一种折光法混药浓度在线检测装置的制作方法

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种折光法混药浓度在线检测装置。

背景技术：

相对于预混式混药，在线混药的优势是：①避免了人工混药和清洗，从而提高了安全性；②可以根据田间状况实现施药量与施药机器行驶速度的自动匹配，从而减少农药的超量使用。开发可靠、简便、低廉、灵敏的检测装置，实现混药浓度在线检测，对于及时、准确地施药具有重要的意义，在提高农药利用率、减少环境污染等方面也起到关键作用。

折光率法实现混药浓度检测的原理如下：光线从一种介质进入另一种密度不同的介质时，会产生折射现象。液体的折光率是一个与其密度、入射光波波长有关的函数，而温度和浓度的变化都会改变溶液的密度。对于一定温度的溶液，当其入射光波长唯一时，溶液的浓度与其折光率之间存在着一一对应的关系。因此我们可以通过穿过容易忘的单波长光线未知变化的检测，计算出相应溶液浓度的变化。需要指出的是，此测量方法需要混合液中有微小的颗粒物，且测量过程对广元的聚光要求比较高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了实现混药浓度的在先检测，设计了一种折光法混药浓度在线检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

混药浓度在线检测装置主要由功率可调式激光发生器、流道、PSD(位置敏感传感器)及其配套信号处理电路组成。

所述的PSD(位置敏感传感器) 选用位置分辨率为0.2um的型号为武汉搏盛科技有限公司生产的BS－PSD0018型PSD传感器，其有效光敏面积为1×8mm，光谱响应范围为30～1100nm，以提高检测装置的分辨率。

所述的功率可调式激光发生器选用了陕西日成科技发展有限公司生产的RD650－50G1型焦距可调式激光器，其输出波长650nm，输出功率0～30mW，光束发散角0.3mrad，可以满足PSD对光强和波长的要求。

所述的流道为等腰三角形流道，其顶角为90度入射角设定为65度，本文设定浓度变化最小为0.1g/L，即折射率变化最小为2×10^－5。流道整体采用有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)制造，其折射率为1.492，光透率超过92%。为了方便流道两端与现有管道的连接，本文选择的管道连接头内外径分别为R1=16mm、R2=20mm。主体部分为等腰直角三角形截面的通道，横截面积越大，装置分辨率越高；但是横截面积过大，会使气泡从流道里排出所需要的时间增加，并且会使装置体积过大。因此，本文使用的流道是尺寸分别为45mm×85mm、45mm×85mm 和63.7mm×85mm，厚度为3mm的有机玻璃粘接而成。

所述的信号处理电路是为了解决如下问题：由于不同溶液浓度引起的光线偏折角度较小，并且PSD的输出的电流信号是μA级的，自然光、暗电流和信号干扰都会对输出的电流信号产生影响。

本发明的有益效果是：

文中设计的折光法混药浓度在线检测装置, 根据不同浓度溶液、其折射率不同的原理，设计了一种混药浓度在线检测装置。以焦距可调式激光器作为光源，有效地提高了光斑质量；PSD和三角形流道的使用有效的提高了装置的分辨率;配套信号调理电路和PCB板的加工及滤光片的使用，有效地消除了噪声和环境光的影响，从而实现了混药浓度的在线检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是混药浓度在线检测系统示意图。

图2是流道横截面示意图。

图3是配套电路结构示意图。

图4是信号调理电路。

其中：1-水箱，2- 柱塞泵，3-射流混药器，4-药箱，5-PSD,6-流道。

具体实施方式

如图1所示，混药浓度在线检测装置主要由功率可调式激光发生器、流道、PSD(位置敏感传感器)及其配套信号处理电路组成。混药时，药箱里的药和水箱里的水在柱塞泵的控制下以一定的比例在射流混药器里混合。混合后的药在流道里流动，由光线发生器发射出的光线照射，折射光线由PSD承接，通过测得的折射光线的位置即可计算得混药的浓度。

如图2所示流道横截面示意图，α为光线入射角，β为光线出射角；a为等腰三角形顶角；D为溶液为水时光斑出射点到PSD的距离；d为溶液浓度变化时PSD上光斑移动的距离。由此可得△d的变化率为：

。

由此可以看出:△d的分辨率与α、a、D有关。α越大精确度越低，a越大精确度越高，D越大精确度越高。

如图3所示，配套电路包括控制电路、运算放大电路、电压转化电路、信号调理电路等。本文选用以MSP430F149芯片为核心的单片机最小系统进行数据的采集、转换和显示。单片机最小系统需集成两通道12位ADC模块、DS18B20温度检测模块、12864显示模块及多种串口等，完成信号的采集、A/D 转换、数据的显示和通信，以及其他扩展功能。运算放大器的选取主要考虑运算放大器的偏移电压、开环增益、偏置电流和温度漂移等方面的影响，且本文需要使用4个运算放大器进行两路电流的I/U转换和放大。所以，此处选择了一款型号为OPA4277的四运放集成放大器，使用ICL7660芯片将24V转化为±5V给OPA4277供电。

如图4所示，信号调理电路包括I/U转换和放大电路两个部分，C1、C2和C3为电源的去耦电容，其电容值均为0.1μF；C4和C5为高频滤波旁路电容，为了改进滤波效率，本文均选用0.01μF的钽电容；R1～R5在信号调理电路中起I/U转换和放大作用，其中R1=R4=448kΩ，R2=R5=22kΩ，R3=R6=200kΩ；J1为两信号输出端口。为了进一步降低噪声对PSD输出信号的干扰，本文直接将PSD设计安装在双面覆铜的PCB板上，附着信号调理电路的PCB板尺寸为50mm×50mm。