植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置及试验方法

1.本发明涉及无人机室内喷雾试验技术领域，特别是指一种植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置及试验方法。


背景技术：

2.多旋翼植保无人机已在农业施药领域得到了广泛的应用。为保证施药效果，多旋翼植保无人机需要在施药作业前适当地调整喷头间距，并选择适当的作业参数（作业高度和作业速度）。然而，多旋翼植保无人机的喷雾系统结构评价、喷幅与雾滴分布均匀性评价，以及作业参数的选择一直是研究的热点与难点。因此，准确评价多旋翼植保无人机施药相关的性能指标，是促进植保无人机实际应用的必要基础支撑。
3.目前常见农业喷雾的雾滴沉积的检测方法主要为水敏纸法，洗脱法和电容检测法等，但且检测结果较依赖实验室的统一处理，效率偏低或成本偏高。区别于上述的间接检测法，直接检测雾滴在叶面沉积分布的方法，大都依赖荧光剂或者诱惑红等染色剂在实验室的室内环境，通过专业仪器结合计算机检测，不能有效模拟自然施作环境，故而存在测量准确性不高的问题。此外。现有的室内试验装置结构简单、功能单一，影响试验准确性。


技术实现要素：

4.针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置及试验方法，解决了现有技术中雾滴沉积试验不方便、数据精度不高的问题。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置，包括试验台架，试验台架上设有升降架，升降架上设有滑移机构，滑移机构上设有可调式喷头组件，可调式喷头组件上设有流量传感器，且所述可调式喷头组件通过软管与设置在试验台架上的储液箱相连接；所述试验台架内设有用于盛放作物的推移台板，推移台板上设有激光雷达，所述试验台架的侧壁上设有自然环境模拟机构，流量传感器、激光雷达与自然环境模拟机构均与后台控制器相连接。
6.进一步，所述试验台架为上部开口的透明箱式架，透明箱式架的内侧壁上设有紫外线灯，透明箱式架的外侧设有卷帘机构；透明箱式架的一侧设有推拉窗口，推拉窗口上铰接开合门板，开合门板与试验台架卡扣连接，所述推移台板与推拉窗口对应设置。
7.进一步，所述开合门板的侧壁上设有弧形卡板，弧形卡板上设有弧形卡槽；所述试验台架的侧壁上设有卡座，卡座上设有限位销管，限位销管穿设在弧形卡槽内，所述限位销管内套设有定位柱，定位柱与限位销管之间设有轴向设置的复位弹簧，复位弹簧的一端与定位柱内端部固定连接、另一端与限位销管固定连接，定位柱的外端部固定有小挡板，小挡板上设有与限位销管平行的短销轴，短销轴与设置在弧形卡板上的定位孔相配合。
8.进一步，所述卷帘机构包括转动设置在试验台架外侧顶部的转轴，转轴与固定在试验台架上的小电机相连接，转轴上设有用于固定帘布的弹性夹，帘布的自由端设有磁铁条，试验台架外侧底部设有磁铁座，磁铁条与磁铁座磁吸配合。
9.进一步，所述推移台板在推动机构的作用下通过推拉窗口伸出试验台架；所述推动机构包括设置在试验台架内的支撑架，支撑架上设有导轨槽，推移台板的底部设有导块，导块滑动设置在导轨槽内，所述支撑架远离推拉窗口的一侧设有电动推杆，电动推杆的伸缩端与推移台板相连接。
10.进一步，所述推拉窗口的侧壁上铰接有与推移台板相对应的刮水板，刮水板能绕铰接点进行90
°
旋转；推移台板远离推拉窗口的一端设有挡水板，推移台板的左右两侧设有导水板，导水板与设置在试验台架底部的排水槽相对应，排水槽内设有外排管。
11.进一步，所述滑移机构包括设置在升降架上的运动轨道和滑移架，滑移架两侧均设有运动轮，运动轮位于运动轨道且与设置在滑移架上的驱动电机相连接，所述滑移架上设有旋转叶片和图像采集装置，旋转叶片的转轴通过齿轮副与驱动电机相连接，可调式喷头组件位于旋转叶片的下方；图像采集装置位于可调式喷头组件的一侧且与后台控制器相连接。
