一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置与方法与流程

本发明属于智能农业装备领域，涉及一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置及应用该装置进行信息采集的方法，可以用于植保装备药液喷洒效果检测。

背景技术：

药液分布均匀度是检验植保装备性能以及药液喷洒效果的重要指标。

目前已有很多学者针对植保装备药液喷施性能检测方法进行了一系列研究，如以水敏纸作为液滴采集卡以收集喷施液滴,将收集的液滴采集卡逐一用扫描仪扫描，扫描后的图像通过图像处理软件进行分析(陈盛德等，2017)；以荧光粉作为示踪剂，测试悬停无人机变量喷药的液滴沉积规律(王玲等，2016)。此外针对植物叶面的独特结构对药液沉积效果影响的研究也是研究的方向之一。如利用lws型叶面传感器仿叶片设计，设置一排并联且间距相等的变介电常数电容器，通过介电常数的改变测量沉积量(杨玮等，2017)；针对不同种类的叶面，不同的叶面倾角，不同的药液直径导致喷施效果的差异的研究也已经表明叶面结构对于药液分布均匀度及沉积量与植物叶面结构有紧密的联系(王沛等，2013)。

植物叶片的表面形态与当下应用的传感器差异过大，导致传感器测得的喷洒效果、药液沉积量、均匀度等信息与叶面实际存留情况差别较大。本发明针对叶片绒毛结构的仿生模拟可以更为接近叶片表面真实结构分布，获得更为真实的药液沉积均匀度与沉积量。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，以及使用该装置进行沉积量信息采集的方法，针对叶片绒毛结构的仿生模拟可以更为接近叶片表面真实结构分布，获得更为真实的药液沉积均匀度与沉积量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，包括绝缘外框、检测板、绒毛、绒毛连线、数据采集模块、监测终端、电源、二极管、定位模块、无线传输模块；绝缘外框内部为检测板，检测板铅直方向分布有小孔，小孔中放置有绒毛且与检测板绝缘；所述绒毛由合金丝a、合金丝b和绝缘材料组成，以合金丝a和合金丝b为基体，合金丝a和合金丝b安置在绝缘材料中且互不接触；检测板内部设有上下错开的横向通孔和纵向通孔，横向通孔中包裹有绒毛连线a，绒毛连线a与其所在排的合金丝a相连接；纵向通孔包裹有绒毛连线b，绒毛连线b经过极性为合金丝b至绒毛连线b的二极管与其所在列的合金丝b相连接；横向通孔中的绒毛连线a与数据采集模块a输出端连接，纵向通孔中的绒毛连线b与配套的数据采集模块b输入端连接；数据采集卡a与数据采集卡b均与无线传输模块相连接，无线传输模块将采集到的电信号与定位模块产生的位置信息传输至监测终端，定位模块附着在绝缘外框上，电源为整个装置工作供电。

所述的一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，所述合金丝a和合金丝b均为高强高导电合金丝。

所述的一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，所述合金丝a和合金丝b，亦可为细铜丝。

所述的一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，所述绒毛为螺旋状空间结构，曲线符合方程：

x＝15*cos(t)；

y＝15*sin(t)；

z＝45*t；

t的范围为[0,4*π]，x、y、z单位均为μm。

所述的一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，所述绒毛横切面中，在绝缘材料中的合金丝a和合金丝b之间有间隔；合金丝a和合金丝b的截面半径相等均为r1，绝缘材料半径为r2，其中r2＝2r1，5μm≤r1≤100μm；横切面中，合金丝a圆心和合金丝b圆心距离绝缘材料圆心的距离分别为d1和d2，其中d1＝d2，r1<d1<r2；合金丝a和合金丝b在绒面内部间隔为l，0<l<r2；在绒毛的横切面中，合金丝a截面的弧度角为α，合金丝b截面的弧度角为β，其中α＝β，且：α＝β＝2arccos[(2r1²r1l-0.25l²)/(2r1²4r1l)]。

本发明同时提供一种使用所述信息采集装置进行沉积量信息采集的方法，包括以下步骤：

第一步，植保装备开始作业后，药液喷洒到信息采集装置上，药液吸附于检测板，并包裹绒毛中下部；

第二步，检测开始时，首先由数据采集模块a通过绒毛连线a为合金丝a提供+3vdc高电平，同时数据采集模块b持续处于信号采集状态，通过绒毛连线b采集合金丝b的电信号；通过药液将合金丝a、合金丝b连接，使合金丝a与合金丝b互相传递电信号；当数据采集模块a为第ri行合金丝a提供高电平时，若存在药液将合金丝a、合金丝b连接，则将高电平信号通过药液由合金丝a传递到合金丝b上，进而经过二极管通过绒毛连线b传递至数据采集模块b，采集这个高电平信号；

