尺寸可变式雾滴空间沉积量测试装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种尺寸可变式雾滴空间沉积量测试装置及方法，装置包括机械支架、空间集雾阵列、行走机构和控制部分；所述的机械支架用于固定空间集雾阵列和调整空间集雾阵列间距；所述的空间集雾阵列用于收集喷雾区域内沉积的雾滴；所述的行走机构用于驱动机械支架和空间集雾阵列以一定速度相对隧道式喷雾机做相对运动；所述的控制部分完成对空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸调整以及行走机构行进速度的控制。本设计采用剪叉机构和滑动机构，通过调整空间集雾阵列的前后和上下间距来模拟不同作物或不同生长期的长势，用于测试在隧道式喷雾中雾滴在可变三维空间上分布均匀性和沉积量，也能够对同一作物不同生长期进行隧道式喷雾作业性能进行综合评价。
【专利说明】尺寸可变式雾滴空间沉积量测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及植保机械【技术领域】，尤其是涉及一种尺寸可变式空间雾滴沉积量测试装置及其测试方法，用于测试在隧道式喷雾中雾滴在可变三维空间上分布均匀性和沉积量。
【背景技术】
[0002]篱壁式栽培的园艺作物枝叶茂密、雾滴难以穿透果树冠层并沉积均匀，往往雾滴在外层稠密叶幕阻挡下聚集形成水滴滚落流失，造成冠层内部及树干病虫害得不到有效控制。而为了安全有效地喷施农药，最理想的施药效果是喷雾机将农药雾滴均匀地分撒到靶标上，以保证作物叶片表面上沉积足够药液。因此最终衡量喷雾机械性能的指标是喷雾机械作业过程中雾滴在标靶上沉积分布的均匀性。空间雾滴沉积量和均匀性的精确检测对提高植保机械检测技术水平、优化植保机械作业参数和提高植保机械设计水平都具有重要的意义。
[0003]隧道式喷雾是针对篱壁式园艺作物栽培模式而开发的新型施药技术。其原理是用隧道形喷雾机构将作物半封闭，同时多方位喷雾使雾滴更容易穿透作物表层，在作物内部叶片形成更好的雾滴沉积。因此隧道式喷雾的最大优点是:增加了药液均匀沉积，提高了农药利用率，显著地减少了农药飘失和滴落。
[0004]经对现有技术的文献的检索发现，中国发明专利“水平雾量分布测试装置及测试方法”，专利申请号201110349996.3，提供了一种水平雾量分布测试装置及测试方法，实现了雾滴在水平靶标上的二维测试。发明专利“喷雾量垂直分布测试方法及专用测试装置”，专利申请号200910027271.5，公开了一种垂直雾量分布的测试方法，实现雾滴在垂直分布的测试。发明专利“一种喷雾二维分布自动测试装置和方法”，专利申请号201210472829.2，公开了一种基于超声波传感器的喷雾二维分布自动测试装置和方法，控制系统控制二维移动单元在纵向和横向的运动，二维移动单元下设有测试单元，实现了对药液的二维分布的测试。但是这些方法都存在缺陷，因为喷雾是一个动态的过程，雾滴呈现空间分布，具有一定浓度的药液进行均匀覆盖，单一的水平或者垂直的进行雾量测试并不能说明雾量实际的分布情况。需要进行空间上雾量测试才能保证实验检测的准确性，从而为植保机械的工作参数调整提供准确参考。发明专利“一种变量喷雾的雾量空间分布的测试装置”，专利申请号201120565057.8，提供了一变量喷雾的雾量测试装置，此装置利用带有缝隙的盖板在集雾槽上移动来测试喷雾面上不同位置的雾量，但是测试方法只是对喷雾空间雾量进行测定，不能对药液在作物叶片上的实际沉积量作出测试，而且此测试方法获得的空间雾量数据存在多方向的耦合，数据处理复杂，得出的结果也不直观。
[0005]综上，作物不同生长期的药液喷施过程都呈动态过程，仅仅测试某生长期的一维或二维的雾滴空间分布无法揭示动态喷雾过程中在作物叶片上的实际沉积量。因此研发一种能有效测量隧道式喷雾在作业状态下的可仿真不同作物或不同生长期的综合沉积效果的测试装置，对于正确评价隧道式喷雾效果具有重要意义。
【发明内容】
[0006]本发明是为了弥补现有测试装置的不足而提供的一种尺寸可变式空间雾滴沉积量测试装置及方法，采用可变式空间集雾阵列仿真不同作物枝叶的空间分布状态，实现隧道式喷雾在作业状态下的三维空间中雾量的采集与测试。