12.进一步，所述可调式喷头组件包括旋转管轴，旋转管轴与设置在滑移架底部的耳板座转动连接，所述旋转管轴上螺纹连接有喷头，旋转管轴伸出耳板座的一端设有指示针，指示针与设置在耳板座外壁上的角度尺相对应，所述旋转管轴通过调节齿轮副与设置在耳板座上的调节旋钮相连接。
13.进一步，所述自然环境模拟机构包括设置在试验台架内壁上的风管和网罩，风管上设有若干出风口，且风管的进风端连接有鼓风机；网罩罩设在风管上，所述网罩上可拆卸设有加热板。
14.一种所述的植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置的试验方法，步骤如下：s1：确保推移台板空载，然后启动滑移机构带动可调式喷头组件进行运动，同时开启可调式喷头组件的喷头和滑移机构上的旋转叶片，对推移台板进行动态喷雾；s2：在步骤s1进行时，打开推移台板上的激光雷达，对到达推移台板的雾场进行检测，并将数据传输给后台控制器；s3：关闭可调式喷头组件的喷头和滑移机构上的旋转叶片，并将滑移机构及可调式喷头组件复位；s4：在储液箱内加入荧光试剂，并在推移台板上放置作物植株；s5：启动滑移机构带动可调式喷头组件进行运动，同时开启可调式喷头组件的喷头和滑移机构上的旋转叶片，对推移台板上的作物植株进行动态喷雾；s6：关闭可调式喷头组件的喷头和滑移机构上的旋转叶片，通过帘布将试验台架进行遮挡，使作物植株处于避光环境中；然后打开设置在试验台架内的紫外线灯；s7：打开设置在设置滑移机构上的图像采集装置，对作物植株进行图像采集，并将数据传输给后台控制器，分析得出理论环境下动态喷雾沉积量；s8：换一批作物植株重新放置在推移台板上，打开自然环境模拟机构模拟自然喷雾环境；s9：重复步骤s5~s7，得到自然喷雾环境下动态喷雾沉积量；s10：改变环境模拟机构的风力或温度，重复步骤s8~s9，得到不同自然喷雾环境下动态喷雾沉积量；对比分析，得出风力或温度对动态喷雾沉积量的影响。
15.本发明植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置结构设计巧妙，通过可调式喷
头组件，可有效调节喷头喷雾角度；推移台板可相对试验台架进行运动，既能方便植株的搬运，又能实现推移台板边移动边刮水，避免废液乱流，同时也能进一步提高测试精度。采用激光雷达进行雾场分析，试验台架采用卷帘机构营造避光环境，利用荧光试剂进行雾滴沉积情况分析，多维进行测试，提高试验精度。本发明植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验方法不仅能得出不同速度下植保无人机的喷幅与雾场分布数据，也能得到环境（风力、温度）对喷雾沉积量影响数据，其测试更加简单且直观，对植保无人机喷雾提供准确的数据支撑。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明去掉开合门板主视示意图。
18.图2为本发明开启开合门板状态示意图。
19.图3为图1中b处局部放大图。
20.图4为图2中a处局部放大图。
21.图5为开合门板与试验台架卡扣连接结构示意图。
22.图6为卷帘机构结构示意图。
23.图7为滑移机构与可调式喷头组件连接结构示意图。
