一种低温常压等离子体活性水农作物的喷洒防病装置

摘要

本发明公开了一种低温常压等离子体活性水农作物的喷洒防病装置。喷雾枪通过水管与主机相连；主机内，蓄电池分别与高压电源、空气泵和水泵相连，高压电源与等离子体发生器相连，空气泵与气体流量计相连，水泵与液体流量计相连，毫安电流表与等离子体发生器相连；水泵分别与储水箱和喷雾枪相连，空气泵与等离子体发生器相连，等离子体发生器伸入到储水箱内部。本发明能够减少农作物染病几率，应用于农田，减少农药的使用量，同时活性水中的杀菌活性成分一段时间内会分解不会残留；不需要介质阻挡放电，降低放电电压，结构较为简单和可靠，而且可随身携带使用。

说明书

技术领域

本发明涉及了一种农作物防病装置，尤其是涉及了一种低温常压等离子体活性水农作物的喷洒防病装置，利用低温常压等离子体与水作用产生具有杀菌作用的活性水进行喷洒，实现农作物防病。

背景技术

在农业生产过程中，针对农作物病害的防治方法通常是利用喷洒农药来实现的。但这种使用农药的方法会造成农产品农药残留，土壤板结，污染水源等危害。国内外的研究表明，低温常压等离子体活性水可以杀灭细菌和微生物。这样低温常压等离子体活性水在农作物防病领域有很好的应用。

很多文献都证明等离子体中的氢氧根离子、水合氢离子是最有效的杀菌离子。专利CN101156955A公开了一种非平衡等离子体式喷雾杀菌消毒剂发生装置，其中让电弧与水雾发生反应产生含过氧化氢、臭氧、氢氧自由基、氧自由基、氢氧根离子和水合氢离子。这些成分和水雾混合在一起可以让水雾产生杀菌消毒效果。

上述专利技术存在电弧与水汽动态反应不均匀，产生的雾化杀菌效果不一致，容易灭弧等问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种低温常压等离子体活性水农作物的喷洒防病装置，旨在防治农作物疾病，利用低温常压等离子体与水作用产生具有杀菌作用的活性水进行喷洒，减少了农药的使用量和环境污染。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括喷雾枪和主机，喷雾枪通过水管与主机相连；主机内安装有空气泵、水泵、储水箱、高压电源、蓄电池、毫安电流表、气体流量计、液体流量计和等离子体发生器；蓄电池分别与高压电源、空气泵和水泵通过电缆相连，高压电源通过高压电缆与等离子体发生器相连，空气泵与气体流量计相连，水泵与液体流量计相连，毫安电流表与等离子体发生器相连；水泵的输入端和输出端通过水管分别与储水箱和喷雾枪相连，空气泵通过空气管与等离子体发生器相连，等离子体发生器通过储水箱上面的开孔伸入到储水箱内部。

所述的等离子体发生器包括高压钨电极、绝缘层、单向阀、绝缘座和不锈钢电极；绝缘座装在不锈钢电极上端的开孔内，高压钨电极穿过绝缘座中心的进气孔伸入到不锈钢电极上端的开孔内，绝缘座底部与不锈钢电极上端开孔的底部之间装有绝缘层，绝缘层外径与不锈钢电极内径相同，不锈钢电极底端钻有出气孔，单向阀安装在不锈钢电极的出气孔上。

所述的高压钨电极呈管状，高压钨电极伸入到不锈钢电极内的一端呈锥形。

所述的高压钨电极与绝缘座中心的进气孔过盈配合。

所述的绝缘层呈管状，绝缘层外径与不锈钢电极内径相同。

所述的不锈钢电极底部的出气孔通过螺纹与单向阀固定连接。

所述的高压电源包括直流变换电路、整流电路、触发电路、蓄能电路与变压器升压电路；蓄电池依次经直流变换电路、整流电路、蓄能电路后与变压器升压电路连接，变压器升压电路输出连接到所述等离子体发生器，触发电路分别与蓄能电路和直流变换电路连接。

