【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农作物喷施领域，具体涉及一种基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统和方法。
技术介绍
1、在我国农业生产中，喷洒农药一直是防治作物病虫害和杂草的主要手段。精准施药作为现代农业的发展方向，其基础是实时的浓度检测和反馈。在线混药技术能够使水和农药分离，无需人工混药，从而减少了施药人员接触农药的危害。此外，在线混药系统能够根据田间情况实现边混边施，不仅满足施药量的需求，也能够避免农药多余浪费和污染环境，提高农药的有效利用率，并使整个施药过程也更加安全。
2、在线混药装置中，混药器的性能直接影响实际施药的效果。现有的混药器主要分为射流式和注入式静态混药器，射流式混药器依赖泵提供高速射流，通过高速流动形成低压区，引入被混液体。虽然这种设计简单可靠，但混药的均匀性难以控制，且压强较低。液体高速射流通过撞击传递能量，导致能力损失，并引起设备内部磨损，增加更换频率和维护成本。注入式静态混药器一般没有动力部件，通过流体流经一系列几何结构实现混合，其封闭的混合环境避免了外界接触，减少了对环境污染，因此，静态混合器的混合效果好，易于控制，对混合液的分散效果优异，混合后的流体状态也更加稳定。
3、然而，在现有的混药喷雾系统中，无论是射流式混药装置还是注入式混药器，农药浓度都会出现波动，尤其射流式难以保证混药的均匀性。为适应不同种类农作物以及其不同生长阶段的防治需求，喷雾系统需要根据施药浓度要求调整农药浓度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种基于超声浓度测定的在线混药喷雾方法。
3、本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
4、一种基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，包括在线混药装置、用于对在线混药装置中的药液浓度进行检测的浓度检测装置、用于将在线混药装置输出的药液进行喷施的喷施装置和控制装置，其中，
5、所述在线混药装置包括药箱、水箱和在线混药器，其中，所述药箱和所述在线混药器之间、所述水箱和所述在线混药器之间均分别依次通过气液增压泵和比例阀连接；所述气液增压泵和比例阀则分别与所述控制装置连接；所述在线混药器包括混液管和设置在混液管内的螺旋叶片以及用于驱动所述螺旋叶片转动的旋转驱动机构；
6、所述浓度检测装置包括超声浓度测定管、声速测量单元和温度测量单元，其中，所述超声浓度测定管的进液口与所述在线混药器的出液口连通；所述声速测量单元用于测量混合药液中的声速，并将测量得到的声速信息上传给控制装置；所述温度测量单元用于测量混合药液中的温度，并将测量得到的温度信息上传给控制装置；
7、所述控制装置以此计算出所述在线混药器内的混合药液的浓度，并根据设定的药液浓度比例，控制分别与所述药箱和所述水箱连接的比例阀的开度，实时对混合药液的浓度进行动态调节。
8、优选的，所述喷施装置包括柱塞泵、溢流阀、压力传感器、稳压器和喷头，其中，所述超声浓度测定管的出液口通过输送管道与所述喷头连接；所述输送管道上依次设置有柱塞泵、溢流阀、压力传感器和稳压器；所述柱塞泵、溢流阀、压力传感器分别与所述控制装置连接。
9、优选的，所述声速测量单元包括设置在所述超声浓度测定管内的超声波激励发射换能器和超声波接收换能器。
10、优选的，所述温度测量单元包括设置在所述超声浓度测定管内的铂热电阻温度计。
11、优选的，所述旋转驱动机构包括中心轴以及用于驱动所述中心轴转动的旋转电机；所述螺纹叶片安装在所述中心轴上。
12、优选的，所述螺旋叶片上均匀排布有两圈导流网孔，每圈导流网孔为12个网孔，相邻两个网孔之间的夹角为15°。
13、优选的，所述螺旋叶片包括正螺旋叶片和反螺旋叶片；所述正螺旋叶片和所述反螺旋叶片为多组，且沿着所述中心轴的轴线方向交替安装在该中心轴上；其中，相邻的正螺旋叶片和反螺旋叶片错开90度。
14、一种基于超声浓度测定的在线混药喷雾方法，包括以下步骤：
15、步骤s1：在上位机中输入控制数据，设置所需的药液和水的比例；控制装置根据控制数据控制气液增压泵将水和药液分别从水箱和药箱中抽出，并通过比例阀调节药液和水的比例，使得水和药液按设定比例从在线混药器的两个进液口流入，并在在线混药器的进液口处相遇形成粗混合液；
16、步骤s2：旋转驱动机构驱动螺旋叶片转动，使得进入在线混药器中的混粗混合液在通过所述在线混药器的过程中被转动的螺旋叶片不断分割、分流和重新汇聚，最终变成混合均匀的混合药液；
17、步骤s3：均匀混合的混合药液流入超声浓度测定管内，温度测量单元测定混合药液中的温度，声速测量单元测量混合药液中的声速，并将测得的声速数据和温度数据上传给上位机；
18、步骤s4：上位机根据测出的声速和温度，对比数据库中标定时得到的线性回归模型，确定当前状态下的混合药液的浓度；同时上位机还会将当前测定的数据信息储存到数据库中，以不断完善数据的准确性；
19、步骤s5：根据设定的药液浓度比例，控制分别与药箱和水箱连接的比例阀的开度，以实现对混合药液的浓度进行动态调节。
20、优选的，在步骤s4中，所述线性回归模型的构建包括以下步骤：
