液滴在柔性辣椒叶片表面撞击行为研究

液滴撞击叶片时会使叶片发生弯曲变形,这种变形会对液滴的撞击行为产生影响。基于前人液滴撞击刚性表面的理论模型,探究了液滴撞击柔性辣椒叶片时叶片弹性系数对液滴撞击行为的影响,考虑叶片弹性势能、液滴和叶片重力势能,建立了液滴撞击柔性辣椒叶片最大扩散因子数学预测模型。以液滴粒径、撞击速度、撞击点到叶尖距离占比为试验因素,对数学模型进行了合理性验证。结果表明:3个因素对液滴粘附和飞溅均有显著性影响(P<0.05)。数学模型对液滴撞击柔性辣椒叶片最大扩散因子预测误差在10%以内,但此误差会随着叶片弹性系数的增加而减小。液滴撞击柔性辣椒叶片没有发生反弹,和理论模型预测结果一致。液滴粘附时,叶片弹性系数与液滴达到最大扩散的时间呈负相关,与撞击刚性固定叶片相比,达到最大扩散的时间增加量在0.5 ms以内,最大扩散因子减小率在25%以内,传递给叶片弹性势能占初始总能量的比随着叶片弹性系数的增加呈现先减小后增大趋势。液滴飞溅时,在到叶尖距离占比的20%、40%、60%、80%处,与刚性叶片相比,飞溅临界值Kcrit分别增加16.202%、10.515%、6.508%、4.467%,说明叶片越靠近弹性系数小的区域,液滴越不容易飞溅。本文为液滴在柔性植物叶片上的撞击行为研究和喷雾参数选择提供了一种方法。

植保无人飞机作物病害防治模式研究——以泗洪示范基地小麦防治为例

为保证植保无人飞机高效作业,在泗洪农业示范基地,选用电动单旋翼植保无人飞机CE20,主要从作业参数、作业效率、防治时期、农药制剂、作业经济性和防治效果等方面进行了综合考虑,进行防治模式探索研究。研究结果表明,不同参数组合下有效幅宽、喷洒雾滴穿透率以及雾滴沉积均匀性各有差异。有效喷幅总体上呈现与飞行速度、飞行高度和喷洒流量变化的负相关性,其中飞行速度对幅宽结果影响极显著(P-value<0.01),飞行高度对幅宽结果影响显著(0.01<P-value<0.05),在3.0 m/s,2.0 m,2.0 L/min流量下有效幅宽最大值为5.78 m。飞行高度对雾滴穿透率影响极显著(P-value<0.01),飞行高度和飞行速度交互对雾滴穿透率影响显著(0.01<P-value<0.05),最大穿透率为63.8%(3.0 m/s,1.5 m,2.0 L/min)。飞行高度、飞行速度和喷洒流量对雾滴沉积均匀性影响均不显著(P-value>0.05),但随着飞行高度的增加,沉积均匀性变差,变异系数最小值为23.3%(3.0 m/s,1.5 m,2.0 L/min)。在优化的参数组合下,进行了作业效率的实际田间考核,考核结果显示最大作业效率为6.37 hm2/h。主要防治时期集中在返青期至盛花期之间,主要预防蚜虫、白粉病和赤霉病,同时兼顾预防纹枯病和条锈病。依据每个防治时期小麦的生长特性,兼顾防治需求、作业效率和作业经济性,选用常规的杀虫剂(阿维·高氯,噻虫嗪)、杀菌剂(噻呋酰胺,氰烯菌酯,氟环唑)进行喷洒防治作业,经查定防治效果能够达到预期。综合以上因素形成了适合泗洪示范基地小麦病虫害植保无人飞机的防治模式,为植保无人飞机更好地应用提供了一定的参考依据。

植保无人飞机油菜杂草防治与效果评估研究

为探索油菜田杂草看麦娘的有效防治,进行植保无人飞机低量施药防治试验,分析不同雾滴粒径、不同飞行高度、不同飞行速度和不同施药液量下雾滴沉积覆盖率、雾滴密度等,结果表明在其他条件相同时,小雾滴粒径(195μm)喷洒的雾滴覆盖率和沉积密度明显大于大雾滴粒径(235μm)喷洒。选取雾滴粒径195μm、高度1.5 m、速度4 m/s、施药液量12 L/hm^2条件下植保无人飞机施药(UAV)与空白对照(CK)、人工施药(Manual)对比,采用反射光谱信息和植被指数进行防治后10天的效果评估,敏感波段区间光谱反射值和植被指数(NDVI、PRI)值均是CK>UAV>Manual,表明常规药液量的人工施药较优,建议植保无人飞机防治杂草看麦娘应增加单位面积的施药液量以提高防效。研究结论为植保无人飞机防治油菜田杂草看麦娘提供参考。

便携式雾滴沉积检测系统的设计与试验

目前,农药喷雾沉积的检测方法,大都无法直接、快速检测雾滴在叶片上的沉积分布参数,对于实时评价植保喷雾机械的作业效果及反馈调整作业参数效率产生了影响。针对此问题,本文基于荧光反应和图像处理,设计了一种叶面雾滴沉积检测系统。试验结果表明:相比于ImageJ对叶面雾滴覆盖率的处理结果,本监测系统的平均误差为4.08%;相比于人工计数,本系统的雾滴沉积粒数计数结果误差为2.46%~4.69%,平均误差为4.01%;使用的荧光试剂可以满足大田工作需求。所设计的检测系统可以实现对叶片雾滴沉积参数的快速无损检测。