所述的直流变换电路，包括双极晶体管Q1、双极晶体管Q3与闭合磁环脉冲变压器T5；双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的发射极与蓄电池的正极相连，双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的集电极分别与闭合磁环脉冲变压器的初级线圈L1与L2相连，双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的基极分别与闭合磁环脉冲变压器T5的次级线圈L4和L5相连，闭合磁环脉冲变压器T5的次级线圈L4和L5的非同名端依次经电阻R2后分别与开关S1的一端、电容C2的负极相连，开关S1的另一端与蓄电池的负极相连；

所述的整流电路：包括整流桥D3与电容C2；整流桥D3、闭合磁环脉冲变压器T5的次级线圈L3与电容C2构成桥式整流电路；

所述的蓄能电路：包括单向晶闸管Q2、电容C1与电阻R1；电容C2的正极依次经二极管D1、电阻R1后分别与单向晶闸管Q2、蓄流二极管D2并联，二极管D1的正极与电容C2的正极连接，二极管D1的负极与电阻R1连接，蓄流二极管D2的负极与电容C1的正极连接；

所述的变压器升压电路：包括三个闭合磁环脉冲变压器T2～T4与一个调压变压器T1；蓄流二极管D2与电容C1串联后分别与三个闭合磁环脉冲变压器T2～T4的初级线圈、一个调压变压器T1的初级线圈并联，调压变压器T1、闭合磁环脉冲变压器T2、闭合磁环脉冲变压器T3与闭合磁环脉冲变压器T4的次级线圈依次串联，等离子体发生器的高压钨电极顶端经毫安电流表后与闭合磁环脉冲变压器T4的次级线圈的同名端连接，调压变压器T1的次级线圈的非同名端与开关S1的一端连接；

所述的触发电路：包括单片机U1、单路反向器U2、光耦U3、电阻R3、电阻R4和电容C3；单片机U1的1脚经单路反向器U2与光耦U3发光器的负极相连，单片机U1的2脚接地，单片机U1的7脚经电容C3后接地，单片机U1的4脚经可变电阻R5接地，光耦U3发光器的正极经电阻R3与5V电源相连，光耦U3受光器的正极与电源电压相连，光耦U3受光器的负极经电阻R4后接地，光耦U3受光器的负极与单向晶闸管Q2的门极相连。

所述的等离子体发生器生成的活性水通过喷雾枪喷洒到农作物上面的病患处。

本发明具有的有益效果是：

本发明装置通过低温等离子体发生器产生的等离子态气体经过单向阀与水反应产生具有杀菌作用的活性水然后通过水泵将生成好的活性水喷洒到农作物上，本发明解决了电弧与水汽动态反应不均匀、产生的雾化杀菌效果不一致以及容易灭弧等问题。

并且，本发明不需要通过介质阻挡放电来获得等离子体，降低需要的放电电压，结构较为简单和可靠，通过低温等离子体活性水与农药配合使用，可以减少农药的使用量，减少农药残留和环境污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是等离子体发生器的放大剖视图。

图3是主机的结构示意图。

图4是高压电源的基本电路原理框图。

图5是高压电源的电路图。

图6是本发明的实施示意图。

图中：1、喷雾枪，2、农作物，3、主机，4、患病处，5、活性水，31、空气泵，32、水泵，33、储水箱，34、高压电源，35、蓄电池，36、毫安电流表，37、气体流量计，38、液体流量计，39、等离子体发生器，391、高压钨电极，392、绝缘层，393、单向阀，394、绝缘座，395、不锈钢电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括喷雾枪1和主机3，喷雾枪1通过水管与主机3相连；如图3所示，主机3内安装有空气泵31、水泵32、储水箱33、高压电源34、蓄电池35、毫安电流表36、气体流量计37、液体流量计38和等离子体发生器39；蓄电池35分别与高压电源34、空气泵31和水泵32通过电缆相连，高压电源34通过高压电缆与等离子体发生器39相连，空气泵31与气体流量计37相连，水泵32与液体流量计38相连，毫安电流表36与等离子体发生器39相连；水泵32的输入端和输出端通过水管分别将储水箱33和喷雾枪1相连，空气泵31通过空气管与等离子体发生器39相连，等离子体发生器39通过储水箱33上面的开孔伸入到储水箱33内部，本发明农作物防病的方式是通过等离子体发生器39生成的活性水5通过喷雾枪1喷洒到农作物2上面的病患处。

