农用喷头飘移性能分级方法及测试装置与流程

本发明涉及农业技术领域，特别是涉及一种农用喷头飘移性能分级方法及测试装置。

背景技术：

农药喷洒使用是防治农业有害生物不可缺少的重要环节，合理施用农药有助于提高生产力和农作物质量，在重大病虫草害防控、保证国家粮食安全中发挥着不可替代的作用。中国是农药生产和消耗大国，产量和使用量均居世界第一，但农药利用率较低，农药喷施过程中，约有20％～30％以上的细小雾滴会被气流裹挟飘移到非靶标区域，不仅造成农药浪费，还可能引起非靶标区域作物药害及水源、空气环境污染，威胁人、畜安全。

农用喷头是施药机具喷雾过程中的重要组成部分，是保证喷雾效果的重要因素，喷头直接影响药液雾化过程，影响喷雾质量和农药雾滴飘移，因此掌握喷头雾化雾滴飘移特性，对农用喷头飘移潜力进行定量分级评价，指导施药机具合理选择喷头，控制和降低施药过程中农药雾滴飘移具有十分重要的意义。目前没有对农用喷头潜在飘移能力进行定量分级，对农用喷头选择指导有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种农用喷头飘移性能分级方法及测试装置，用以解决现有技术中没有对农用喷头潜在飘移能力进行定量分级，对农用喷头选择指导有一定的局限性的问题。

本发明实施例提供一种农用喷头飘移性能分级方法，包括：

获取基准喷头的雾滴谱分布；

获取待测喷头的雾滴谱分布；

基于所述基准喷头的雾滴谱分布和所述待测喷头的雾滴谱分布，获取所述待测喷头相对于所述基准喷头的潜在减飘指数；

基于所述潜在减飘指数对所述待测喷头进行分级。

其中，所述基准喷头采用农用01号喷头。

其中，所述获取基准喷头的雾滴谱分布，具体包括：

采用相位多普勒粒子分析仪获取所述基准喷头的雾滴谱分布，所述基准喷头的雾滴谱分布包括所述基准喷头的总喷雾体积和所述基准喷头的直径小于100μm的雾滴累积体积。

其中，所述获取待测喷头的雾滴谱分布，具体包括：

采用相位多普勒粒子分析仪获取所述待测喷头的雾滴谱分布，所述待测喷头的雾滴谱分布包括所述待测喷头的总喷雾体积和所述待测喷头的直径小于100μm的雾滴累积体积。

其中，所述基于所述基准喷头的雾滴谱分布和所述待测喷头的雾滴谱分布，获取所述待测喷头相对于所述基准喷头的潜在减飘指数，具体包括：

基于所述基准喷头的雾滴谱分布获取所述基准喷头直径小于100μm的雾滴累积体积相对所述基准喷头总喷雾体积的基准占比；

基于所述待测喷头的雾滴谱分布获取所述待测喷头直径小于100μm的雾滴累积体积相对所述待测喷头总喷雾体积的飘移占比；

基于所述基准占比和所述飘移占比获取所述潜在减飘指数。

6、根据权利要求5所述的农用喷头飘移性能分级方法，其特征在于，所述基于所述基准占比和所述飘移占比获取所述潜在减飘指数，具体通过以下公式计算获得：

dspr＝(1-v0/vn)×100％；

其中，dspr为所述潜在减飘指数，v0为所述基准占比，vn为所述飘移占比。

本发明实施例提供一种农用喷头飘移性能测试装置，包括：

移动单元、支撑架、测量单元和计算分级单元，农用喷头通过所述移动单元与所述支撑架滑动连接；

所述测量单元设于移动单元下方，测量单元用于获取基准喷头的雾滴谱分布和待测喷头的雾滴谱分布；

所述计算分级单元与所述测量单元信号连接，所述计算分级单元基于所述基准喷头的雾滴谱分布和所述待测喷头的雾滴谱分布，获取所述待测喷头相对于所述基准喷头的潜在减飘指数，并基于所述潜在减飘指数对所述待测喷头进行分级。

