基于CCD,混药浓度在线检测装置的农药浓度检测试验研究
时间：2023-06-30 11:15:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杨亚飞，张肖珂，申志铮，王国强，王 力
(江苏农牧科技职业学院，江苏 泰州 225300)
精准施药以提高农药利用率、降低农药残留对食品和环境的污染为目的，是施药发展的方向[1]。变量喷临界是精准施药的重要方式之一[2]。
刘雪美等[3]阐述了作物冠层雾滴研究进展，徐幼林等[4]利用高速摄影技术对农药混药装置在线混合均匀度进行了试验分析，代祥等[5]提出了混药器混合均匀性分析方法，邱白晶等[6]设计了一种混药质量浓度在线检测装置。
在线混药相较于传统混药技术具有提高农药使用率、节约药和水的用量、减轻环境污染、减少施药人员中毒可能性等优点。混药浓度在线检测技术利于实现药液浓度的反馈，并根据实际喷雾需要更好地控制药和水的用量，推动变量喷雾、精确喷雾技术的发展。相对于常见的光散射法、高速摄像机法、折射法与光纤传感器法等混药浓度在线检测技术， 基于CCD 的传感器透光率检测技术受液体流动影响更小，对光源要求相对较低，测量结果也更加精准，对此，采用基于CCD 的混药浓度在线检测装置进行农药浓度检测试验。
混药浓度在线检测系统如图1 所示， 主要由水桶、药桶、柱塞泵、混药器、压力表、流量计、检测箱和废液收集桶组成。
检测箱如图2 所示[7]。
图1 混药浓度在线检测系统示意图Figure 1 Schematic diagram of on-line detection system for mixed drug concentration
图2 混药浓度检测箱Figure 2 Mixed drug concentration detection box
草甘膦是一种常见的除草剂，本试验选用农旺牌有效成分75.7%的可溶粒剂型草甘膦铵盐农药。
1.1 标定试验方法
常用的草甘膦喷雾浓度为0.5 g/L 左右， 故设置0.1，0.3，0.5，0.7，0.9 g/L 不同浓度进行检测；
喷雾流量设置为3.2 L/min；
试验时实测药液温度4 ℃；
曝光时间0.01 ms；
二极管供电电压2.6 V。具体试验方法：1） 预先配置浓度为 0.1，0.3，0.5，0.7，0.9 g/L 的草甘膦农药溶液， 将0.1 g/L 浓度草甘膦农药溶液装入药桶与水桶中，打开柱塞泵，使其流入检测箱；
2） 打开检测箱，待检测流道内混合药液流动稳定后，单片机记录试验数据。
清洗检测系统后，对剩余的不同浓度的草甘膦农药溶液依次按照上述方法进行操作。
1.2 实验仪器
1） 配制溶液所需仪器：电子天平（0.01 g）、定量瓶（1 L）、滴定管、玻璃棒、药匙、称重纸等。
2） 混药所需仪器：柱塞泵、变频器、药桶、水桶、水银温度计、射流混药器。
射流混药器的射流嘴出口直径为3 mm、收敛角为16 °，混药管内径8 mm、外径12 mm。
为了减少系统误差， 检测箱对每个浓度连续检测50 次，取其平均值即平均有效灰度值作为该浓度下的数据。草甘膦铵盐混合药液浓度试验数据如表1所示。
表1 不同浓度草甘膦铵盐农药溶液试验数据Table 1 Experimental data of glyphosate ammonium pesticide solution with different
每个浓度草甘膦铵盐溶液所检测的50 组数据的相对变异系数均不大于1.45%， 可作为有效数据使用。
对浓度和平均有效灰度值进行最小二乘法拟合，其曲线如图3 所示。
图3 草甘膦铵盐农药溶液-拟合曲线Figure 3 Glyphosate ammonium pesticide solution c-g fitting curve
由图3 可以看出，标准的草甘膦铵盐农药溶液与透射光灰度值的拟合曲线为g=-0.723 1 Ln (c) +87.697，其拟合的相关系数为0.983 2，可用于草甘膦铵盐农药混合药液的浓度检测。
试验示意图参见图1，在线检测时，流速固定在3.2 L/min，在药桶和水桶中依次放入相同的0.17，0.27，0.3，0.4，0.57 g/L 呈等差数列浓度的标准草甘膦铵盐农药溶液，具体试验结果如表2 所示。
表2 混药浓度在线检测试验结果Table 2 Experimental results of on-line detection of mixed drug concentration
由表2 可以看出，每种标准浓度的草甘膦铵盐农药溶液下，检测装置实测的5 次浓度值间的变异系数均不大于1.27%，符合检测装置稳定性要求。
5 次实测浓度平均值与标准浓度平均值之间的偏差均不大于0.018 4 g/L，相对误差均不大于4.059%。
这说明该浓度检测装置能够用于草甘膦铵盐农药溶液的在线检测。
对基于CCD 的混药浓度在线检测装置进行实际农药浓度检测试验， 通过对草甘膦铵盐农药浓度与平均有效灰度值进行拟合， 其拟合曲线相关系数高达0.983 2；
对 0.17，0.27，0.3，0.4，0.57 g/L 不同草甘膦铵盐农药溶液进行检测， 检测结果相对误差均不大于4.059%。
这表明该检测设备能够用于草甘膦铵盐农药浓度的检测。
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