基于微流控芯片的圆褐固氮菌浓度快速检测方法

针对当前微生物肥料中圆褐固氮菌浓度检测方法耗时长、自动化程度低等缺点,提出了一种基于微流控芯片的圆褐固氮菌浓度检测方法。设计了具有自动进样、混合稀释以及电化学循环伏安检测等功能的微流控芯片,构建了微流控检测系统实验平台,优化了系统中的进样速度、扫描速率等工艺参数,并对检测系统的性能指标进行了实验验证。结果表明,与国标平板计数法相比,所提出方法不仅能够满足微生物肥料检测的精度要求,而且具备较快的检测速度及较高的检测自动化程度。     

基于微流控和比色光谱法的水产养殖海水氨氮含量检测

为实时、准确地获取水产养殖海水中氨氮含量,以大围网养殖海水中的氨氮为研究对象,在比色光谱法基础上结合微流控技术进行靛酚蓝法比色反应,实现对溶液中氨氮含量的定量检测。建立数据处理后相应的模型,并且对比了不同光谱预处理和不同样本集划分算法对建立预测模型的影响,其中多元散色校正（MSC）后再使用小波平滑的预处理方法结合排序法划分样本集建立的偏最小二乘（PLS）回归模型效果最优,建模集校正标准差（RMSEC）和预测集校正标准差（RMSEP）分别为0.0566mg/L和0.0677mg/L,相对分析误差（RPD）为6.8932;在优化条件下测得方法的线性范围和检测限分别为0.005~1.350mg/L和0.0036mg/L。对海水、自来水和养殖水体进行加标回收实验,平均回收率在94%~109%之间,相对标准偏差在2.3%~5.8%之间。结果表明,实验建模效果良好,操作简单、方便,实验快速、可靠、无污染,表明利用比色光谱法结合微流控技术检测氨氮方法可行。     

基于纸质微流控芯片的农药检测系统

针对当前农药检测手段仪器复杂、成本昂贵等问题,提出了一种基于纸质微流控农药检测方法。设计了具有自动进样、混合反应、电化学检测等功能的纸质微流控芯片,采用石墨碳、Ag/AgCl材料以及结合化学交联法制备了环状结构的丝网印刷酶电极,并利用循环伏安法对制备的酶电极进行了电化学表征,构建了一套基于酶抑制法的集成酶电极纸质微流控农药检测系统。最后建立了酶抑制率与对硫磷浓度的数学模型,并测试了酶电极的性能。实验结果表明,酶电极具有良好的制备重复性、稳定性和线性度。抑制率与对硫磷浓度的负对数在1.0×10~(-7)~1.0×10~(-5)g/mL范围内呈良好的线性关系,线性回归方程为:I=158.82+21.11lg C,R~2为0.993,最低检出限为3.3×10~(-8)g/mL。所制备的酶电极微流控传感器抗干扰性较强,对对硫磷农药具有一定的选择性。加标回收率范围在95.8%~115.0%之间。     

用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片

[目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C⁴D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C⁴D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。[结果和讨论]该方法对钾离子(K⁺)、铵根离子(NH₄⁺)和硝酸根离子(NO₃^-)标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K⁺、NH₄     

多层纸基微流控芯片的设计及其对农药的可视化检测

为了满足对农药残留快速、简便、低成本和现场检测的要求,基于适配体的荧光法检测原理,从提高混合效果的角度,设计了一种高效混合的阵列式多层纸基微流控芯片。通过对半圆环式交错结构、截圆式交错结构和圆环式堆叠结构的流动混合仿真,得出"d_2-1700μm型"截圆式交错结构的混合通道的混合效果最佳,I_e值为0.924 41。利用显色剂对仿真优化的结果进行试验,对20次试验的结果进行图像处理算得混合强度值的平均值为0.713。分别对啶虫脒和丙溴磷两种农药进行可视化检测试验,测得对啶虫脒的检测范围是50～600μg/kg;对丙溴磷的检测范围是60～480μg/kg。     