第三步，对数据采集模块b采集的信号进行a/d转换，确定有药液包裹的点的坐标(ri，li)…；通过数据采集模块a为下一行的合金丝a提供高电平信号，通过数据采集模块b继续采集电信号，继续确定这一行被药液导通的点(ri+1，li)…；通过数据采集模块a逐行为合金丝a提供高电平，数据采集模块b持续采集电信号，建立完整的药液分布二维矩阵；进行多轮扫描式的供电建立多个药液分布二维矩阵，直至药液分布几乎稳定；

第四步，将所有采集到的信息通过无线传输模块发送至监测终端，在监测终端上输入点坐标(ri，li)，获取药液分布位置、药液分布均匀度以及药液分布总面积；

若要获取药液分布位置与均匀度，其具体步骤为：

s11：读取监测终端输入端编号，分别查找对应的行号与列号；

s12：在检测板坐标系中，找出对应的行号与列号，得出药液覆盖的点；

s13：监测终端按照对应关系，在显示器显示药液分布位置；

s14：通过监测终端显示器显示的药液位置，可反映药液分布均匀度；

若要获取药液覆盖的总面积，其具体步骤为：

s21：读取监测终端输入端编号，分别查找对应的行号与列号；

s22：在检测板坐标系中，找出对应的行号与列号，得出药液覆盖的点；

s23：计算总覆盖点数k；

s24：以d/2为半径，以药液覆盖的点为圆心做圆，该圆形的面积视为药液覆盖面积，面积为：

s25：计算总面积

s26：药液覆盖率为

第五步，定位模块获取检测装置所在地理位置信息，无线传输模块将地理位置信息、以及前述步骤获取的液滴分布均匀度等信息发送给监测终端，由监测终端显示并存储相关信息。

若要进行下一次测试，以吹风或鼓风装置吹绒毛及其根部，将药液吹干，重复步骤三，如显示所有合金丝a4、合金丝b5均不是高电平，则表明检测装置的药液已吹干，可以进行下一次测试。

附图说明

图1为本发明所述检测板网格状微孔分布图

图2为本发明所述检测板的绒毛排列方式结构正视图

图3为本发明所述检测板的绒毛排列方式结构左视图

图4为本发明所述绒毛空间曲线图

图5为本发明结构放大图

图6为本发明所述绒毛横截面图

图中：

1-检测板、2-绒毛、3-绒毛连线、4-数据采集模块、5-监测终端、6-电源、7-定位模块、8-无线传输模块、9-绝缘外框、10-二极管、11-合金丝a、12-合金丝b、13-绒毛连线a、14-绒毛连线b、15-数据采集模块a、16-数据采集模块b、17-绝缘材料

具体实施方式

以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：

一种用于农药喷施效果测试的信息采集装置，包括绝缘外框9、检测板1、绒毛2、绒毛连线3、数据采集模块4、监测终端5、电源6、定位模块7、无线传输模块8、二极管10、绝缘材料17；绝缘外框9内部为矩形的检测板1，检测板1铅直方向分布有小孔，小孔中放置有绒毛2；绒毛2由合金丝a11、合金丝b12和绝缘材料17组成，绒毛2具体结构为：以合金丝a11和合金丝b12为基体，合金丝a11和合金丝b12安置在绝缘材料17中且互不接触，合金丝a11和合金丝b12均为高强高导电合金丝。绒毛2整体安置在检测板1的小孔上且与检测板1绝缘。检测板1内部设有上下错开的横向通孔和纵向通孔，横向通孔中包裹有绒毛连线a13，绒毛连线a13通过微孔与其所在排的合金丝a11相连接；纵向通孔包裹有绒毛连线b14，绒毛连线b14与其所在列的合金丝b12相连接。为避免在电源6通过绒毛连线a13为合金丝a11扫描供电时产生的高电平信号通过同列的绒毛连线b14将这一高电平信号传递至其他行列而产生错误判断，故在各个合金丝b12至对应的绒毛连线b14的连接区间应连接有极性为合金丝b12至绒毛连线b14的二极管10；横向通孔中的绒毛连线a13经绝缘外框9导出，可与配套的数据采集模块a15输出端连接，纵向通孔中的绒毛连线b14经绝缘外框9导出，可与配套的数据采集模块b16输入端连接。

数据采集模块a15与数据采集模块b均与无线传输模块8相连接，无线传输模块8将采集到的电信号与定位模块7产生的位置信息传输至监测终端5。定位模块7附着在绝缘外框9上，用以采集该装置位置信息，电源6为整个装置工作供电。

检测板1材质为铝，绒毛2材质为高强高导电铜合金，绒毛连线材质为高强高导电铜合金。

参阅图4，所述绒毛2为螺旋状空间结构，曲线符合方程：

x＝15*cos(t)；

y＝15*sin(t)；

z＝45*t；

t的范围为[0,4*π]，x、y、z单位均为μm。

绒毛2的横切面如图5所示，横切面中合金丝a11和合金丝b12在圆形绝缘材料17中的部分有间隔且互不接触；合金丝a11和合金丝b12的截面半径相等、均为r1，绝缘材料17半径为r2，其中r2＝2r1，5μm≤r1≤100μm；横切面中，合金丝a11圆心和合金丝b12圆心距离圆形绝缘材料17圆心的距离分别为d1和d2，其中d1＝d2，r1<d1<r2；合金丝a11和合金丝b12在绒面内部间隔为l，0<l<r2；在绒毛2的横切面图中，合金丝a11截面的弧度角为α，合金丝b12截面的弧度角为β，其中α＝β，且α＝β＝2arccos[(2r1²-r1l-0.25l²)/(2r1²+r1l)]。

