射流混药器改进提高混药均匀性及动态浓度一致性

提高喷嘴直接注入式变量喷雾系统中混药器浓度一致性与均匀性同样重要。该文根据多孔板穿过流脉动衰减原理提出了夹层孔管式新型混药器,并以普通射流混药器为参照进行在线混合试验,基于图像进行在线混合瞬时均匀性及动态浓度一致性分析。结果表明:单视角图像误差较小,算法适用性强;载流流量及混合比的增大能提升均匀性及一致性;与射流混药器相比,夹层孔管式混药器试验条件下(800 mL/min载流流量2 000 mL/min,4:100药水混合比10:100)平均瞬时不均匀性指数从16.70降至14.76,并在药水混合比9∶100或载流流量1 400 mL/min时普遍降至约13.00,达到均混效果;其虽难以保证所有工况下混合均匀,却显著提高了脉动注入时混合液浓度一致性,平均动态浓度不一致性值从0.039降至仅0.011,试验条件下只要混合比5∶100,或注药频率5.10 Hz,动态浓度不一致性指数均低于0.020,满足浓度一致性要求;由于夹层孔管式混药器相对射流混药器在瞬时均匀性上的优化没有动态浓度一致性明显,且夹层孔管式混药器的瞬时不均匀性指数值与动态浓度不一致性值相关性仅为0.684,低于射流混药器的0.848,因此未来夹层孔管式混药器的进一步优化应以均匀性为主要目标,即使提高浓度一致性也可能提高其混合均匀性。     

基于图像处理的农药在线混合均匀性分析

农药喷洒是进行病虫防治,提高农业产量的有效途径,但由于施药技术落后,农药浪费以及环境污染问题日趋严重,为了提高农药使用效率,农药在线混合均匀性值得研究。由于水和含有荧光物质的农药亮度差异比较明显,利用图像处理方法研究农药的在线混合均匀性。搭建农药在线混合图像采集系统,通过差值预处理并选择出面积百分比最大的图像,使用了轴向和径向像素分析方法和均方根误差分析方法对混合均匀性进行定量分析。在此基础上基于Matlab编写了数据分析软件,并对三种不同性质农药的混合均匀性进行分析,其中水溶性农药均方根误差百分比(β)为13. 389%,高于乳化性农药(9. 280%)和脂溶性农药(9.996%),说明相对于乳化性和脂溶性农药,水溶性农药在线混合均匀性较好。且通过对浓度一定但流量不同的7组试验利用该方法对脂溶性农药流体图像进行了数据处理,发现当流量从1 390 m L/min减小到880m L/min时,均方根误差百分比(β)从11.029%减小到8.737%,均匀性逐渐变差。结果表明,利用图像处理方法研究农药在线混合均匀性是可行的,可以方便、直观地分析混药器结构及性能参数对混合效果的影响,为农药在线混合的图像处理方法及混合效果定量分析奠定基础。     

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值和均匀性指数γ值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药水比例P一定的情况下,载流流量Q越大则混合均匀性越高;不同混合比P条件下,均在载流流量Q=2400 ml/min(试验条件下最大载流流量)时均匀性达最大,Q过小会造成混合均匀性明显下降;在Q一定时,混合比P越大则混合均匀性越高,混合比P较低时,需要有较高的载流流量Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2000ml/min≤Q≤2400ml/min时可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800ml/minQ2000ml/min时可完成高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800ml/min时基本无法完成各混合比P下的在线均匀混合。     

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。     

基于主成分分析的农药在线混合均匀性分析方法

农药在线混合是农药精确使用的有效途径,其中在线混合均匀性是影响施药效果的关键因素。利用高速摄像和图像处理技术结合主成分分析方法(PCA),研究了农药在线混合均匀性的计算方法。在混药浓度一定的条件下,研究了不同流量下的混药流场,利用高速摄像系统采集图像:提取兴趣区域图像(100×300)并进行均值滤波和简单缩放预处理,选择感受野大小为50×50像素、步距为5像素的步距式搜索方式来选取感受野子图,并对感受野子图进行尺寸为2×2像素、步距为2像素的均值池化;设置累积方差贡献率等于98%,对所有感受野子图进行PCA分析,可视化主成分特征和主成分系数分布,根据主成分特征相似性来可视化均匀性和定量计算不均匀性值。其中,当流量逐渐减小时,农药在线混合不均匀性值均值逐渐增大,均匀性变差。研究表明,利用高速摄像技术和主成分分析方法计算农药在线混合均匀性是可行的,为农药在线混合均匀性评价提供了一个新途径。