD传感器的混药浓度检测装置对混药的浓度进行在线检测,在喷雾流量为3.2 L/min时对该检测装置进行标定,给出每种标定浓度下,每个像素点随采样时间的灰度值图。选用灰度值数据变异系数小于5%的第32～120号像素点作为有效像素点,用有效灰度值表示浓度。将每种浓度的胭脂红溶液下采集的50组有效值数据平均值与标准浓度采用最小二乘法对数拟合,得到有效灰度值与浓度之间的曲线关系,其相关系数为0.978 5。使用标定后的装置检测标准浓度溶液,每种标准浓度下记录连续的5组实测浓度,5组实测浓度间的变异系数均小于1.38%,说明检测装置稳定性较高。每种浓度下实测的5组浓度值的平均值与标准浓度之间的偏差均不大于0.018 4 g/L,相对误差均不大于3.081%,优于使用平均灰度值表征浓度的检测方法。     

农药喷雾作业中在线混药技术及展望

在线混药是安全、可靠、高效使用农药和消除农药残留对环境污染的有效途径。为此,回顾和整理了国内外关于在线混药技术研究的成果与相关文献,总结了在线混药技术的研究视角、研究方法和最新进展。总体而言,国外对在线混药技术的研究较早,主要体现在农药直接注入系统的应用和成熟的混药浓度检测方法等方面;国内对在线混药技术的研究虽已取得一些成果,但在生产应用中还具有一定的局限性,存在混药比过大且不稳定、混药浓度检测方法不成熟等诸多问题。根据国内外在线混药技术的发展情况,指出该技术在我国山地果园管道喷雾中的应用存在空白,为在线混药技术在山地果园管道喷雾的进一步研究提供理论和技术支持。     

混药器混合均匀性分析方法与在线混合变工况试验

直接注入式变量喷雾系统中药水混合均匀性是衡量系统性能的重要指标。为了评价混药器在线混合农药的能力,提出了混药器混合均匀性分析方法,并进行了旋动射流混合装置混合脂溶性农药的变工况(不同载流流量Q以及不同药水混合比P)在线混合试验。以基于像素的变异系数α和均匀性指数γ作为均匀性评价指标,对混药器的药水混合图像进行处理,定量分析混合均匀性。采用人工预混的方法,通过和无混药器混合图像及静置图像进行对比,验证了评价指标的准确性。变工况试验结果表明:旋动射流混药器混合脂溶性农药时,在混合比P一定的条件下,载流流量Q越大,则混合均匀性越高;不同P条件下,均在Q=2 400 mL/min(试验条件下最大载流流量)时混合均匀性达最高,Q过小,会造成混合均匀性明显下降;Q一定时,P越大,则混合均匀性越高,P较低时,需要有较高的Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2 000 mL/min≤Q≤2 400 mL/min时,可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800 mL/minQ2 000 mL/min时,可完成较高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800 mL/min时,基本无法完成各种混合比P下的在线均匀混合。     

不同面积比射流混药器的混药特性试验

建立射流混药器模型函数特性方程,理论分析不同结构参数的射流混药器混药状态下的压力比h与混药比q的函数关系,对面积比m∈(0.86,12.76)内25种面积比的射流混药器在工作压力范围0.4~1.2MPa内5个工作压力水平下进行在线混药特性试验,分析不同面积比射流混药器的压力比与混药比的变化规律。试验结果表明:射流混药器的h-q特性曲线斜率只与面积比m有关,与工作压力无关;不同面积比的射流混药器的压力比h和混药比q都呈线性递减,小面积比的射流混药器具有小混药比及高压力比的特点。定压力比h=0.35时,只有面积比m4.34的射流混药器处于混药工作状态(q0),其他面积比的射流混药器均处于回流状态(q0)。面积比m对射流混药器的混药区间hj影响显著,面积比m从1.34增大到4.13,混药区间hj从0.68衰减到0.35,降幅48.5%。以最大混药比q0.1、混药区间hj0.3 5为设计需求,射流混药器的面积比m范围为1.7 3~4.1 3。     