基于气载微流控芯片的作物病害孢子流式动态检测方法

为解决微流控芯片孢子检测复用率低的问题,提出一种基于气载微流控芯片的作物病害孢子流式动态检测方法。根据微尺度下作物病害孢子气体动力学特征设计平行双鞘流聚焦的微流控芯片,实现孢子的聚焦流动;利用光路聚焦原理和双向Mie散射原理设计光电检测结构;将微流控芯片和光电检测结构组合搭建光电检测系统,根据前向散射光强信息建立粒径与光强的检测模型,并融合前向和侧向散射光强信息,实现稻曲病孢子和聚苯乙烯微球的有效分类。仿真和实验结果表明：样品在芯片入口流速为2.5mL/min、鞘流流速为12mL/min时,粒子聚焦宽度为8μm,粒子富集率可达96.7%;稻曲病孢子和聚苯乙烯微球粒径与光强检测模型的决定系数为0.9666,平均检测误差为7.04%,芯片复用率提高约9倍。研究结果为作物病害检测传感器的研发提供了理论基础。     

基于等效电容的介电湿润芯片液滴位置检测方法

数字微流控技术在操作单个微液滴方面所表现出的独特优势使其得到了广泛关注与应用,但数字微流控系统中针对芯片上液滴的位置缺少反馈就会发生液滴不能成功被驱动的现象,致使液滴不能够完成规划的路径。本文采用基于等效电容的液滴位置估算检测原理,系统以相邻两个驱动电极与液滴所构成的等效电容为反馈控制对象,该位置估算原理具有无量纲属性,与液滴的组成成分无关,适用性更加广泛。实验结果表明,基于等效电容的液滴位置估算检测原理和装置能极大地提高液滴连续运动的成功率,从而使液滴能够按照规划好的路径运动到既定目的地。     

基于误差分离技术的球形工件在线检测方法

由于工件球度的在线检测比较困难,而且当前的测量系统大部分是离线检测。如果能在加工过程中对工件进行检测,根据检测结果及时修正加工参数,将降低生产成本、提高产品质量、加快生产速度。针对当前现状,提出了一种基于工件圆度的测量方法,通过测量工件的圆度间接得到工件球度,准确度较高。介绍了基于单片机的在线测量系统的构成和测试原理,并采用误差分离技术提高测量精度,系统结构简单、成本低、精度高。     

基于LEACH协议的水产养殖参数智能监控系统

提出了基于LEACH(Low energy adaptive clustering hierarchy)协议的水产养殖溶解氧参数低功耗无线测量网络和溶解氧浓度的智能变频控制技术。无线传感网络中簇首对测量节点的数据先进行融合,然后发送到基站。针对水体溶解氧参数变化缓慢的特点,规定在每一帧内变化小于0.1 mg/L时,不再向簇首发送数据。簇首调整各节点在该帧内数据发送时隙,延长簇首和节点的休眠时间,降低了功耗。PLC根据溶解氧参数的变化一方面通过变频器控制叶轮增氧机,在白天水体溶解氧质量浓度大于5.0 mg/L时,叶轮增氧机低速耕水,充分利用自然界的风能、光能和藻类的光合作用改善水质;另一方面当溶解氧质量浓度低于5.0 mg/L下限时,采用模糊变频控制迅速缩小误差,在接近控制目标后,变频器输出稳定。通过试验验证,相对于人工粗略控制,节约电能42.3%以上,产量提高11.8%,综合经济收益提高41.3%。     

基于Simulink的水产养殖溶解氧监控系统

在水产养殖中,水体的溶氧量对鱼类生长和发育有很大影响,很有必要对其进行监控.为了提高监控的效果,建立了水产养殖溶解氧监控系统的数学模型,利用Simulink软件设计了PID控制器,并利用该软件中的非线性控制设计模块优化了控制器的参数.系统仿真分析表明,系统稳定,且优化后系统的超调量很小,响应变快,能够得到较好的控制效果.通过对水产养殖溶解氧监控系统的建模与仿真,可以为分析该系统提供重要基础,同时在实际应用方面积累了经验.     

