一種霧滴沉積傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種霧滴沉積傳感器，包括濕敏陶瓷和連接濕敏陶瓷的電極，所述濕敏陶瓷由基體層和表面的有機(jī)硅烷修飾層組成。濕敏陶瓷部分由上至下分別為有機(jī)硅烷納米層、有機(jī)硅烷微米層和基體層，此結(jié)構(gòu)能夠有效控制霧滴的下滲，減少霧滴在陶瓷表面的擴(kuò)散，從而提高霧滴粒徑測(cè)量的準(zhǔn)確率，減少霧滴因?yàn)閿U(kuò)散而重合造成霧滴密度的計(jì)算誤差；本實(shí)用新型通過(guò)檢測(cè)電阻值變化分析霧滴的沉積量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種霧滴沉積傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)用航空噴藥檢測(cè)與現(xiàn)代植保研究領(lǐng)域，具體涉及一種霧滴沉積傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]航空施藥不僅對(duì)突發(fā)性、大面積的病蟲(chóng)害具有實(shí)時(shí)、快速處理的優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜農(nóng)林地形，如崎嶇山林、遍布高大或排布緊密植株的農(nóng)林環(huán)境里，也可以借助GPS導(dǎo)航來(lái)規(guī)劃作業(yè)路線(xiàn)實(shí)現(xiàn)藥物的準(zhǔn)確噴施，具備極好的作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力。無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中，可控制定點(diǎn)懸停，靈活性強(qiáng)且成本較低。高濃度、高效、低空、低量的無(wú)人機(jī)施藥技術(shù)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域有力的新生力量，不僅得到了廣泛關(guān)注，在國(guó)家農(nóng)業(yè)政策支持下，得到越來(lái)越多的發(fā)展。
[0003]國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)噴藥作業(yè)時(shí)，農(nóng)藥沉積檢測(cè)手段成本較高，檢測(cè)結(jié)果不夠直接明了。因此，關(guān)于霧滴沉降規(guī)律和沉積效果的直觀有效檢測(cè)是無(wú)人機(jī)高濃度防漂移農(nóng)藥噴灑的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]針對(duì)噴霧霧滴沉降速度的檢測(cè)，有人利用相位多普勒粒子分析儀“PDPA”，在封閉模擬氣候室內(nèi)進(jìn)行。利用接收到的運(yùn)動(dòng)粒子的散射光的多普勒頻移獲得粒子的速度信息，利用不同探測(cè)器接收到的散射光的相位變化求得粒子的粒徑信息。PDPA檢測(cè)過(guò)程中，由于一次性通過(guò)激光光束的可能不止一個(gè)液滴;并且除了液滴散射光，可能也會(huì)有其他光，比如反射光進(jìn)入光接收系統(tǒng)；而且測(cè)量得到的多普勒頻率具有一個(gè)寬度，即多普勒頻率譜線(xiàn)加寬，這些都是造成“PDPA”測(cè)量誤差的原因。無(wú)人機(jī)在農(nóng)田飛行環(huán)境復(fù)雜，分析儀體積較大，不適宜現(xiàn)實(shí)應(yīng)用推廣。
[0005]針對(duì)霧滴沉積效果的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外普遍使用水敏紙作為藥液沉積檢測(cè)材料。具體操作方法是將水敏紙固定在靶標(biāo)表面，噴施農(nóng)藥，當(dāng)農(nóng)藥?kù)F滴沉積到水敏紙上以后會(huì)留下印跡，通過(guò)圖像處理的方法得到液滴覆蓋率、液滴粒徑大小、液滴沉積密度、變異系數(shù)等參數(shù)。但是由于現(xiàn)有的航空噴藥檢測(cè)卡即水敏紙的擴(kuò)散系數(shù)為30%左右，液滴在水敏紙上易擴(kuò)散，造成測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確，而且也不能得到特定區(qū)域藥液的沉積量。