24.图8为自然环境模拟机构结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1所示，实施例1，一种植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置，包括试验台架1，试验台架1上设有升降架2，升降架可采用升降油缸实现架体的升降也可采用电动推杆或齿轮齿条机构实现架体的升降，通过升降架的升降，用于改变可调式喷头组件的高度，模拟无人机空中作业。为保证升降架高度调节的准确性，也可在升降架上设置激光测距仪。升降架2上设有滑移机构3，滑移机构3上设有可调式喷头组件4，具体为滑移机构的运动部件上设有可调式喷头组件，实现可调式喷头组件的运动，用于模拟植保无人机动态喷雾。可调式喷头组件4上设有流量传感器，用于检测可调式喷头组件4在一段时间内喷出液体的量。本实施例中所述可调式喷头组件4通过软管5与设置在试验台架1上的储液箱6相连接，与现有技术相同，软管上连接有水泵，提供液体进入软管和喷头的动力。所述试验台架1内设有用于盛放作物的推移台板7，推移台板能相对试验台架进行平移运动，便于作物的拿放。推移台板7上设有激光雷达9，激光雷达9用于针对某一平面内特定区域的雾场检测。
27.本实施例中所述试验台架1的侧壁上设有自然环境模拟机构8，自然环境模拟机构8用于调节试验环境的风力和温度，使试验环境更接近真实环境，同时也可用于测试不同环
境对植保无人机动态喷雾沉积测量的影响。本实施例中流量传感器、激光雷达9与自然环境模拟机构8可通过太网与后台控制器10相连接，其中后台控制器可为电脑，电脑中装有与其对应的控制程序和计算分析程序。激光雷达的类型为二维截面检测类型。利用激光雷达推移台板7面内的喷雾场，检测截面的雾滴分布，在后台控制器的显示模块显示输出，获取雾滴分布均匀性指标。为提高试验精度，也可在推移台板上增设激光粒度仪，以实现多指标检测。然后再利用含有荧光试剂液体对做完进行喷雾，获取在作物上的沉积量。
28.本实施例中作为优选方案，所述试验台架1为上部开口的透明箱式架，透明箱式架的内侧壁上设有紫外线灯13，储液箱内加入荧光试剂后，在紫外线灯照射作用下可发光，便于图像采集装置进行图像采集。透明箱式架的外侧设有卷帘机构12，卷帘机构通过收放帘布，实现试验台架内是否为避光环境。透明箱式架的一侧设有推拉窗口101，推拉窗口101上铰接开合门板102，开合门板102与试验台架1卡扣连接，所述推移台板7与推拉窗口101对应设置。开合门板打开，推移台板能通过推拉窗口伸出，便于作物植株的拿取与存放。
29.如图2、4、5所示，实施例2，一种植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置，在实施例1的基础上，开合门板102与试验台架1卡扣连接的具体结构为：所述开合门板102的侧壁上固定设有弧形卡板103，弧形卡板103上设有弧形卡槽104。所述试验台架1的侧壁上固定设有卡座105，卡座105上固定设有限位销管106，限位销管106为内部中空结构。限位销管106穿设在弧形卡槽104内；当开合门板处于水平状态时（推拉窗口处于打开状态），限位销管正好位于弧形卡槽的端部位置，对开合门板进行支撑定位，使其处于平稳状态。所述限位销管106内套设有定位柱107，定位柱能在限位销管内进行轴向运动。定位柱107与限位销管106之间设有轴向设置的复位弹簧108，复位弹簧108的一端与定位柱107内端部固定连接、另一端与限位销管106固定连接；定位柱107的外端部固定有小挡板108，小挡板108上设有与限位销管106平行的短销轴109，短销轴109与设置在弧形卡板103上的定位孔110相配合。当开合门板处于竖直状态时（推拉窗口处于关闭状态），短销轴109插入定位孔110内，实现弧形卡板103与小挡板108的卡接。在复位弹簧的作用下，短销轴109能自动插入定位孔110内，当需要开启开合门板时，人力拉动小挡板108，将短销轴109从定位孔中拔出，然后拉动开合门板至水平状态即可。开合门板102采用避光性门板，而试验台架其他三个侧面上设有卷帘机构。