基于Mn(Ⅱ)络合环丙沙星的电化学检测

以Mn(Ⅱ)为络合剂建立了一种基于氧化石墨烯修饰玻碳电极检测氟喹诺酮类抗生素环丙沙星(CIP)的新型方法。通过CIP与Mn(Ⅱ)络合反应,增强CIP的峰电流检测信号,实现CIP的检测。该方法选择pH=8.0的B-R缓冲液为支持电解液,以浓度20 μmol/L Mn(Ⅱ)为络合剂,采用差分脉冲溶出伏安法(DPSV)进行电化学检测。络合峰的峰电流与溶液中CIP的含量在5×10~(-7)～2×10~(-5) mol/L分段成线性关系,线性相关系数分别为R~2=0.977 8 和R~2=0.9952,其检出限为5.0×10~(-7) mol/L。本研究提供的CIP电化学检测方法克服了检测过程中电极制备的复杂性和灵敏度不足等缺点,有望在基体复杂的实际样品中广泛应用。     

基于流量调节阀和神经网络的植保机械在线混药装置

农药的小流量、高精度实时动态测控是在线混药装置急需解决的一个关键问题。流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度、阀开度有关,通过建立流量与这3个变量间的关系表达式,即可利用调节阀对药液流量进行实时检测和控制。设计了利用流量计和调节阀分别对水和农药原液进行计量的在线混药装置,在提出调节阀相应标定方法的基础上,建立了调节阀的流量关系表达式,并在室内进行了测试。结果表明,农药流量在24~240 m L/min范围内时,混药装置的药液流量相对偏差均小于4%。     

基于农药光透性的混药比反馈在线混药装置

设计了基于农药光透性的混药比检测单元、采用PWM波占空比控制注入量的药液注入单元和以MSP430F149单片机为核心的低功耗控制单元,分别对各功能单元进行性能测试和标定实验,在此基础上构建了药液混药比反馈在线混药装置,并对农药百草枯进行1∶200混药比定点跟踪实验。结果表明,基于农药光透性的混药比反馈在线混药方法及装置可以实时获取混药比反馈信息,自动调节药液注入量,准确跟踪设定混药比,有效满足农药在线自动混药要求。     

基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义，但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题，难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理，利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜，经激发光照射后产生红色荧光，该荧光寿命可由溶解氧浓度调节；然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知；再以STM32F103微处理器作为主控芯片，编写下位机程序实现激发光脉冲产生，利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换（FFT）计算激发光与参照光的相位差，进而转化为溶解氧浓度，实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想，利用屏蔽排线直接插拔连接，便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试，本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

基于MCU和CFD的鸡舍氨气检测装置设计与试验

为了准确测量肉鸡养殖过程中鸡舍内的氨气浓度,实现舍内氨气环境的精准调控,设计了一种由气体检测系统、气体循环系统和辅助装置构成的主动式氨气检测装置。装置通过控制风扇实现状态切换,使用电化学氨气模组检测气体,通过微控制器（Micro control unit,MCU）实现浓度数据分析、处理,并运用计算流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）技术模拟装置在不同状态下的速度云图和速度矢量图,由此得到空气龄,确定单次进气时间。装置在氨气检测状态时气流呈逆时针循环流动,使氨气浓度更均匀,最大空气龄为0.804s,装置设定单次检测时间为1s,每10s检测一次,每6个值的均值作为1min的值。在养殖鸡舍内进行现场试验,结果表明本文装置检测的氨气浓度和氨气变送器检测值的Pearson相关系数达到0.832,与检测结果趋势相符,平均相差为3.46%,方差也较小,总体比氨气变送器检测值波动小,检测更稳定。该检测装置具有速度快、精度高和稳定性强等优点。     

玉米联合收获机清选损失监测装置设计与试验

针对玉米籽粒收获时,损失率检测不准的问题,以压电薄膜作为敏感材料,设计了一种由冲击传感器、信号处理电路和安装装置等组成的玉米收获机籽粒清选损失监测装置,并采用支持向量机多分类算法提取玉米籽粒冲击信号,实现了玉米籽粒损失的实时监测。首先,在不同冲击角度和高度的试验条件下,对不同大小的玉米籽粒和杂余进行冲击信号的采集试验,提取冲击信号的主要特征。采用支持向量机多分类算法对模型进行训练,并在监测装置上实现实时分类。使用不同品种和含水率玉米对分类模型进行验证。然后,在不同风机转速和清选筛开度条件下,得到测试时间内传感器检测的籽粒数与总损失量之间的关系,并根据谷物流量值,计算得到实时的清选损失率。最后,将该监测装置安装在4YL-8型玉米联合收获机上进行田间试验。结果表明,该监测装置与人工检测相比,平均相对误差为12.98%,可以为收获机的控制提供反馈信息。     