磁吸式精密播种器滚筒变速控制系统设

设计了一种由F2812DSP芯片、PS2键盘和光电传感器组成的基于数字信号处理(DSP)的磁吸式播种器滚筒变速控制系统,在充种区降低滚筒转速增加充种时间,在携种和清种区增加滚筒转速,提高播种器工作效率.以油菜包衣种子为研究对象的试验表明,该控制系统各个模块协调工作良好,系统运行稳定,滚筒在充种时转速为16r/min,携种、清种时转速为20r/min,工作效率较16r/min匀速转动提高了16%,单播率达到95%.     

基于WSN的水产养殖环境监测系统

将无线传感器网络(WSN)技术引入到环境监测系统的开发中,可有效解决水产养殖工作环境复杂、监测地点分散和布线成本高等问题。所介绍的监测系统以一套无线传感器网络节点来形成获取环境参数的自组织网络,利用一种基于GPRS的远程数据传输系统实现无线传感器网络与远程监控端的通信,并通过监测软件对数据进行接收、观测和存储。实验室和水产养殖基地的测试表明,系统运行稳定,数据真实可信,可对水产养殖环境进行有效监测。     

基于灰色预测的农业机器人GPS导航系统硬故障隔离

采用卡方检验和灰色预测相结合的算法,综合利用卡尔曼滤波数据和GPS历史有效定位数据,在不增加额外传感器信息条件下,对农业机器人导航中常见的GPS定位数据突变故障进行了检测和隔离。实验结果表明,这类故障被有效隔离后,不会影响导航系统的正常工作。GPS定位数据的灰色预测残差小于10cm,当虚警率仅为0.05时仍可降低卡方故障检验的漏检率。     

基于随机配置网络的海水养殖氨氮浓度软测量模型

氨氮浓度是水产养殖过程的重要监控指标,水中氨氮浓度过高,会产生较强的神经毒素,导致水生物大面积死亡,因此,需实时准确监测水产养殖过程中水的氨氮浓度。然而,由于影响海水水质因素较多,各因素之间关系复杂、相互影响,目前未能实现海水氨氮浓度的实时监测。通过分析海水养殖水体中氨氮的生成和硝化过程,选取水体中与氨氮浓度相关且易测的水质参数(温度、电导率、p H值、溶解氧质量浓度)为辅助变量,采用收敛速度快且泛化能力较强的随机配置网络建立了氨氮浓度软测量模型。为验证方法的有效性,设计了实验室海水养殖循环水系统,通过试验系统的实测数据,将该方法与其他几种神经网络建模方法进行了比较。结果表明,氨氮浓度随机配置网络模型具有更高的精度和更快的运行速度。基于模型设计了水产养殖水质监控系统,并将此方法嵌入上位机Win CC软件,实现了氨氮浓度的在线监测。     

车辆并联机构座椅三维减振研究

针对车辆座椅的三维振动,提出采用三平移并联机构作为其主体机构,运动学分析表明在垂直方向具有较大的工作空间,且机构的Jacobian矩阵与垂直位移无关,适合作为车辆三维减振座椅.机构的模态分析结果表明,系统的3个固有频率避开了人体的敏感频率,可以使人体具有较好的乘坐舒适度.最后对系统进行了动态灵敏度分析,确定了系统设计参数对座椅固有频率的影响情况,更好地满足了车辆对座椅动态特性的要求.     

基于激光视觉的农作物株高测量系统

针对目前视觉测量农作物株高技术中存在农作物顶点和底点难以识别的问题,设计了一种基于激光视觉的农作物株高测量系统。该系统针对农作物株高测量特点,改进了三角测量模型,改进后的三角测量模型参数包括相机参数、光平面方程和相机安装参数;依据系统测量模型,该系统标定过程中通过至少一次将棋盘格标定板置于农作物底端点对应水平面的平行平面上,建立农作物底点平面对应的地面坐标系,通过将激光器发出的激光线投射到农作物上,识别农作物顶点。在株高为558.00~1 843.30 mm的农作物上的测试结果表明,测量绝对误差最大值28.30 mm,相对误差最大值为2.17%。该系统标定完成后可实现自动化与实时测量,且测量精度高,具有良好的实用价值。