如图2所示，等离子体发生器39包括高压钨电极391、绝缘层392、单向阀393、绝缘座394和不锈钢电极395；绝缘座394装在不锈钢电极395上端的开孔内，高压钨电极391穿过绝缘座394中心的进气孔伸入到不锈钢电极395上端的开孔内，绝缘座394底部与不锈钢电极395上端开孔的底部之间装有绝缘层392，绝缘层392外径与不锈钢电极395内径相同，不锈钢电极395底端钻有出气孔，单向阀393安装在不锈钢电极395的出气孔上。

高压钨电极391呈管状，高压钨电极391伸入到不锈钢电极395内的一端呈锥形。

高压钨电极391与绝缘座394中心的进气孔过盈配合。

绝缘层392呈管状，绝缘层392外径与不锈钢电极395内径相同。绝缘层392嵌在高压钨电极391与不锈钢电极395之间，高压钨电极391靠近出气孔的一端与不锈钢电极395出气孔一端轴向间距2 mm。

不锈钢电极395底部的出气孔通过螺纹与单向阀393固定连接。

如图4所示，高压电源34包括直流变换电路、整流电路、触发电路、蓄能电路与变压器升压电路；蓄电池35依次经直流变换电路、整流电路、蓄能电路后与变压器升压电路连接，变压器升压电路输出连接到所述等离子体发生器39，触发电路分别与蓄能电路和直流变换电路连接。

如图5所示，上述直流变换电路，包括双极晶体管Q1、双极晶体管Q3与闭合磁环脉冲变压器T5；双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的发射极与蓄电池35的正极相连，双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的集电极分别与闭合磁环脉冲变压器的初级线圈L1与L2相连，双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的基极分别与闭合磁环脉冲变压器T5的次级线圈L4和L5相连，闭合磁环脉冲变压器T5的次级线圈L4和L5的非同名端依次经电阻R2后分别与开关S1的一端、电容C2的负极相连，开关S1的另一端与蓄电池35的负极相连。

如图5所示，上述整流电路：包括整流桥D3与电容C2；整流桥D3、闭合磁环脉冲变压器T5的次级线圈L3与电容C2构成桥式整流电路。

如图5所示，上述蓄能电路：包括单向晶闸管Q2、电容C1与电阻R1；电容C2的正极依次经二极管D1、电阻R1后分别与单向晶闸管Q2、蓄流二极管D2并联，二极管D1的正极与电容C2的正极连接，二极管D1的负极与电阻R1连接，蓄流二极管D2的负极与电容C1的正极连接。

如图5所示，上述变压器升压电路：包括三个闭合磁环脉冲变压器T2～T4与一个调压变压器T1；蓄流二极管D2与电容C1串联后分别与三个闭合磁环脉冲变压器T2～T4的初级线圈、一个调压变压器T1的初级线圈并联，调压变压器T1、闭合磁环脉冲变压器T2、闭合磁环脉冲变压器T3与闭合磁环脉冲变压器T4的次级线圈依次串联，等离子体发生器39的高压钨电极391顶端经毫安电流表36后与闭合磁环脉冲变压器T4的次级线圈的同名端连接，调压变压器T1的次级线圈的非同名端与开关S1的一端连接。

如图5所示，上述触发电路：包括单片机U1、单路反向器U2、光耦U3、电阻R3、电阻R4和电容C3；单片机U1的1脚经单路反向器U2与光耦U3发光器的负极相连，单片机U1的2脚接地，单片机U1的7脚经电容C3后接地，单片机U1的4脚经可变电阻R5接地，光耦U3发光器的正极经电阻R3与5V电源相连，光耦U3受光器的正极与电源电压相连，光耦U3受光器的负极经电阻R4后接地，光耦U3受光器的负极与单向晶闸管Q2的门极相连。