[0007]本发明的三维空间沉积量分布测试装置采用如下技术方案:包括机械支架、空间集雾阵列、行走机构、控制部分。所述的机械支架用于固定空间集雾阵列和调整空间集雾阵列间距；所述的空间集雾阵列用于收集喷雾区域内沉积的雾滴；所述的行走机构用于驱动机械支架和空间集雾阵列以一定速度相对隧道式喷雾机做相对运动；所述的控制部分完成对空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸调整以及行走机构行进速度的控制。
[0008]所述的机械支架有机架、滑动机构、剪叉机构和多根伸缩管组成。所述的机架是两根钢制支撑横板和两个直线导轨焊接而成。所述的滑动机构是由双向丝杠、滑动基座和宽度调整步进电机组成。所述的双向丝杠是带有双向螺纹的丝杠，滑动基座中部沿水平方向设有与双向丝杠螺纹相配合的螺纹螺孔；双向丝杠经过两个滑动基座上的相反方向螺纹通孔将两个滑动基座联接，两个滑动基座可沿直线导轨往复滑动；所述的滑动基座下部开有底部滑槽卡并通过底部滑槽卡卡放在直线导轨上；滑动基座上部开有凹槽，凹槽两侧还开有滑动槽孔。宽度调整步进电机通过电机支座固定在直线导轨上，宽度调整步进电机通过联轴器与双向丝杠一端联接，宽度调整步进电机带动双向丝杠转动，使每根双向丝杠两侧的滑动基座可沿直线导轨直线往复滑动，从而调整固定在滑动基座上的剪叉机构宽度方向的间距。所述的剪叉机构是两个剪叉列通过连接轴平行连接的组合；所述的剪叉列由多个带有通孔的金属片通过连接轴交叉连接在一起组成；剪叉机构最下端伸出的金属片一侧通过固定螺栓穿过通孔固定在滑动基座的凹槽内，另一侧由滑动轴穿过通孔联接在一起，同时滑动轴两端限定安装在滑动基座凹槽两侧的滑动槽孔中，滑动轴中部焊接有一丝杠螺母，滚珠丝杠穿过丝杠螺母并可在丝杠螺母内部转动，从而带动滑动轴在滑动槽孔中移动，高度调整步进电机通过联轴器与滚珠丝杠联接，高度调整步进电机转动可使剪叉机构伸缩，进而改变空间集雾阵列的高度间距。每套剪叉机构垂直安装在相对应的滑动基座上；安装在同一水平导轨上的两个剪叉机构之间通过多根平行设置的伸缩管联接；伸缩管嵌套在剪叉机构上的轴套中进行固定；所述的每根伸缩管由两段细管和一段粗管组成的粗细相间的长管；两段细管分别可活动的套接在粗管两侧内部，两段细管并通过粗管内部的弹簧片卡住联接，两段细管可以在粗管里进行伸缩。
[0009]所述的空间集雾阵列是由多个集雾单元和多根细长管组成；所述的集雾单元由双层滤纸、滤纸固定夹组成；在同一高度上，两个相对应的伸缩管的粗管中间处联接一细长管，在伸缩管两端对称位置的细管上各联接一细长管，各细长管之间相互平行且与水平轨道平行；双层滤纸由滤纸固定夹等距夹持在细长管上，双层滤纸分别仿真叶片的正面和背面。优选地，所述的圆盘滤纸的直径为8?12厘米。优选地，所述的滤纸夹持在细长管上的数目依据作物叶片疏密程度以5?10片为宜。优选地，所述的集雾单元在高度方向上可安装3?6层。所述的滤纸固定夹由上下压环、中间塑料片和夹持夹组成。夹持夹固定在细长管上，双层滤纸由上下压环固定其边缘部分，并由中间塑料片隔离，防止上下滤纸雾滴渗透。[0010]所述的行走机构是由行进轮、行走电机、链轮，链条和水平轨道组成。行进轮通过行进轮支架固定在机架上。所述的行走电机固定在机架的侧面，行走电机与行进轮采用链传动，驱动机架沿水平轨道行走。所述的水平轨道固定在地面上，其长度应满足测试装置行进距离；行进轮安放在水平轨道内，可使测试装置沿水平轨道运动。
[0011]所述的控制部分是由空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸控制部分和行走机构行进速度控制部分组成。所述的空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸控制部分是由单片机最小控制系统通过解码接口分别联接水平和竖直的拉线位移传感器获取空间集雾阵列高度和宽度信息，单片机最小控制系统通过控制信号输出接口分别联接竖直移位驱动器和水平移位驱动器，根据设定的空间集雾阵列高度和宽度驱动高度调整步进电机和宽度调整步进电机完成空间集雾阵列的尺寸控制。所述的行走机构行进速度控制部分是由单片机最小控制系统通过解码接口联接角速度编码器获取行走速度信息，单片机最小控制系统通过控制信号输出接口联接行进驱动控制器，根据设定的相对速度驱动行走电机完成机架的行进速度控制；单片机最小系统通过限位信号输入接口分别串接是竖直行程开关1、竖直行程开关2、水平行程开关和行走行程开关，完成剪叉机构、滑动机构和行走机构的极限位置控制；
