一种施药装备田间雾滴沉积分布仿真测试系统及测试方法

摘要

本发明涉及一种施药装备田间雾滴沉积分布仿真测试系统及测试方法，属于农业测试技术领域。该系统包括试验架、驱动装置、气流发生器、整流栅、计算机控制装置。本发明合理利用相对运动原理，在不移动施药装备的情况下，根据被测施药装备田间作业时的行进速度、以及相应行进速度下喷雾作业形成的相对气流设置控制参数，通过可移动试验架的行进，实现动态模拟采样，产生与实际情况吻合的雾滴运动，得到与田间实情基本一致的喷洒雾滴三维空间沉积分布变异系数等测试结果，不仅可有效提高测试精度，避免耗费大量人力物力进行田间试验，节约了试验成本，且不受作物生长季所限，缩短了试验周期。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机控制的测试装置，尤其是一种施药装备田间雾滴沉积分布仿真测试系统，同时还涉及使用该系统的测试方法，属于农业测试技术领域。

背景技术

雾滴沉积分布均匀性是评价施药装备田间作业质量的重要依据，也是影响农药有效利用率的关键因素。目前施药装备田间雾滴沉积分布测定试验主要是将被测施药装备移至田间进行喷洒作业，依靠人工在靶标作物上布样、采样。由于田间试验时不可控因素较多，因此存在测试效率低，测量误差大等缺点，且需耗费巨大的人力、物力资源才能完成试验；同时田间试验受被测作物的生长季影响，试验周期较长。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述技术存在的缺点，提出一种既能准确、高效地完成雾滴沉积分布试验，又能节约试验成本，并且不受作物生长季所限的施药装备田间雾滴沉积分布仿真测试系统，从而为植保施药装备的作业质量评估分析提供有效的测试手段，同时给出相应的测试方法。

为了达到以上目的，本发明的施药装备田间雾滴沉积分布仿真测试系统的基本技术方案包括：

试验架——所述试验架为安置在轨道上的可移动立体框架，所述框架设有用于布置测试纸卡的三维坐标网格；

驱动装置——所述驱动装置由与试验架底部行进机构传动连接的调速驱动电机构成；

气流发生器——所述气流发生器位于试验架一侧，用以产生仿真测试所需大小和方向的气流；

整流栅——所述整流栅为截面积大于试验架对应截面的蜂窝结构框架，安置在气流发生器与被测施药装备之间，用以使气流发生器产生的气流形成均匀稳定的风场；

计算机控制装置——所述计算机控制装置的控制输出端分别接驱动装置和气流发生器的受控端，用以调控所述驱动装置和气流发生器分别驱使试验架按预定速度行进和发生预定风速的气流，并对输入的施药后测试纸卡上雾滴的辨识数据进行分析处理，得出试验结果。

进一步，所述试验架底部通过滑块与轨道构成移动副，所述轨道的一侧固定与调速驱动电机带动的齿轮啮合的齿条。

进一步，所述气流发生器的底部具有可锁定滚轮。

采用本发明仿真测试系统进行测试方法包括以下步骤：

第一步、试验准备——将试验架连同轨道安置在待测施药装备一侧，将测试纸卡布置在可移动试验架的三维坐标网格中，将至少一台气流发生器以气流方向平行于试验架行进方向的位置安置在试验架一侧；

第二步、测试设置——根据被测施药装备田间作业时的行进速度以及该行进速度喷雾作业时产生的相对气流速度，设定计算机控制装置对试验架行进速度和气流发生器发生气流速度的控制参数；

第三步、启动施药测试——启动被测施药装备使其喷洒荧光剂水溶液雾滴；待其达到额定作业工况后，启动气流发生器，通过整流栅向被测施药装备输出均匀气流的稳定风场；再启动试验架以设定速度沿轨道自动行进；