[0006]公告號(hào)為CN 204594846 U的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋霧滴量實(shí)時(shí)測(cè)量的霧滴沉積傳感器，包括:極板電容器、多路切換開(kāi)關(guān)、電容頻率轉(zhuǎn)換電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及控制單元，極板電容器包括襯底，襯底上設(shè)有覆銅線(xiàn)路組，覆銅線(xiàn)路組包括多個(gè)間隔排列的第一銅線(xiàn)和第二銅線(xiàn)，所有的第一銅線(xiàn)的左端共同連接第一集線(xiàn)點(diǎn)，每個(gè)第二銅線(xiàn)的右端分別對(duì)應(yīng)連接第二集線(xiàn)點(diǎn)，相鄰的第一銅線(xiàn)和第二銅線(xiàn)之間的線(xiàn)路間距為0.1mm。該實(shí)用新型利用霧滴滴落到極板電容器上會(huì)引起極板電容器電容值的變化，通過(guò)將電容信號(hào)變化轉(zhuǎn)換為可被采集的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器上覆蓋霧滴量的測(cè)量。該霧滴沉積傳感器雖然能較準(zhǔn)確反應(yīng)霧滴沉積量，但是無(wú)法給出霧滴粒徑分布等方面的技術(shù)參數(shù)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供了一種霧滴沉積傳感器，通過(guò)在濕敏陶瓷基體表面設(shè)置有機(jī)硅烷修飾層，改變霧滴沉積在濕敏陶瓷表面時(shí)的接觸角，減小霧滴在陶瓷表面的擴(kuò)散系數(shù)，從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的航空噴藥檢測(cè)卡。
[0008]—種霧滴沉積傳感器，包括濕敏陶瓷和連接濕敏陶瓷的電極，所述濕敏陶瓷由基體層和表面的有機(jī)硅烷修飾層組成。
[0009]本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有的陶瓷濕敏傳感器進(jìn)行改進(jìn)，將其應(yīng)用到噴藥?kù)F滴沉積效果的檢測(cè)當(dāng)中。本實(shí)用新型在濕敏陶瓷基體層表面設(shè)置有機(jī)硅烷修飾層，減少霧滴在陶瓷表面的擴(kuò)散，使得后期圖像處理分析得出的例如霧滴平均粒徑等數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。同時(shí)，利用濕敏陶瓷電阻隨濕度變化的特性，檢測(cè)電阻反映相對(duì)濕度變化，進(jìn)而分析出噴藥指定區(qū)域的霧滴沉積量。
[0010]目前常用的濕敏陶瓷有MgCr2O4-T12系、T12-V2O5系、ZnO-Li2O-V2O5系、ZrCr2O4系和ZrO2-MgO系。作為優(yōu)選，所述濕敏陶瓷基體層為MgCr2O4-T12系濕敏陶瓷。這種材料的表面電阻值能在很寬的范圍內(nèi)隨濕度的增加而變小，性能較穩(wěn)定。
[0011]本實(shí)用新型的基體層為片狀結(jié)構(gòu)，制成近似或小于現(xiàn)有噴藥檢測(cè)卡的尺寸。作為優(yōu)選，所述基體層的厚度為2?3mm，氣孔率為50?60%。
[0012]本申請(qǐng)研究證明，當(dāng)濕敏陶瓷表面與霧滴的接觸角為85?95°時(shí)，能夠有效控制霧滴的擴(kuò)散，提高霧滴粒徑測(cè)量的準(zhǔn)確率，減少霧滴因?yàn)閿U(kuò)散而重合造成霧滴密度的計(jì)算誤差。鍍層過(guò)厚會(huì)造成對(duì)液滴滲透的阻礙作用，作為優(yōu)選，所述有機(jī)硅烷修飾層的厚度為20?3 Oum ο
[0013]作為優(yōu)選，有機(jī)硅烷修飾層均由上、下兩層組成，上層為納米級(jí)層，下層為微米級(jí)層。所述納米級(jí)層為有機(jī)硅烷顆粒粒徑為納米級(jí)，所述微米級(jí)層為有機(jī)硅烷顆粒粒徑為微米級(jí)，保證霧滴沉積在納米層上的接觸角為85?95°，霧滴沉積在微米層上的接觸角為60?70°。更為優(yōu)選的，上層厚度為0.3?Ιμπι，下層厚度為19?29.7μηι。在此厚度條件下有利于液滴下滲。