30.如图6所示，本实施例中作为优选方案：所述卷帘机构12包括转动设置在试验台架1外侧顶部的转轴12-1，转轴通过轴承座连接在试验台架外侧壁上。转轴12-1与固定在试验台架1上的小电机12-2相连接，电机提供转轴转动的动力。转轴12-1上设有用于固定帘布12-4的弹性夹12-3，帘布的一端通过弹性夹固定在转轴上，帘布12-4的自由端设有磁铁条12-5，试验台架1外侧底部设有磁铁座12-6，磁铁条12-5与磁铁座12-6磁吸配合。小电机正向转动，用于卷收帘布；小电机反向转动，用于释放帘布，释放下来的帘布通过磁铁条与磁铁座磁吸配合，实现对帘布的固定，起到更好的遮光效果。
31.进一步，如图3所示，所述推移台板7在推动机构11的作用下通过推拉窗口101伸出试验台架1。所述推动机构11包括设置在试验台架1内的支撑架11-1，支撑架11-1上设有导轨槽11-2，推移台板7的底部设有导块11-3，导块11-3滑动设置在导轨槽11-2内，所述支撑架11-1远离推拉窗口101的一侧设有电动推杆11-4，电动推杆11-4的伸缩端与推移台板7底部相连接。即在电动推杆的作用下，推移台板相对支撑架运动，实现伸出推拉窗口101与否。
当需要在推移台板上放置作物植株时，将推移台板从试验台架1内推出，便于作物植株的快速搬运。
32.本实施例中所述推拉窗口101的侧壁上铰接有与推移台板7相对应的刮水板111，刮水板111能绕铰接点进行90
°
旋转。具体为推拉窗口101两侧的侧壁上开设有竖向槽，竖向槽的底部铰接有刮水板，刮水板处于竖直状态时能正好收合在竖向槽内；刮水板处于水平状态时，刮水板与推移台板7平面接触，用于刮除推移台板7上表面的废液等杂物。当然，刮水板的铰接采用平轴铰接，且通过螺母固定，既能保证刮水板的转动又能保证刮水板能对推移台板进行顺利刮水。刮水板111根据推移台板7的尺寸，可采用伸缩式的刮板。推移台板7远离推拉窗口101的一端设有挡水板71，防止废液从推移台板内端部流出。推移台板7的左右两侧设有导水板72，导水板72与设置在试验台架1底部的排水槽14相对应，排水槽14内设有外排管15。在推移台板运动过程中，刮水板对其上面的废液进行刮除，废液经导水板流入排水槽内，然后再经外排管排出。上述结构设计，实现推移台板边移动边刮水，避免废液乱流，同时也能进一步提高测试精度。
33.如图7所示，实施例3，一种植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置，在实施例2的基础上，所述滑移机构3包括设置在升降架2上的运动轨道301和滑移架302，运动轨道沿试验台架1的长度方向固定设置。滑移架302两侧均设有运动轮303，运动轮303位于运动轨道301且与设置在滑移架302上的驱动电机304相连接。驱动电机带动运动轮转动，实现滑移架相对运动轨道的运动，用于模拟无人机的运动情况。通过改变驱动电机的转速，实现滑移架运动速度，模拟不同运动速度对喷雾沉积测量的影响。所述滑移架302上设有旋转叶片305和图像采集装置306，旋转叶片305类似无人机的多旋翼。旋转叶片305的转轴通过齿轮副与驱动电机304相连接，驱动电机采用双输出电机，既能带动运动轮转动，也能带动旋转叶片的转动。可调式喷头组件4位于旋转叶片305的下方，准确仿照无人机多旋翼与喷头的位置关系；图像采集装置306位于可调式喷头组件4的一侧，保证图像采集装置对下部推移台板上的植株进行高清图像采集。图像采集装置306与后台控制器通过太网连接，图像采集装置将采集到的图片信息传递给后台控制器，后台控制器的图像处理模块对其进行处理并进行雾滴沉积参数分析，并且显示分析后的数据，进而宏观上得到喷雾沉积测量。