基于机载三维激光扫描的大豆冠层几何参数提取

为了实现大田大豆单株植株几何参数(高度、体积)准确获取,该文构建了基于机载激光雷达(LiDAR)的农作物表型探测系统,并开展了大田标定和探测试验。针对大田大豆垄上种植模式下地面平整度差异大、植株枝叶交接难以区分的问题,提出了一种LiDAR表型探测系统下的基于局部邻域特征分割与均值漂移算法的提取方法。在获取的点云中,首先使用基于局部邻域特征的语义分割方法提取一垄植株行,然后采用均值漂移算法提取单株植株,最后进行植株表面重建和植株几何参数统计。LiDAR表型探测系统在沿探测系统前进运动方向、垂直运动方向、垂直地面方向最大误差分别为0.58%(5.8 cm)、−1.75%(−7.0 cm)、−1.74%(−3.4 cm)。该文采用的基于局部邻域特征的分割方法,植株与地面分类的效果良好,人工统计植株数量相比,检测植株数量的平均相对误差为11.83%。相对于常用的RANSAC(random sample consensus)方法,使用该文提出的高度计算方法,大豆植株高度平均相对误差从9.05%下降到5.14%,利用alpha-shape算法重建后的冠层体积平均值为48.5 dm3。该文工作可为作物植株分割和体积统计提供借鉴。

果园喷雾机气流场数值分析与试验验证

为了解果园喷雾机的风送气流分布情况,采用数值分析与试验相结合的方法研究了一种果园喷雾机气流场分布规律。结果显示:喷雾机风道两侧的气流基本呈对称分布,大部分测量点气流速度试验值与仿真值的相对误差在30%以内,数值分析结果较为准确的反映了风道出口的气流分布特征。在喷雾机外部空气域中,随着水平距离和高度的增加,气流速度值逐渐减小,外部空气域大多数测量点的气流速度试验值较仿真值大,其绝对误差在0~5.9m/s之间,最大相对误差达125%;当水平距离小于1m、高度小于0.6m时,气流速度相对误差约为8%~29%,气流速度的试验值与仿真值较为吻合。

纳米通道适配体传感器对马拉硫磷的检测

准确快速检测水体中农药残留对水体安全至关重要.基于纳米通道电流整流现象,利用适配体特异性结合目标物的特点,构建了电化学适配体传感器,以实现马拉硫磷(Mal)的检测.通过金硫键将Mal适配体1(Apt-1)修饰到镀有金膜的纳米管腔内,利用Mal与Apt-1和适配体2(Apt-2)特异性结合后改变纳米通道内电荷密度的特点,实现Mal的定量检测.采用扫描电镜(SEM)和圆二色谱(CD),对纳米管及通道内部进行表征;对Apt-1在纳米通道内部的修饰浓度、Apt-2的使用浓度、孵育溶液的pH以及孵育时间进行优化.在最佳工作条件下,Mal浓度的对数与传感器的响应电流信号呈线性关系,传感器对Mal的检测线性范围为1.0×10^(-8)~1.0×10^(-6) mol/L,检测限(LOD)为3.33×10^(-9) mol/L.考察了传感器的稳定性以及对Mal的检测选择性,并将传感器用于水样中Mal的分析,所得结果与气相色谱(GC)方法所得结果基本一致.

基于CFD的多风道风送喷雾流场数值分析与试验研究

为研究果园喷雾机的气流和雾滴沉积分布情况,通过数值分析与试验相结合的方法,研究了一种适用于果园植保的多风道风送喷雾系统气流场和气液两相流场分布规律。研究结果显示,该多风道风送喷雾系统的外部气流场分布较为均匀,喷射出风口出口处的气流速度试验值与仿真值相对误差<13.7%,随着测量距离增大,气流速度逐渐衰减,其绝对误差基本在0~2 m/s。雾滴场在-0.6~0.6m喷雾区域内雾滴沉积量(百分比)的仿真值和试验值相对误差<14%,数值分析结果较为准确地反映风送喷雾系统的气流分布和雾滴沉积特征。

平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究

为了验证平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)方法测量射流混药浓度场的可行性,该文在考察射流混药浓度场随压力变化特性基础上,开展基于PLIF的射流混药浓度场测量试验。研制了射流混药装置及辅助测量装置。配制6种不同浓度的罗丹明6G均匀混合液进行浓度标定,采用平滑滤波消除测量噪声影响。对比总体灰度值标定和分栅格标定2种方法的标定效果,结果表明:采用分栅格标定可以获得较平均的分区域浓度,在标定浓度为1.000 mg/L时,分栅格标定的最大最小平均值之差仅为总体标定的25.22%。开展3种吸入浓度、进水口压力0.1~0.6 MPa时的浓度场测量试验,结果表明:总体上混合管末端变异系数偏大,靠近管壁的变异系数偏大;在压力0.1和0.2MPa时,在测量区域末端的混合液浓度偏大,变异系数较大,混合均匀性较差。该文试验结果表明PLIF方法可用于射流混药浓度场测量,试验方法和结果可为其他液液混合浓度场测量提供参考。

基于声学方法的喷嘴流量估计

为了研究喷嘴喷雾状态时的声音与流量之间的关系,利用声音信号采集系统收集喷嘴喷雾时的声音,对收集到的声音信号进行快速傅里叶变换(FFT),计算功率谱密度(PSD)及带内功率,进行流量与声学信号之间的相关性分析。结果表明:喷嘴位于圆盘阵列圆心正前方6cm位置时所得声音数据噪声最小,确定为最佳位置。最后,通过曲线拟合工具箱,建立了归一化带内功率能量与喷嘴流量拟合曲线,其误差平方和SSE为0.865,拟合标准差RMSE为0.93,表明了基于声学信号准确估计喷嘴流速的可行性。