每一行合金丝a11对应连接在绒毛连线a13(行线)上；绒毛连线a13一端与合金丝a11连接且可导，另一端与数据采集模块a15的输出端连接且可导，合金丝a11仅与绒毛连线a13连接，与其他部分均绝缘；绒毛连线a13仅与合金丝a11、数据采集模块a15输出端连接且可导，与其他部分均绝缘；每一行合金丝a11通过绒毛连线a13连接在合金丝a11数据采集模块的输出端；

数据采集卡a的各个输入端，在检测板1对应行号，分别定义为：r1、r2、……、ri、……、rn；

每一列合金丝b12对应连接在连线b(列线)上；列线一端与合金丝b12连接且可导，另一端与数据采集模块b16的输入端连接且可导，合金丝b12通过二极管10仅与列线连接，与其他部分均绝缘；列线仅与合金丝b12、数据采集模块b16输入端连接且可导，与其他部分均绝缘；每一列合金丝b12通过列线连接在合金丝b12数据采集卡的输入端；

数据采集卡b的各个输入端，在检测板1对应列号，分别定义为：l1、l2、……、li、……、lm。

借助上述装置，本发明的沉积量信息采集步骤如下：

第一步，将信息采集装置带到测量现场，配置电源6为装置供电，调试定位模块7测位置信息，安放装置，等待植保作业开始。

第二步，植保装备开始作业后，药液飘落到信息采集装置上，药液将同一孔中的合金丝a11、合金丝b12导通，使电路瞬间导通。

第三步，检测开始时，首先由数据采集模块a15通过绒毛连线a13为合金丝a11提供+3vdc高电平，同时数据采集模块b16持续处于信号采集状态，通过绒毛连线b14采集合金丝b12的电信号；由于药液具有导电性，而且药液在表面张力的作用下会吸附于两根合金丝，通过一滴或多滴的药液将合金丝a11、合金丝b12连接，使得两根合金丝通过药液可以互相传递电信号；因此当数据采集模块a15为第ri行合金丝a11提供高电平时，若存在药液将合金丝a11、合金丝b12连接，则电路处于瞬间导通的状态；因此可以将高电平信号通过药液由合金丝a11传递到合金丝b12上，进而通过绒毛连线b14传递至数据采集模块b16，采集高电平信号；

第四步，对于数据采集模块b16采集的信号进行a/d转换，确定有药液包裹的点的坐标(ri，ln)…；接下来通过数据采集模块a15为下一行的合金丝a11提供高电平信号，通过数据采集模块b16继续采集电信号，继续确定这一行被药液导通的点(ri+1，lm)…；由此，通过数据采集模块a15逐行为合金丝a11提供高电平，数据采集模块b16持续采集电信号，建立完整的药液分布二维矩阵；进行多轮扫描式的供电建立多个药液分布二维矩阵，直至药液分布几乎稳定；

第五步，获取药液分布位置、药液分布均匀度以及药液分布总面积，将所有采集到的信息通过无线传输模块8发送至监测终端5，在监测终端5上存储并显示喷洒效果测试信息(药液分布位置、药液分布均匀度以及药液分布总面积)；

其中，获取药液分布位置与均匀度，其具体步骤为：

s11：读取监测终端5输入端编号，分别查找对应的行号与列号；

s12：在检测板1坐标系中，找出对应的行号与列号，得出药液覆盖的点；

s13：监测终端5按照对应关系，在显示器显示药液分布位置；

s14：通过监测终端5显示器显示的药液位置，可反映药液分布均匀度；

获取药液覆盖的总面积，其具体步骤为：

s21：读取监测终端5输入端编号，分别查找对应的行号与列号；

s22：在检测板1坐标系中，找出对应的行号与列号，得出药液覆盖的点；

s23：计算总覆盖点数k；

s24：以d/2为半径，以药液覆盖的点为圆心做圆，该圆形的面积视为药液覆盖面积，面积为：

s25：计算总面积

s26：药液覆盖率为

定位模块7获取检测装置所在地理位置信息，无线传输模块8将地理位置信息、以及前述步骤获取的液滴分布均匀度等信息发送给监测终端5，由监测终端5显示并存储相关信息。

若要进行下一次测试，以吹风或鼓风装置吹绒毛2及其根部，将药液吹干，重复步骤三，如显示所有合金丝a11、合金丝b12均不是高电平，则表明检测装置的药液已吹干，可以进行下一次测试。