34.本实施例中所述可调式喷头组件4包括旋转管轴401，旋转管轴401与设置在滑移架302底部的耳板座307转动连接，所述旋转管轴401上螺纹连接有喷头402，喷头的中心轴线与旋转管轴的中心轴线垂直，其数量根据需要可搭载一个或多个。旋转管轴401伸出耳板座307的一端设有指示针403，指示针403与设置在耳板座307外壁上的角度尺404相对应，指示针用于指示旋转管轴的转动角度，进而得到喷头的喷射倾斜角度。所述旋转管轴401通过调节齿轮副405与设置在耳板座307上的调节旋钮406相连接，通过旋钮调节旋转管轴的角度。
35.本实施例作为优选方案：如图8所示，所述自然环境模拟机构8包括设置在试验台架1内壁上的风管801和网罩802，风管的数量根据需要可设置多个且沿试验台架侧壁均匀设置。风管801上设有若干出风口，出风口可交错设置，更能准确模拟自然环境。每个出风口都可配有塞子，需要定向风时，保留对应的出风口，而将其他出风口用塞子堵上。风管的进风端连接有鼓风机，通过鼓风机进行送风。网罩802罩设在风管801上，所述网罩802上可拆卸设有加热板803；网罩采用隔热网罩，避免加热板加热空气时损伤风管，加热板用于加热
试验台架1内的空气，对应的试验台架1上设有温度计，测试温度对喷雾沉积测量的影响。上述自然环境模拟机构通过改变风力和温度，为试验营造一个接近自然环境的环境，使试验结果更加精确。
36.实施例4，一种如实施例3所述的植保无人机动态喷雾沉积测量室内试验装置的试验方法，步骤如下：s1：确保推移台板7空载，然后启动滑移机构3带动可调式喷头组件4以速度v1进行运动，同时开启可调式喷头组件4的喷头和滑移机构3上的旋转叶片305，模拟无人动态喷雾，喷头对推移台板7进行动态喷雾。
37.s2：在步骤s1进行时，打开推移台板7上的激光雷达9，对到达推移台板7的雾场进行检测，并将数据传输给后台控制器10；后台控制器根据激光雷达传输的数据，可得到模拟出来的植保无人机的喷幅与雾场分布情况。
38.s3：关闭可调式喷头组件4的喷头和滑移机构3上的旋转叶片305，并将滑移机构3及可调式喷头组件4复位，减小对比误差。
39.s4：在储液箱6内加入荧光试剂，并在推移台板7上放置作物植株；其中荧光试剂可采用acid brilliant flavine 7g（可吸收紫外光，发出可见光）。
40.s5：启动滑移机构3带动可调式喷头组件4同样以速度v1进行运动，同时开启可调式喷头组件4的喷头和滑移机构3上的旋转叶片305，对推移台板7上的作物植株进行动态喷雾。
41.s6：关闭可调式喷头组件4的喷头和滑移机构3上的旋转叶片305，通过帘布将试验台架1进行遮挡，保证装置内部的避光性，使作物植株处于避光环境中；然后打开设置在试验台架1内的紫外线灯13；可以激发叶片上试剂沉积的荧光反应。
42.s7：打开设置在设置滑移机构3上的图像采集装置306，对作物植株进行图像采集，并将数据传输给后台控制器10，分析得出理论环境下动态喷雾沉积量；也就是说拍照得到药液雾滴在叶面沉积的荧光图像，并利用后台控制器对采集到的图像进行雾滴沉积参数分析，并且显示分析后的数据。
43.s8：换一批作物植株重新放置在推移台板7上，此时的作物植株最好与步骤s4中的作物植株是同类植株且大小最好一致，打开自然环境模拟机构8模拟自然喷雾环境；即自然环境模拟机构提供一定的风力和特定的温度，使试验台架1内的环境接近自然环境。
44.s9：重复步骤s5~s7，得到自然喷雾环境下动态喷雾沉积量；自然喷雾环境下动态喷雾沉积量可与步骤s7中的理论环境下动态喷雾沉积量进行对比，得出环境（风力、温度）对喷雾沉积量的影响。
45.s10：改变环境模拟机构8的风力或温度，重复步骤s8~s9，得到不同自然喷雾环境下动态喷雾沉积量；对比分析，得出风力或温度对动态喷雾沉积量的影响。
46.通过上述方法不仅能得出不同速度下植保无人机的喷幅与雾场分布数据，也能得到环境（风力、温度）对喷雾沉积量影响数据，其测试更加简单且直观，对植保无人机喷雾提供准确的数据支撑。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。