一种基于磁场筛选的电晕荷电式雾滴喷射控制方法

本技术涉及植保雾滴控制，具体涉及一种基于磁场筛选的电晕荷电式雾滴喷射控制方法。

背景技术：

1、农药是现代农业植物保护领域中不可或缺的关键生产资料，用于农作物病虫草害的综合防控、作物生长发育的精准调控。然而，农药田间喷施过程中，普遍存在雾滴靶标沉积率低、非靶标飘移严重的问题，不仅造成农药资源的大量浪费，还易引发农田生态环境污染、农产品农药残留超标等一系列问题。为提升农药雾滴的靶标沉积效率，荷电喷雾技术被广泛应用于植保喷施作业，通过使农药雾滴携带电荷，可显著提升雾滴在作物植株表面的附着性与均匀性，有效提高农药利用率。

2、目前，植保喷雾作业方式主要包括人工喷施和自动化机械喷施，其中人工喷施仍为田间主流作业方式，该方式设备投入成本低，但存在诸多缺陷：喷施作业效率低、雾滴沉积分布不均、喷施效果依赖人工经验、田间劳动强度大、农药浪费严重等问题。电晕荷电式静电喷雾技术是替代人工喷施作业、提升农药施用效率与喷雾均匀性的核心技术路径，在一定程度上提高了植保田间作业效率与农药雾滴的靶标沉积稳定性。

3、中国专利cn114521481a 公开了一种雾化栽培装置及方法，利用电离风技术、静电雾化技术和电磁场原理，实现了粉碎雾滴，使药液雾化带电，并精准送至植物根系，解决了雾培作物根系复杂、雾滴很难到达根系芯部的问题。虽能实现雾滴荷电与定向输送，但对电晕放电过程中离子空间分布特性的利用仍不理想，存在如下问题：荷电效果易衰减，现有装置普遍未充分考量电晕放电电极近处正离子浓度高、远处负离子浓度高的固有空间分布规律，雾滴在荷电与输运过程中会接连穿过正、负离子浓度高的区域，已荷电雾滴易与反向电荷离子发生碰撞中和，直接削弱雾滴的荷电效果。雾滴荷电效果的衰减直接导致其在作物植株表面的静电吸附能力下降，易出现雾滴非靶标飘移、作物靶标表面有效沉积率不足的现象，增加了田间作业的农药投入与经济成本，还易造成农田生态环境的污染。

技术实现思路

1、本技术为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

2、第一方面，本技术实施例提供了一种基于磁场筛选的电晕荷电式雾滴喷射控制方法，包括：

3、对基于磁场筛选的电晕荷电式雾滴喷头装置进行电晕放电预配置，形成覆盖雾滴喷射路径的电晕放电区间；

4、生成与雾滴喷射方向相交的磁场，利用所述磁场对电晕放电产生的带电离子进行空间筛选，使目标极性离子密集区偏移至雾滴喷射流道，非目标极性离子密集区偏移至远离雾滴喷射流道的位置；

5、调节供液压力以调控雾滴雾化核心区的位置，使所述雾滴雾化核心区落入所述目标极性离子密集区的有效荷电范围内，使雾滴穿过单一目标极性的电荷集中区并完成定向荷电；

6、将荷电完成的雾滴利用输送气流和包裹式约束风幕稳定输送至目标作业区域。

7、在一种可能的实现方式中，所述基于磁场筛选的电晕荷电式雾滴喷头装置，包括安装底座，所述安装底座上设置有凹字形流道装置，所述凹字形流道装置设置有进风口，所述凹字形流道装置上固定设置有风筒；

8、所述风筒的底部为平面安装面，所述平面安装面上固定安装有扇形雾化喷头，所述扇形雾化喷头与设置在所述安装底座上的进液口相连通；所述扇形雾化喷头两侧对称布置有风幕出风口，所述风幕出风口与所述凹字形流道装置的内部流道相连通，两个所述风幕出风口的出风方向与扇形雾化喷头的雾滴喷射方向相平行，用于在扇形雾化喷头的雾滴喷射区域外侧形成包裹式约束风幕；

9、所述风筒内部的侧壁上设置有电晕装置和控制装置，所述电晕装置使途经雾化区域的雾滴完成荷电，所述控制装置用于控制不同雾化位置的电晕放电和对电晕放电产生的带电离子进行空间筛选。

10、在一种可能的实现方式中，所述电晕装置包括单组电晕刃和板极，所述板极固定安装于风筒内部的侧壁上，所述电晕刃的刃尖正对所述板极的中心线设置，二者之间形成电晕放电区间，所述电晕刃接高压负电极，所述板极接地，用于使途经雾化区域的雾滴完成荷电。