21、步骤s41：配置若干份不同浓度的农药溶液样品，将同浓度的农药溶液再分为不同温度梯度；
22、步骤s42：将农药溶液样品加入到超声浓度测定管中；
23、步骤s43：农药溶液样品持续流过在线混药器的过程中，通过温度测量单元测量农药溶液样品的温度；所述温度测量单元为铂热电阻温度计，基于铂金属电阻随温度变化的规律，电阻值r与温度t之间的关系可以用下面公式表示
24、rt＝r0(1+αt+βt2)；
25、式中：rt是温度为t时的电阻值；r0是参考温度时的电阻值，其中，所述参考温度为0℃；α和β为铂电阻材料的温度系数；
26、步骤s44：通过超声波激励发射换能器产生的超声波，并使产生的超声波在农药溶液样品中进行传播，经过t时间后，到达距离l处的超声波接收换能器；根据时间-距离法公式计算溶液的声速：
27、v＝l/t；
28、式中：v声波在介质中的传播速度，单位为m/s；l声波传播的距离，单位为m；t声波传播所用的时间，单位为s；
29、步骤s45：为确保测得的数据正确，需要测量同温度、同浓度的农药溶液样品重复上述步骤s41-步骤s44三次，并将得到的数据储存于上位机的数据库中；步骤s46：根据测得的数据，使用最小二乘法拟合关于声速与浓度、温度的线性回归模型。
30、优选的，在步骤s45中，所述线性回归模型的拟合步骤为：
31、步骤s451：对收集到的数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，包括在线混药装置、用于对在线混药装置中的药液浓度进行检测的浓度检测装置、用于将在线混药装置输出的药液进行喷施的喷施装置和控制装置，其中，
2.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述喷施装置包括柱塞泵、溢流阀、压力传感器、稳压器和喷头，其中，所述超声浓度测定管的出液口通过输送管道与所述喷头连接；所述输送管道上依次设置有柱塞泵、溢流阀、压力传感器和稳压器；所述柱塞泵、溢流阀、压力传感器分别与所述控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述声速测量单元包括设置在所述超声浓度测定管内的超声波激励发射换能器和超声波接收换能器。
4.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述温度测量单元包括设置在所述超声浓度测定管内的铂热电阻温度计。
5.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述旋转驱动机构包括中心轴以及用于驱动所述中心轴转动的旋转电机；所述螺纹叶
6.根据权利要求5所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述螺旋叶片上均匀排布有两圈导流网孔，每圈导流网孔为12个网孔，相邻两个网孔之间的夹角为15°。
7.根据权利要求6所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述螺旋叶片包括正螺旋叶片和反螺旋叶片；所述正螺旋叶片和所述反螺旋叶片为多组，且沿着所述中心轴的轴线方向交替安装在该中心轴上；其中，相邻的正螺旋叶片和反螺旋叶片错开90度。
8.一种用于权利要求1-7任一项所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述线性回归模型的构建包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统的方法，其特征在于，在步骤S45中，所述线性回归模型的拟合步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，包括在线混药装置、用于对在线混药装置中的药液浓度进行检测的浓度检测装置、用于将在线混药装置输出的药液进行喷施的喷施装置和控制装置，其中，
2.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述喷施装置包括柱塞泵、溢流阀、压力传感器、稳压器和喷头，其中，所述超声浓度测定管的出液口通过输送管道与所述喷头连接；所述输送管道上依次设置有柱塞泵、溢流阀、压力传感器和稳压器；所述柱塞泵、溢流阀、压力传感器分别与所述控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述声速测量单元包括设置在所述超声浓度测定管内的超声波激励发射换能器和超声波接收换能器。
4.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述温度测量单元包括设置在所述超声浓度测定管内的铂热电阻温度计。
5.根据权利要求1所述的基于超声浓度测定的在线混药喷雾系统，其特征在于，所述旋转驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴双龙，杨骏达，齐龙，林彩霞，金宇轩，赖智豪，张文浩，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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