其中，所述测量单元包括相位多普勒粒子分析仪。

其中，所述移动单元包括x向移动模块、y向移动模块和z向移动模块；

所述z向移动模块包括z向滑块和z向平台，所述农用喷头安装于所述z向滑块，所述z向平台上设有z向丝杆，所述z向滑块可上下滑动安装于所述z向丝杆；

所述x向移动模块包括x向滑块和x向平台，所述z向平台安装于所述x向滑块，所述x向平台上设有x向丝杆，所述x向滑块可前后滑动安装于所述x向丝杆；

所述y向移动模块包括y向滑块和y向滑轨，所述x向平台安装于所述y向滑块，所述y向滑块可左右滑动安装于所述y向滑轨，所述y向滑轨安装于所述支撑架。

其中，所述装置还包括喷雾单元，所述喷雾单元与所述农用喷头连接，用于控制所述农用喷头的喷雾压力和喷头流量。

本发明实施例提供的农用喷头飘移性能分级方法及测试装置，通过基准喷头(作为参照基准的农用喷头)的雾滴谱分布和待测喷头(待测量分级的农用喷头)的雾滴谱分布，获取待测喷头相对于基准喷头的潜在减飘指数，并基于此潜在减飘指数对待测喷头进行定量分级，为实际田间作业环境下施药机具减飘喷头的选择提供理论指导，控制和降低施药过程中农药雾滴飘移，弥补当前无法对农用喷头飘移性能进行评价定级的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的农用喷头飘移性能测试装置结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的农用喷头飘移性能测试装置测试过程运动轨迹图；

图3为本发明另一实施例提供的农用喷头飘移性能测试装置喷雾单元结构示意图；

图中：1、控制器；2、z向平台；3、z向步进电机；4、x向步进电机；5、计算分级单元；6、支撑架；7、z向滑块；8、喷头本体；9、相位多普勒粒子分析仪；10、喷雾单元；11、y向步进电机；12、y向滑轨；13、启闭阀；14、x向平台；15、x向丝杆；16、x向滑块；17、z向丝杆；18、y向滑块；19、气泵；20、储压罐；21、药罐；22、调压阀；23、压力传感器；24、流量传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种农用喷头飘移性能分级方法，包括：

步骤s10，获取基准喷头的雾滴谱分布；

步骤s20，获取待测喷头的雾滴谱分布；

步骤s30，基于基准喷头的雾滴谱分布和待测喷头的雾滴谱分布，获取待测喷头相对于基准喷头的潜在减飘指数；

步骤s40，基于潜在减飘指数对待测喷头进行分级。

本发明实施例提供的农用喷头飘移性能分级方法，通过基准喷头(作为参照基准的农用喷头)的雾滴谱分布和待测喷头(待测量分级的农用喷头)的雾滴谱分布，获取待测喷头相对于基准喷头的潜在减飘指数，并基于此潜在减飘指数对待测喷头进行定量分级，为实际田间作业环境下施药机具减飘喷头的选择提供理论指导，控制和降低施药过程中农药雾滴飘移，弥补当前无法对农用喷头飘移性能进行评价定级的缺陷。

基于上述实施例，该方法中，基准喷头采用当前国际通用流量最小的农用01号喷头，便于喷头潜在飘移标准化分级。

基于上述任一实施例，该方法中，步骤s10具体包括：

采用相位多普勒粒子分析仪(phasedopplerparticleanalyzer，简称pdpa)获取基准喷头的雾滴谱分布，基准喷头的雾滴谱分布包括基准喷头的总喷雾体积和基准喷头的直径小于100μm的雾滴累积体积。

基于上述任一实施例，该方法中，步骤s20具体包括：

采用相位多普勒粒子分析仪获取待测喷头的雾滴谱分布，待测喷头的雾滴谱分布包括待测喷头的总喷雾体积和待测喷头的直径小于100μm的雾滴累积体积。

现有的喷雾飘移测试方法主要是采用田间实验，需在喷雾液中添加可见光或荧光示踪剂，在下风向距喷头不同距离位置布置聚酯薄膜卡片或尼龙丝线等雾滴接收装置，测试结束后将其带回实验室进行洗脱，并利用专门的分光光度计进行浓度测定。上述方法存在缺陷是实验程序繁琐复杂，单次试验需多名实验人员同时进行布样、采样、测样，分析速度较慢，消耗大量人力、物力，同时由于环境条件复杂多变，实验难以重复，实验结果重复性差。

本发明实施例提供的方法，采用相位多普勒粒子分析仪可以实时获取农用喷头的雾滴谱分布，便于在实验室中快速、经济、有效地进行喷雾飘移分级测试，实时检测农用喷头潜在飘移性能并对其定量分级，以快速掌握各型农用喷头的飘移性能，指导科研、农技推广、施药操作等人员合理选用喷头，对降低施药过程中农药雾滴飘移、减少农药对环境的污染具有重要意义。