第四步、动态采集——利用试验架上的测试纸卡在相对运动过程中采样被测施药装备喷雾区域的沉积雾滴，直至试验架离开被测施药装备喷雾区域，关闭被测施药装备、气流发生器及试验架驱动装置；

第五步、测试处理——收集采样的测试纸卡，进行标记、分类，并借助荧光分光光度计测出荧光剂水溶液雾滴测试数据；

第六步、得出测试结果——将测试数据输入计算机，得出包括被测施药装备喷洒雾滴的三维空间沉积分布变异系数在内的测试结果。

必要时，可以按需改变试验架与被测施药装备之间的距离，重复以上第三步至第六步，从而得到被测施药装备整个射程范围内的测试结果。

本发明合理利用相对运动原理，在不移动施药装备的情况下，根据被测施药装备田间作业时的行进速度、以及相应行进速度下喷雾作业形成的相对气流设置控制参数，通过可移动试验架的行进，实现动态模拟采样，产生与实际情况吻合的雾滴运动，得到与田间实情基本一致的喷洒雾滴三维空间沉积分布变异系数等测试结果。

本发明通过仿真模拟，不仅可有效提高测试精度，避免耗费大量人力物力进行田间试验，节约了试验成本，且不受作物生长季所限，缩短了试验周期。并且由于本测试系统的可移动试验架行进速度以及气流发生器产生的气流参数均精准可调，因而可以满足不同作业参数、作业特性的施药装备测试要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的系统构成示意图。

图2为图1实施例的试验架结构示意图。

图3为图2的仰视图。

图4为图1实施例的整流栅机构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的施药装备田间雾滴沉积分布仿真测试系统如图1所示，包括安置在一对轨道1上的可移动立体框架结构的试验架2，框架的各边框上间隔分布有间距20cm的定位孔，利用尼龙绳穿过定位孔形成三维坐标网格，用于布置测试纸卡。试验架2底部的行进机构与调速驱动电机3传动连接，具体到本实施例的试验架2，如图2、图3所示，其底部通过滑块2-1与轨道1构成移动副，轨道1的一侧固定与调速驱动电机3带动的齿轮3-1啮合的齿条1-1,构成驱动装置。

试验架2一侧安放气流发生器4，用以产生仿真测试所需大小和方向的气流。气流发生器4与被测施药装备5之间安置整流栅6，整流栅6如图4所示，为截面积大于试验架2对应截面的蜂窝结构框架，使气流发生器4产生的气流形成均匀稳定的风场，其底部具有可锁定滚轮6-1，便于移动后定位。

此外，测试系统控制台和PLC控制器组成的计算机控制装置的相应的控制输出端通过驱动器接驱动装置的受控端，以及通过变频控制器接气流发生器的受控端，用以调控所述驱动装置和气流发生器，驱使试验架2按预定速度行进以及发生预定风速的气流，并对施药后测试纸卡上雾滴的辨识数据进行分析处理，得出试验结果。

采用本实施例仿真测试系统进行测试方法具体步骤为：

第一步、试验准备——将试验架连同轨道安置在待测施药装备一侧，将测试纸卡依据被仿真试验作物的冠层形态布置在可移动试验架的三维坐标网格中，这样可以利用测试纸卡模拟被仿真试验作物冠层高度、密度、叶片倾角的冠层形态，将二台气流发生器以气流方向平行于试验架行进方向的位置安置在试验架一侧。

第二步、测试设置——根据被测施药装备田间作业时的行进速度以及该行进速度喷雾作业时产生的相对气流速度，设定计算机控制装置对试验架行进速度和气流发生器发生气流速度的控制参数；

第三步、启动施药测试——启动被测施药装备使其喷洒BSF（brillantsulfoflavin——荧光剂磺基四羟酮醇BSF上海翊圣生物科技有限公司产）荧光剂水溶液雾滴，荧光剂水溶液雾滴；待其达到额定作业工况后，启动气流发生器，通过整流栅向被测施药装备输出均匀气流的稳定风场；再启动试验架以设定速度沿轨道自动行进；