优选的单片机U1的型号可采用ATtiny5，单路反向器U2的型号可采用SN74AHCT1G04。

本发明的高压钨电极391与主机的高压电源35的输出端相连，不锈钢电极395接地，这样便会在两个电极之间产生强电场。高压钨电极11呈管状，且靠近不锈钢电极395出气口一端呈圆锥状，这样会产生极不均匀电场，从而产生电晕，有利于等离子体的产生。不锈钢电极395出气口一端通过螺纹与单向阀连接，由于单向阀的存在，水不会逆向流入等离子体发生器39中，直接产生等离子体的地方不会和外面的水接触，从而保证了反应的稳定性；生成的等离子体通过空气泵31的压力从单向阀喷出，与外面的水发生反应，生成具有杀菌作用的活性水5。生成的活性水5再通过水泵32从储水箱33流出，进入喷雾枪1并喷洒到农作物2的表面。

主机3中的毫安电流表36用来监测电极间的放电强度；气体流量计37用来监测从出气口的喷出的等离子体流的流量；通过调节调压变压器T1的变比来调节高压电源34的输出电压。通过这三方面以及反应时间的调节，可以调整低温等离子体与水反应的强度和生成活性水5的浓度，以满足不同需要。

图4是可携带高压电源的基本原理框图，由蓄电池产生6V的直流电经过直流变换电路形成高频振荡，产生交流方波电压，然后经过闭合磁环脉冲变压器进行升压，然后再经过整流桥D3将交变的脉冲电压整流成直流电，触发电路控制单向晶闸管Q2的导通和关断进而控制蓄能电路中的电容的储能状态，最后经过闭合磁环变压器升压电路输出高压脉冲电到等离子体发生器39中的高压钨电极391上。

直流变换电路中，当开关S1闭合后，双极晶体管Q1和双极晶体管Q3的发射极接通直流电源，在闭合磁环脉冲变压器T5次级线圈L4、L5的作用下，双极晶体管Q1和双极晶体管Q3轮流导通，在变压器T5的次级线圈L3上得到交变的脉冲电压。

触发电路输出的脉冲控制信号，经过单路反向器使光耦U3导通或关断，进而控制蓄能电路中的单向晶闸管Q2开通和关断。

蓄能电路中，通过单向晶闸管Q2的开通和关断对电容C1进行充放电。当触发电路输出低电平的时候，单向晶闸管Q2关断，电容C1处于充电状态，当触发电路输出高电平时，单向晶闸管Q2导通，电容C1处于放电状态，当电容C1放电完成时，单向晶闸管Q2的阳极电流低于维持电流时，单向晶闸管Q2关断，这时电路又开始对电容C1进行充电完成一个电容充放电周期。触发电路输出信号的周期就是电容C1放电或充电的时间常数。

变压器升压电路中，这样交变的脉冲电压经过三个闭合磁环脉冲变压器和一个调压变压器的逐级升压最终达到输出高压脉冲电的目的。

如图5所示，是高压电源的电路图，6V直流电经过直流变换电路中的双极晶体管Q1和Q3变换成交变的脉冲电压，经过闭合磁环脉冲变压器T5进行升压，然后经过整流桥D3整流，形成直流电，此时触发电路产生脉冲控制信号控制蓄能电路中的单向晶闸管Q2开通和关断，这样实现对蓄能电路中的电容C1的充放电，再经过变压器升压电路的调压变压器和闭合磁环脉冲变压器产生5~30kV的高压脉冲电，经过电源线实现低温等离子体发生器输出5~30kV的高压脉冲电。

如图6所示，是本发明装置的工作示意图。当农作物2染病后，将等喷雾枪1 对准农作物2叶片上的患病处4，通过调节输出电压和空气泵的转速来调节活性水5的生成速率和浓度，可以针对不同的病情选择不同浓度的活性水5，灵活运用。农作物2没有发病的时候，可运用低浓度的活性水5喷洒在农作物2上达到预防农作物疾病的作用。

由此，本发明装置通过产生具有杀菌作用的活性水喷洒到农作物上，解决了动态反应不均匀、雾化杀菌效果以及灭弧等问题，且结构较为简单和可靠，减少了农药的使用量，减少农药残留和环境污染，具有突出显著的技术效果。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。