基于上述任一实施例，该方法中，步骤s30具体包括：

基于基准喷头的雾滴谱分布获取基准喷头直径小于100μm的雾滴累积体积相对基准喷头总喷雾体积的基准占比；

基于待测喷头的雾滴谱分布获取待测喷头直径小于100μm的雾滴累积体积相对待测喷头总喷雾体积的飘移占比；

基于基准占比和飘移占比获取潜在减飘指数。

进一步地，该方法中，基于基准占比和飘移占比获取潜在减飘指数，具体可有通过以下公式计算获得：

dspr＝(1-v0/vn)×100％；

其中，dspr为潜在减飘指数，v0为基准占比，vn为飘移占比。

本发明实施例提供的方法，可以采用相位多普勒粒子分析仪实时获取农用喷头的雾滴谱分布，并以直径小于100μm的雾滴累积体积所占捕获总雾滴体积的百分比作为农用喷头潜在飘移的指标，通常农用喷头产生的雾滴直径小于100μm所占比例越大，该农用喷头越容易产生飘移。为使农用喷头的潜在飘移标准化分级，可以选用当前国际通用流量最小的农用01号喷头作为参照的基准喷头，分别测定基准喷头的基准占比和待分级的待测喷头的飘移占比，通过公式dspr＝(1-v0/vn)×100％计算得到待测喷头相对基准喷头的潜在减飘指数。dspr数值越大，代表待测量分级的农用喷头减飘性能越好，产生的雾滴约不容易飘移。

可以通过潜在减飘指数dspr的数值对农用喷头潜在飘移性能进行分级。比如，dsrp≥99％对应a级，表示农用喷头减飘效果最优，雾滴飘移最少；95％≤dspr≤99％对应b级，表示喷头减飘效果次之；90％≤dspr≤95％对应c级，75％≤dspr≤90％对应d级，50％≤dspr≤75％对应e级，25％≤dspr≤50％对应f级，dspr≤25％对应g级，表示使用该农用喷头易产生飘移，应慎重使用。

如图1-图3所示，基于上述任一实施例，本发明实施例提供一种农用喷头飘移性能测试装置，包括：

移动单元、支撑架6、测量单元和计算分级单元5，农用喷头通过移动单元与支撑架6滑动连接；

测量单元设于移动单元下方，测量单元用于获取基准喷头的雾滴谱分布和待测喷头的雾滴谱分布；

计算分级单元5与测量单元信号连接，计算分级单元5基于基准喷头的雾滴谱分布和待测喷头的雾滴谱分布，获取待测喷头相对于基准喷头的潜在减飘指数，并基于潜在减飘指数对待测喷头进行分级。

当农用喷头为基准喷头时，可以将基准喷头的喷头本体8通过移动单元与支撑架6滑动连接，并通过测量单元获取基准喷头的雾滴谱分布。

当农用喷头为待测喷头时，可以将待测喷头的喷头本体8通过移动单元与支撑架6滑动连接，并通过测量单元获取待测喷头的雾滴谱分布。

基于上述任一实施例，该装置中，测量单元包括相位多普勒粒子分析仪9。相位多普勒粒子分析仪9设于移动单元的下方，朝向农用喷头的喷雾区域，并将测量的雾滴谱分布传送给计算分级单元5。

基于上述任一实施例，该装置中，移动单元包括x向移动模块、y向移动模块和z向移动模块；

z向移动模块包括z向滑块7和z向平台2，农用喷头安装于z向滑块7，z向平台2上设有z向丝杆17，z向滑块7可上下滑动安装于z向丝杆17；

x向移动模块包括x向滑块16和x向平台14，z向平台2安装于x向滑块16，x向平台14上设有x向丝杆15，x向滑块16可前后滑动安装于x向丝杆15；

y向移动模块包括y向滑块18和y向滑轨12，x向平台14安装于y向滑块18，y向滑块18可左右滑动安装于y向滑轨12，y向滑轨12安装于支撑架6。

本发明实施例提供的装置，农用喷头安装于z向移动模块，x向移动模块、y向移动模块和z向移动模块分别用于提供农用喷头沿x轴的前后方向、沿y轴的左右方向和沿z轴的上下方向上的移动喷雾自由度。移动单元还可以包括有控制器1、带动x向滑块16滑动的x向步进电机4、带动y向滑块18滑动的y向步进电机11和带动z向滑块7滑动的z向步进电机3，控制器1用于控制步进电机带动滑动滑动，通过步进电机精确输出控制滑块的移动从而精确控制农用喷头的运动速度和运动轨迹，使移动单元形成一个可以三维精准控制农用喷头移动喷雾的平台。