[0012]本发明空间沉积量分布测试装置的测试方法具有如下步骤:
1)空间集雾阵列高度和宽度的调整:根据喷雾机要喷洒的作物的长势和种植情况，由空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸控制部分控制剪叉机构在竖直方向上作出适当的伸长或者缩进，使空间集雾阵列接近作物高度；同时控制滑动机构调整滑动基座间距，使空间集雾阵列宽度(即滑动基座沿长螺栓运动的宽度)接近作物宽度。
2)测试装置行进速度的调整:设置测试装置需要模拟机具的行进速度，将测试装置复位到水平轨道的起始点，通过行走机构控制部分调整测试装置沿水平轨道上的行进速度，保证在隧道式喷雾区域实现匀速行进。
3)空间集雾阵列的集雾量检测:进入喷雾区域前，打开喷雾机开关进行喷雾，使测试装置匀速通过喷雾机喷洒区域，雾化雾滴沉积在双层滤纸阵列上，从测试装置上取下，封装在自封袋中并标记滤纸空间节点位置和正反面信息，测量并记录各滤纸上的雾滴沉积量；(测量方法可参考相关国家标准)
4)三维空间雾量分布图的构建:根据各个空间节点的沉积量大小输入可视化建模软件(如Matlab等)，建立隧道式喷雾中模拟作物在三维空间上的沉积量分布图。
5)若对同一作物不同生长期进行隧道式喷雾作业性能进行综合评价，则依据不同生长期作物的长势返回第一步调整空间集雾阵列高度和宽度，然后重复步骤2-5，建立不同生长期的三维空间上的沉积量分布图，用于隧道式喷雾作业性能的综合评价。
[0013]同一作物不同生长期的喷雾性能的综合评价方法:
测试装置的集雾阵列为P X qXr，依据同一作物η个不同生长期的植株外形尺寸，分别对空间集雾阵列的宽度和高度尺寸进行设定，并对每个生长期测试进行m次集雾测试，采集其喷雾沉积量的测试结果，结果记为Au，其中A为PX qXr的矩阵，i标记为不同生长期，j标记为第j次测试；其三次测试的平均值为:
I m
4 =—Σ 4,
mJ=I依据作物的不同生长时期喷雾作业次数或重要性给出植保权重Y:、υ2>
Y3>...Yn(其中权重值应满足
【权利要求】
1.一种尺寸可变式雾滴空间沉积量测试装置，包括机械支架、空间集雾阵列、行走机构、控制部分；所述的机械支架用于固定空间集雾阵列和调整空间集雾阵列间距；所述的空间集雾阵列用于收集喷雾区域内沉积的雾滴；所述的行走机构用于驱动机械支架和空间集雾阵列以一定速度相对隧道式喷雾机做相对运动；所述的控制部分完成对空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸调整以及行走机构行进速度的控制；其特征在于: 所述的机械支架有机架、滑动机构、剪叉机构和多根伸缩管组成；所述的机架是两根钢制支撑横板和两个直线导轨焊接而成；所述的滑动机构是由双向丝杠、滑动基座和宽度调整步进电机组成；所述的双向丝杠是带有双向螺纹的丝杠，滑动基座中部沿水平方向设有与双向丝杠螺纹相配合的螺纹螺孔；双向丝杠经过两个滑动基座上的相反方向螺纹通孔将两个滑动基座联接，两个滑动基座可沿直线导轨往复滑动；所述的滑动基座下部开有底部滑槽卡并通过底部滑槽卡卡放在直线导轨上；滑动基座上部开有凹槽，凹槽两侧还开有滑动槽孔；宽度调整步进电机通过电机支座固定在直线导轨上，宽度调整步进电机通过联轴器与双向丝杠一端联接，宽度调整步进电机带动双向丝杠转动，使每根双向丝杠两侧的滑动基座沿直线导轨直线往复滑动；所述的剪叉机构是两个剪叉列通过连接轴平行连接的组合；所述的剪叉列由多个带有通孔的金属片通过连接轴交叉连接在一起组成；剪叉机构最下端伸出的金属片一侧通过固定螺栓穿过通孔固定在滑动基座的凹槽内，另一侧由滑动轴穿过通孔联接在一起，同时滑动轴两端限定安装在滑动基座凹槽两侧的滑动槽孔中，滑动轴中部焊接有一丝杠螺母，滚珠丝杠穿过丝杠螺母并可在丝杠螺母内部转动，从而带动滑动轴在滑动槽孔中移动，高度调整步进电机通过联轴器与滚珠丝杠联接，高度调整步进电机转动可使剪叉机构伸缩；每套剪叉机构垂直安装在相对应的滑动基座上；安装在同一水平导轨上的两个剪叉机构之间通过多根平行设置的伸缩管联接；伸缩管嵌套在剪叉机构上的轴套中进行固定；所述的每根伸缩管由两段细管和一段粗管组成的粗细相间的长管；两段细管分别可活动的套接在粗管两侧内部，两段细管并通过粗管内部的弹簧片卡住联接，两段细管可以在粗管里进行伸缩； 