基于相态图像在线检测的RCP轴封内流场试验研究

为了研究反应堆冷却剂主泵动压轴封异常工作状态、验证第三级副密封所处工况条件,开展了轴系温度分布仿真分析.采用微型内窥装置在线获取三级低压泄漏流相态图像,对所得图像进行数值化处理;采用Sobel边沿检测算法求取图像边沿化后的均方差,实现了基于内窥图像的主泵轴封低压泄漏流相态的在线监测.通过提高密封第三级泄漏背压,改善浮动...     

光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统研究

针对油菜精量播种作业速度提高导致种子流检测精度下降的问题,设计了一种光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统,由光纤计数式传感器、核心控制模块、降压模块、无线通信模块和网页终端组成。阐述了光纤计数传感器的种子流检测原理,运用质点运动学理论构建了种子与导种管接触运动力学模型,明确了该传感器的响应时间。系统工作时,通过光纤传感器检测下落的种子流对光纤进行遮挡产生的电压信号,通过不同模块对信号进行降压、收集、传输并结合终端进行实时显示与储存。选用华油杂62油菜种子为试验材料,以六度空间振动台为试验平台搭载油菜精量排种器,以振动频率、种盘转速和工作负压为试验因素,各行排种量及各行排量一致性变异系数的相对偏差为评价指标,开展了传感器精度试验、检测系统性能试验及田间试验。试验结果表明：单、双粒检测试验结果相对偏差最大为3.67%;各行排种量的实际值与检测值的相对偏差不超过4.0%;各行排量一致性变异系数的相对偏差不超过1.0%。田间试验表明油菜种子的播种量检测相对偏差不超过8.0%,系统整体误差较小,可为进一步开展油菜精量播种作业质量评价系统研究提供参考。     

移动式荔枝蓄冷喷淋预冷装置控制系统设计与试验

为解决现有荔枝产地预冷装置预冷速度慢、能耗高等问题,设计了一种移动式荔枝蓄冷喷淋预冷装置控制系统,以保障荔枝采后预冷效果。该系统主要由STM32主控系统、水泵驱动系统、制冷系统和数据采集系统组成。基于USART HMI软件设计智能串口屏界面,智能串口屏通过TTL串口与STM32单片机进行串口通信,能够完成荔枝喷淋预冷工作参数设置和显示控制系统运行状态信息,实现对荔枝喷淋预冷装置的精确控制。搭建试验硬件平台,以水泵的喷淋流量和单次喷淋时荔枝载荷为试验因素,以荔枝的预冷时间和均匀度为试验指标对预冷效果进行评价。试验结果表明,在1/2预冷时间(HCT)之前,当喷淋流量超过70 L/min时,喷淋流量对冷却速度的影响不大;在HCT之后,与70 L/min相比,预冷时间分别减少170 s(90 L/min)、260 s(110 L/min)、262 s(130 L/min),因此,当喷淋流量超过110 L/min时,增加喷淋流量对荔枝降温速率影响不大;对不同载荷荔枝进行试验发现,当荔枝载荷大于50 kg时,增加荔枝载荷对荔枝降温速率影响较大;当荔枝载荷为50 kg时,荔枝预冷完成后的均匀度会随着...     

差压隔膜式加药装置

通过在密闭式加药罐中设置柔性防水薄膜,设计了一种与现有产品工作原理不同的差压隔膜式加药装置,新装置利用输水管道中设置的减压阀产生压差,作用在密闭式加药罐上完成加药.加药罐中柔性薄膜起分隔水和药剂的作用,保持加药罐中药剂浓度不变.研究分析了输水管道压力、流量与加药流量之间的关系,发现装置加药流量与管道压力无关而与管道中流量成正比,加药装置具有加药流量自我调节功能,能够适应输水管流量变化,保证加药均匀度.加药装置性能试验表明,该装置的管道水头损失小于0.5 m,同一流量下不同时刻加药浓度偏差小于4%,不同流量下加药浓度偏差小于2%,通过调节减压阀的设置,可以调整加药比例,适应不同用户需求.该装置不会大幅度降低管道压力且加药浓度稳定,可广泛应用于设施农业喷灌、滴灌系统中的加药、施肥.