第四步、动态采集——利用试验架上的测试纸卡在相对运动过程中采样被测施药装备喷雾区域的沉积雾滴，直至试验架离开被测施药装备喷雾区域，关闭被测施药装备、气流发生器及试验架驱动装置；

第五步、测试处理——收集采样的测试纸卡，进行标记、分类，并借助日本岛津RF-5301荧光分光光度计测出荧光剂水溶液雾滴测试数据；

第六步、得出测试结果——将测试数据输入计算机，得出包括被测施药装备喷洒雾滴的三维空间沉积分布变异系数在内的测试结果。

以沉积分布变异系数计算为例：将测出的D_ijk值（试验点沉积率）输入计算机后，计算机根据相应计算公式进行计算，最终得到沉积分布变异系数；并可利用excel软件自动生成试验作物在三维空间内的农药沉积分布柱状图。其中沉积分布变异系数计算公式如下：

（1）

（2）

（3）

E_d—平均值

σ_d—标准差

V_d—变异系数

d，D_ijk—试验坐标点的沉积率

其中i代表三维网格不同平面编号，j代表同一平面内横向坐标点编号，k代表同一平面内纵向坐标点编号。

例如测试风送式远程喷雾机在玉米田的雾滴沉积分布参数时，根据测试所模拟的玉米植株的冠层形态（玉米植株高度2m、子叶高度0.3m）以及种植密度（行距60cm），设计试验架三维空间内的纸卡布样方案为：i=1～5，布样高度分别为2m、1.5m、1m、0.5m、0.3m；ｊ=1～3，布样间距为30cm；ｋ=1～3，布样间距为30cm。

经本实施例仿真测试系统的测试、分析，输出试验结果为：该风送式远程喷雾机在试验架三维空间内的沉积分布变异系数Vd=1.09，即在玉米植株上的雾滴沉积分布变异系数Vd=1.09。

本实施例通过采用可移动式试验支架、可移动气流发生器、整流栅等装置，实现了包括施药装备作业时的行驶速度、相对气流特性（大小、方向）等影响因素在内的实验室模拟，使得雾滴的运动特性与田间实际相吻合。通过本仿真测试系统可有效提高测试精度，又不需耗费大量的人力物力进行田间试验，节约了试验成本，且不受作物生长季所限，缩短了试验周期。其显著优点有：

1．基于相对运动原理，在不移动施药装备的情况下，根据被测施药装备田间作业时的行驶速度，设定可移动试验架的行走速度，通过可移动试验架的行走实现动态采样。通过齿轮齿条传动机构、双导轨机构、PLC控制单元等装置，实现了可移动试验架行走速度的精准可调，从而既可对施药装备以不同行驶速度喷洒作业时的雾滴沉积分布规律进行测试，又可消除因施药装备田间行驶速度不稳定造成的测试误差。

2．由于被测施药装备以不同行驶速度喷雾作业时，形成的相对气流会对雾滴离开喷头时的速度矢量产生影响，从而影响雾滴在田间的沉积分布。本测试系统通过气流发生器、整流栅等装置进行相对气流的模拟，使得雾滴的运动特性与田间实际相吻合。气流发生器产生的气流速度可根据可移动试验架的行走速度（即被测施药装备的行驶速度）作相应调节，实现了对施药装备以不同行驶速度喷洒作业时形成的相对气流的模拟，满足了对施药装备在不同行驶速度条件下的雾滴沉积分布规律进行测试的需要。整流栅则保证了输出气流的均匀性和稳定性，提高了测试精度。

3．可移动试验架的边框上设计有定位孔（孔间距为20cm），利用尼龙绳穿过试验架的定位孔，形成三维坐标网格。测试时，可根据不同施药装备的布样要求，在三维坐标网格上进行测试纸卡的布样，不仅提高了布样位置精度，而且缩短了布样时间，提高了试验效率。