通过本发明实施例提供的装置，可以对农用喷头雾化区进行多点雾滴谱连续采集。比如，可以利用相位多普勒粒子分析仪9实时获取雾滴谱参数，相位多普勒粒子分析仪9固定于农用喷头下方，垂直距离农用喷头底端高度为h。可以调节相位多普勒粒子分析仪9角度，使激光束相相交于雾化区中央。药液经农用喷头进行雾化，农用喷头下方雾化区不同位置雾滴谱存在差异，为全面了解喷头整个雾化区雾滴谱分布，移动单元可精准控制x向移动模块、y向移动模块和z向移动模块，进而精准控制农用喷头按照提前设定的回旋轨迹运动(如图2所示)。可以以激光束交点为坐标基点，在三维精准喷雾的移动单元控制设定农用喷头的运动轨迹及运动速度，x轴方向运动距离为x，y轴方向运动距离为y，s为运动起始位置，e为终点位置，运动速度为v。启动相位多普勒粒子分析仪9，设定扫描频率，即雾滴谱采集时间间隔。农用喷头运动过程中，相位多普勒粒子分析仪9每隔△x/v时间测量一次，具体测量点量可根据雾化区大小及喷雾角度决定。

本发明实施例提供的装置，在实时获取农用喷头雾滴谱参数的基础上进行农用喷头潜在飘移分级，常规雾滴谱测量方式采用粒径分析仪进行单点测量，而喷头雾化区各部位雾滴尺寸并非完全一致，如若仅测定某个单点位置的雾滴谱，并不能完全体现喷头的雾化雾滴特性。本装置设计了三维精准喷雾控制的移动单元，能够根据测试需要设定农用喷头运动轨迹及与运动速度，使农用喷头按照预先设定轨迹运动；相位多普勒粒子分析仪9固定于移动单元下方，农用喷头运动过程中，分析仪间隔固定时间对雾滴谱进行一次采集，实现了雾滴谱回旋多点实时测量。

基于上述任一实施例，该装置中，还包括喷雾单元10，喷雾单元10与农用喷头的喷头本体8连接，用于控制农用喷头的喷雾压力和喷头流量。比如，如图3所示，喷雾单元10包括气泵19、储压罐20、药罐21、调压阀22、压力传感器23、流量传感器24、输液管路和启闭阀13。气泵19提供压力源，气泵19上部安装泵压传感器，可设定输出压，根据设定的输出压自动调节气泵19输出气压，气泵19与储压罐20连接，储压罐20起缓冲气压的作用，储压罐20向药罐21药液提供输液压力，药罐21通过输液管路与农用喷头连接，药液在气压作用下向农用喷头输送，农用喷头固定在z向滑块7，输液管路设有流量传感器24和压力传感器23，可实时读取或保存当前流量和喷雾压力，通过调压阀22对喷雾压力进行微调。启闭阀13安装在输液管路压力传感器23后端，用于喷雾结束切断药液输送。

本发明实施例提供的装置，基本工作过程和原理是：选择待测量的农用喷头，将农用喷头固定于三维精准喷雾控制的移动单元低端，设置喷雾单元10的喷雾压力、药液组分、喷头流量等喷雾参数；喷雾前，输入农用喷头移动启动位置、速度、轨迹、终点位置，农用喷头即可按照设定的移动参数在移动单元进行x-y-z三维方向运动。此时，相位多普勒粒子分析仪9实时捕获药液经农用喷头雾化后雾滴尺寸，获得直径小于100μm的雾滴累积体积所占捕获总雾滴体积的百分比vn。待测喷头的vn与基准喷头进行对比计算，得到雾滴的潜在减飘指数，进而与分级标准进行比对分级，得到该农用喷头的潜在飘移级别。

由以上实施例可以看出，本发明提供的农用喷头飘移性能分级方法及测试装置，通过基准喷头(作为参照基准的农用喷头)的雾滴谱分布和待测喷头(待测量分级的农用喷头)的雾滴谱分布，获取待测喷头相对于基准喷头的潜在减飘指数，并基于此潜在减飘指数对待测喷头进行定量分级，为实际田间作业环境下施药机具减飘喷头的选择提供理论指导，控制和降低施药过程中农药雾滴飘移，弥补当前无法对农用喷头飘移性能进行评价定级的缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。