所述的空间集雾阵列是由多个集雾单元和多根细长管组成；所述的集雾单元由双层滤纸、滤纸固定夹组成；在 同一高度上，两个相对应的伸缩管的粗管中间处联接一细长管，在伸缩管两端对称位置的细管上各联接一细长管，各细长管之间相互平行且与水平轨道平行；双层滤纸由滤纸固定夹等距夹持在细长管上，双层滤纸分别仿真叶片的正面和背面；所述的滤纸固定夹由上下压环、中间塑料片和夹持夹组成；夹持夹固定在细长管上，双层滤纸由上下压环固定其边缘部分，并由中间塑料片隔离，防止上下滤纸雾滴渗透； 所述的行走机构是由行进轮、行走电机、链轮，链条和水平轨道组成；行进轮通过行进轮支架固定在机架上；所述的行走电机固定在机架的侧面，行走电机与行进轮采用链传动，驱动机架沿水平轨道行走；所述的水平轨道固定在地面上，其长度应满足测试装置行进距离；行进轮安放在水平轨道内； 所述的控制部分是由空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸控制部分和行走机构行进速度控制部分组成；所述的空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸控制部分是由单片机最小控制系统通过解码接口分别联接水平和竖直的拉线位移传感器获取空间集雾阵列高度和宽度信息，单片机最小控制系统通过控制信号输出接口分别联接竖直移位驱动器和水平移位驱动器，根据设定的空间集雾阵列高度和宽度驱动高度调整步进电机和宽度调整步进电机完成空间集雾阵列的尺寸控制；所述的行走机构行进速度控制部分是由单片机最小控制系统通过解码接口联接角速度编码器获取行走速度信息，单片机最小控制系统通过控制信号输出接口联接行进驱动控制器，根据设定的相对速度驱动行走电机完成机架的行进速度控制。
2.如权利要求1所述的一种尺寸可变式雾滴空间沉积量测试装置的测试方法: 1)空间集雾阵列高度和宽度的调整:根据喷雾机要喷洒的作物的长势和种植情况，由空间集雾阵列高度和宽度方向的尺寸控制部分控制剪叉机构在竖直方向上作出适当的伸长或者缩进，使空间集雾阵列接近作物高度；同时控制滑动机构调整滑动基座间距，使空间集雾阵列宽度即滑动基座沿双向丝杠运动的宽度接近作物宽度； 2)测试装置行进速度的调整:设置测试装置需要模拟机具的行进速度，将测试装置复位到水平轨道的起始点，通过行走机构控制部分调整测试装置沿水平轨道上的行进速度，保证在隧道式喷雾区域实现匀速行进； 3)空间集雾阵列的集雾量检测:进入喷雾区域前，打开喷雾机开关进行喷雾，使测试装置匀速通过喷雾机喷洒区域，雾化雾滴沉积在双层滤纸阵列上，从测试装置上取下，封装在自封袋中并标记滤纸空间节点位置和正反面信息，测量并记录各滤纸上的雾滴沉积量； 4)三维空间雾量分布图的构建:根据各个空间节点的沉积量大小输入可视化建模软件，建立隧道式喷雾中模拟作物在三维空间上的沉积量分布图； 5)若对同一作物不同生长期进行隧道式喷雾作业性能进行综合评价，则依据不同生长期作物的长势返回第一步调整空间集雾阵列高度和宽度，然后重复步骤2-4)，建立不同生长期的三维空间上的沉积量分布图，用于隧道式喷雾作业性能的综合评价。
3.如权利要求2所述的测试方法，其特征是:同一作物不同生长期的喷雾性能的综合评价方法: 测试装置的集雾阵列为pXqXr，依据同一作物η个不同生长期的植株外形尺寸，分别对空间集雾阵列的宽度和高度尺寸进行设定，并对每个生长期测试进行m次集雾测试，采集其喷雾沉积量的测试结果，结果记为Au，其中A为P X qXr的矩阵，i标记为不同生长期，j标记为第j次测试；其三次测试的平均值为:
【文档编号】G01M99/00GK103454112SQ201310410038
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】刘雪美, 苑进, 胡敏 申请人:山东农业大学