11、在一种可能的实现方式中，所述控制装置包括两对电磁铁和剪叉式升降机构，两对电磁铁通入的电流大小相同，方向相反，在空间中产生两个方向相反的磁场。每一对电磁铁均包含两个分别固定设置于所述风筒相对两侧内壁上的电磁铁，且同一对的不同电磁铁输入的电流大小，方向均相同，通电后这两个电磁铁的极性相异且相对，即呈n极对s极正对排布。，二者磁场方向的连线穿过所述电晕放电区间；通过通入可调大小相同，方向相反电流产生可控强度的磁场；所述剪叉式升降机构的固定端与风筒的内壁固定连接，其移动端与所述电晕刃的安装座固定连接，用于调节电晕刃与板极之间的极间距。

12、在一种可能的实现方式中，所述对基于磁场筛选的电晕荷电式雾滴喷头装置进行电晕放电预配置，形成覆盖雾滴喷射路径的电晕放电区间，包括：

13、根据目标雾滴的荷电与喷射需求，通过控制舵机驱动剪叉式升降机构伸缩，调节电晕刃的空间位置；

14、设定电晕刃与板极之间的极间距，保证电晕刃的刃尖始终正对板极的中心线，完成电晕装置的预配置。

15、在一种可能的实现方式中，所述生成与雾滴喷射方向相交的磁场，利用所述磁场对电晕放电产生的带电离子进行空间筛选，使目标极性离子密集区偏移至雾滴喷射流道，非目标极性离子密集区偏移至远离雾滴喷射流道的位置，包括：

16、依据电晕放电近处正离子浓度高、远处负离子浓度高的分布规律，向两对电磁铁通入设定大小相同，方向相反的工作电流，调控电磁铁产生的磁场强度；

17、利用磁场对带电离子的洛伦兹力和电场的电场力作用，使正离子与负离子的密集区域在空间位置上形成错位分离，划分出独立的正离子密集荷电区与负离子密集荷电区，其中负离子密集荷电区与雾滴喷射流道相重合，正离子密集荷电区被偏转至远离雾滴喷射流道的位置。

18、在一种可能的实现方式中，正离子与负离子的密集区域在空间位置上形成错位分离的横向错位距离为：

19、

20、其中：为带电离子在磁场作用下的横向偏转错位距离，为离子偏转修正系数，为离子带电量，为电磁铁产生的磁场强度，为电晕刃与板极之间的极间距，为离子质量，为对应极性离子的迁移率，为电晕刃上的负电压绝对值。

21、在一种可能的实现方式中，所述调节供液压力以调控雾滴雾化核心区的位置，使所述雾滴雾化核心区落入所述目标极性离子密集区的有效荷电范围内，使雾滴穿过单一目标极性的电荷集中区并完成定向荷电，包括：

22、确定雾滴雾化位置与供液压力的定量对应关为：

23、

24、其中：为扇形雾化喷头出口至雾滴雾化核心区的轴向距离，为扇形雾化喷头的结构系数，由喷孔孔径、喷口扇形角度标定决定；为进液口的供液压力；

25、确定雾化位置与目标离子荷电区的联动匹配约束条件为：

26、

27、其中：s0为无磁场条件下目标极性离子密集区的初始轴向位置，sz为磁场作用下，由洛伦兹力间接引发的离子密集区轴向偏移量，δlmax为目标离子密集荷电区的有效轴向宽度，为工况匹配的固定常量；

28、以为控制变量，以为被控量，在完成负离子密集荷电区与雾滴流道径向匹配的基础上，根据确定的s0与δlmax确定的取值范围；

29、再利用目标值反算目标供液压力，调节供液管路调压阀至该压力值，使雾滴雾化核心区精准落在负离子密集荷电区有效轴向范围内，使得雾滴全程穿过单一极性的电荷集中区。

30、在一种可能的实现方式中，所述将荷电完成的雾滴利用输送气流和包裹式约束风幕稳定输送至目标作业区域，包括：

31、启动风力辅助装置产生轴向输送气流，使得风幕出风口形成包裹式约束风幕；

32、根据目标喷射距离与作业环境，调节风幕出风口的出风风速，通过轴向输送气流与包裹式约束风幕的配合，屏蔽外部侧风干扰，抑制荷电雾滴的飘移；

33、将完成荷电的雾滴稳定输送至目标作业区域，完成雾滴的喷射作业。

34、在一种可能的实现方式中，风幕出风口抗侧风干扰的最小匹配风速控制为：

35、

36、其中：为风幕出风口的出风风速，为抗干扰安全系数，为作业环境的侧风风速，为雾滴目标喷射距离，为单组风幕出风口的流道宽度。

37、在本技术实施例中，通过磁场筛选实现带电离子空间分区，将目标极性离子聚集于雾滴流道，隔绝反向电荷离子，避免荷电雾滴被中和，有效杜绝雾滴荷电效果衰减问题。同时通过调控供液压力匹配荷电区域，让雾滴完成高效单一极性荷电，大幅提升雾滴静电吸附能力与靶标沉积率。配合约束风幕稳定输运雾滴，可有效抑制雾滴非靶标飘移，改善喷雾均匀性。该方法解决了现有电晕荷电喷雾技术雾滴荷电易衰减、正负离子中和削弱荷电效果的缺陷，减少农田农药残留与生态环境污染，显著提升植保喷施作业效率与作业质量。