[发明专利]一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法

说明书

技术领域

本发明属于农业植保技术领域，具体涉及一种平面激光诱导荧光混药浓度场在线测量方法。

背景技术

精确施药方法根据病虫草害及作物生长情况，按需施药，以节省农药，降低环境污染。采用自动混药技术，可以根据不同的施药需求，实时获得所需浓度的农药，实现农药的精确按需喷施。在自动混药过程中，混药浓度场的实时在线测量是评价混药效果、实现混药浓度按需配置的重要指标。目前一些公知的混药浓度的测量方法，如比重法（密度法）、导电率测量法、超声波测量法等，一般只能测量平均浓度，不能够进行混药浓度分布情况即浓度场的准确测量。比重法即通过测量混合液的比重，如果已知原液及水的密度，则可以通过计算得到混合液的浓度，该方法可以实现浓度测量，但是要求原液与水的密度差异较大，难以实现在线测量，并且测量的只是平均浓度。另外有采用导电测量法，超声波测量法等。这些测量方法对混合液的导电性、密度及颗粒大小的要求较高，测得的仍然是平均浓度。目前尚缺乏对混药浓度场的有效在线测量方法。本发明旨在提供一种混药浓度场的实时在线测量方法，以实现混药浓度场的实时在线测量，为混药性能特性提供测量依据，促进自动混药技术在农业生产中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实时在线测量混药浓度场的方法，激光诱导荧光测量原理是：通过片状激光激发带有荧光示踪剂的混合液，在与片光平面垂直的方向上设置CCD相机，获得垂直方向的荧光图像，荧光图像的灰度值反映了荧光的强度。一般情况下，荧光强度与混合液浓度存在单调递增关系，在一定的荧光示踪剂浓度范围内，荧光强度与混合液的浓度成正比。根据荧光图像的灰度分布情况，通过合适的标定，可以获得混合液的浓度分布情况即浓度场。

本发明的技术解决方案是：

（1）激光片光源的形成。采用固体激光器对激光进行激发，将激发后的激光通过片光成形部件形成片状激光。当激光为532nm时，获得片状激光厚度为0.2-2mm时，效果更好。

（2）原液的形成。将荧光示踪剂按固定比例加入农药中混合均匀后形成原液。要求原液中荧光示踪剂的浓度不超过荧光饱和浓度。当激光为532nm时，荧光示踪剂可以为罗丹明6G。

（3）混合液的形成。原液在混药器的农药注入口注入，在混药器的混药室内与水混合，形成混合液。

混药器要求是透明的，具有农药注入口、水注入口、混药室及混合液出口。

（4）荧光图像的形成。将片状激光照射混合液后用滤光片滤除激光波长的光，通过相机获得荧光图像。相机一般采用CCD相机，采用ICCD相机时，效果更好，能拍摄较弱的荧光图像。

滤光片为长通滤光片，波长超过激光波长5nm以上即可。

（5）混药浓度的标定。取步骤（2）所述的荧光示踪剂-农药按固定比例配制的原液，根据施药时可能的浓度范围，按步骤（3）稀释原液配制至少2种以上浓度的均匀混合液，获取荧光图像，记录该混合液对应的荧光灰度值，将该灰度值映射为对应混合液的浓度值。根据标定获得的荧光灰度值和浓度值对应关系，通过曲线拟合的方式获得荧光灰度与浓度的映射关系。

具体实施时，针对某种农药只需要标定一次，多次标定可以提高浓度场测量的准确度。

（6）混药浓度场的获得。基于标定获得的荧光灰度与浓度映射关系，对任意获取的混合液通过CCD相机获得的荧光图像，进行校正和处理，获得灰度分布情况，经过计算获得该混药浓度场。

本发明解决了现有混药浓度测量方法只能测量平均浓度，不能准确测量浓度场的缺陷。

本发明的有益效果：本发明可以实现自动混药中混药浓度场的实时在线测量，为多种混药结构和混药方式的浓度场分析研究提供基础数据。可以推动自动混药技术的发展及在农业生产中的应用，实现按需施药。

附图说明

图1是本发明的平面激光诱导荧光浓度场测量方法的示意图。

图2是本发明方法的测量流程图。

1——激光器， 2——片光成形部件， 3——混药器，4——相机，5——滤光片，6——处理计算机， 7——混药器水注入口，8——混药器农药注入口，9——混药器混合液出口

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。

具体步骤为：

（1）固体激光器1激发532nm的激光，通过片光成形部件2形成厚度为0.5mm的片状激光。

（2）采用透明玻璃的混药器3，混药器具有农药注入口、水注入口及混合液出口，混药器固定在片状激光可照射区域，片状激光经过混药器3的中心轴线照射到混药室。