[发明专利]一种混药浓度在线检测方法及其装置

说明书

技术领域

   本发明涉及一种混药浓度的在线检测方法及其装置，属于植物保护机械领域。

技术背景

相比于传统的预混药方式，在线混药的特点是：药箱和水箱分离，工作时通过混药装置在线混药。在线混药装置可以实现农药浓度按需改变，在病虫害严重区域提高药液浓度，在病虫害较轻区域降低药液浓度，达到根据病虫害程度按需混药。

在线混药是当前提高农药利用率的最有效手段之一，也是提高农药使用安全性的最有效手段之一。建立在线混药浓度测量技术并把这种技术应用于在线混药浓度反馈，是实现农药定点定浓度喷施的必要条件。本发明直接针对这种工程需求，发展了一种混药浓度在线检测的方法及其装置，可以实现混药浓度的在线实时检测。这种在线混药浓度测量装置与信号放大电路及显示器和存储器连接还可以实现浓度的实时显示和存储。并可作为混药器性能评价的检测装备。填补植保机械混药技术检测装置的空白。

在对现有专利的检索过程中，申请者未发现有对混药浓度进行检测的方法及装置的介绍。在对相近技术现有专利进行检索时发现，申请号为200810019185.5，名称为“液体浓度检测装置及检测方法”的专利，公开了一种利用不同浓度溶液折光率不同的特点，检测静止溶液浓度的装置。但是上述装置体积较大，而且无法实现流通液体浓度的在线检测。申请号为200820047346.7，名称为“一种变量喷雾自动混药装置”的专利，公开了一种使用差压流量计来控制进入混药器的药液和水的比例，从而实现混药浓度改变的装置。但是上述装置无法检测混药后不同位置处的溶液浓度。申请号为200920293017.5，名称为“一种动态实时检测液体浓度的装置”的专利公开了一种采用光纤光栅作为探头，通过对反射光谱的检测来测量溶液浓度的装置。但是上述装置校准复杂，造价较高。

为了弥补上述不足，本发明根据不同浓度溶液折光率不同的特点，提出了一种基于光纤内反射原理实现混药浓度检测的方法及其装置。该装置可以实现混药浓度的在线实时监测，并且具有价格低，体积小，安装方便的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种混药浓度在线检测的方法及其装置，可以实现混药浓度的在线实时监测，并可作为混药器性能评价的检测装备。

光线从折射率为                                               的介质（纤芯）入射到折射率为的介质（溶液）的分界面上时（>）,将会产生反射和折射现象。根据斯涅耳定律，光线的入射角、反射角和折射角之间有下列关系：

=

由于>，因此折射角>。当时，=90°，此时不再有光线进入介质，所有光能量将发生反射。称为全反射的临界角。当发生变化时，也随即发生变化，因此到达探头端面的光线发生全反射的数量也会发生改变，探测到的反射光强度就会改变。根据此原理提出了一种基于光纤内反射实现混药浓度在线检测的方法及其装置。

该发明采用的混药浓度在线检测装置主要包括：过滤网、外壳、光电倍增管、发光二极管、聚焦透镜、出射光纤、光纤耦合器、入射光纤、光纤探头、流道。外壳采用不透光的塑料制造，流道的入口处设有过滤网，外壳一侧与流道垂直开设光纤探头的接入通道，聚焦透镜、光纤耦合器、入射光纤、光纤探头依次设置于接入通道内，光纤探头处于流道壁内侧，光电倍增管通过出射光纤与光纤耦合器连接。 

采用该混药浓度在线检测装置实现混药浓度在线检测的方法包含如下步骤：

（1）检测装置的标定

1）预先配置好包含纯水在内的不同浓度的农药溶液若干份；

2)将纯水溶液装入水箱中，使用离心泵抽取溶液使其进入流道；

3）在溶液流过流道的同时，单片机驱动发光二极管发光，光线经过聚焦透镜聚焦后进入入射光纤传递到光纤探头处；

4）反射光线在光纤耦合器的作用下与入射光线分离进入出射光纤后被光电倍增管接收转换成电信号传递到单片机中，单片机将获得的信号放大后进行模数转换并存储。利用平均值法将存储的信号进行处理得到一个与纯水溶液浓度对应的平均电压值，存储在单片机中。

5）水箱中重新装入预先配置好浓度稍高的农药溶液后依照上述步骤得到一个与此浓度对应的电压信号值存储在单片机中。依次类推，得到一张与浓度相对应的数值表。运用回归分析的方法得到浓度与像点位置的关系式，建立数学模型。

（2）检测装置的应用

1）使待测未知浓度农药溶液从流道内持续流过；