[0014]作為優(yōu)選，所述有機(jī)硅烷為十八烷基硅烷或十六烷基硅烷。更為優(yōu)選的，所述有機(jī)娃燒為十八燒基娃燒，十八燒基娃燒不與水發(fā)生反應(yīng)，保證檢測(cè)材料使用時(shí)的穩(wěn)定性。表面鍍層呈白色，當(dāng)帶有著色劑的霧滴沉積在其表面時(shí)，顯色更鮮明。
[0015]水合二氧化釕具有極高的比電容和金屬一般的導(dǎo)電性。作為優(yōu)選，所述電極為二氧化釕電極。在濕敏陶瓷表面燒敷二氧化釕制得多孔性電極。
[0016]為了不影響在濕敏陶瓷表面進(jìn)行霧滴參數(shù)的分析，二氧化釕電極設(shè)置在霧滴檢測(cè)面的對(duì)應(yīng)面上，作為優(yōu)選，所述有機(jī)硅烷修飾層設(shè)于基體層的正面，電極連接基體層的背面。正負(fù)電極分別覆蓋于基體層背面的兩端，從電極導(dǎo)出引線(xiàn)連接測(cè)量電路，以測(cè)得的電阻值變化表征濕敏陶瓷對(duì)霧滴的吸收量。本實(shí)用新型的測(cè)量電路為現(xiàn)有技術(shù)，均采用現(xiàn)有的元器件組裝。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具備的有益效果:(I)本實(shí)用新型的濕敏陶瓷部分由上至下分別由有機(jī)硅烷納米層、有機(jī)硅烷微米層和基體層組成，能夠有效控制霧滴的下滲，減少霧滴在陶瓷表面的擴(kuò)散，從而提高霧滴粒徑測(cè)量的準(zhǔn)確率，減少霧滴因?yàn)閿U(kuò)散而重合造成霧滴密度的計(jì)算誤差；(2)本實(shí)用新型通過(guò)檢測(cè)電阻變化值分析得到霧滴的沉積量。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)正視圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但下述實(shí)施例僅僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非全部?；趯?shí)施方式中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型霧滴沉積傳感器，包括濕敏陶瓷和連接濕敏陶瓷的電極4，其他部件均采用現(xiàn)有的元器件，可參照CN204594846U的專(zhuān)利文獻(xiàn)的附圖1進(jìn)行組裝。所述濕敏陶瓷由基體層I和基體層正面的十八烷基硅烷修飾層組成。
[0022]基體層I為片狀結(jié)構(gòu)的MgCr2O4-T12系濕敏陶瓷，厚度為2mm，氣孔率為60%。
[0023]十八烷基硅烷修飾層為薄膜鍍層，厚度為30μπι，由上、下層組成，上層為納米級(jí)層2，厚度為300nm，下層為微米級(jí)層3，厚度為29.7μπι。十八烷基修飾層為霧滴沉積傳感器的檢測(cè)面，當(dāng)霧滴沉積在最外層的納米級(jí)層時(shí)接觸角達(dá)到95°左右，航空噴藥?kù)F滴粒徑一般在700微米以?xún)?nèi)，多孔基體層快速吸取霧滴，藥液中溶解的染料在十八烷基硅烷修飾層表面留下霧滴沉積痕跡。
[0024]如圖2所示，電極4為二氧化釕電極，燒敷于基體層I的背面，正負(fù)電極分別覆蓋于基體層背面的兩端，再?gòu)碾姌O導(dǎo)出引線(xiàn)5連接測(cè)量電路(圖中未標(biāo)示)，測(cè)得的電阻值變化表征濕敏陶瓷對(duì)霧滴的吸收量。
[0025]在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型的霧滴沉積傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的航空噴藥檢測(cè)卡設(shè)置在霧滴采集帶上，無(wú)人機(jī)噴施藥液之后，由相機(jī)拍下霧滴沉積傳感器表面留下的霧滴沉積痕跡，分析圖像得出霧滴平均粒徑、霧滴密度、霧滴覆蓋率和分布均勻度等霧滴信息；同時(shí)分析電阻值變化衡量滲入濕敏陶瓷內(nèi)的藥液量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種霧滴沉積傳感器，包括濕敏陶瓷和連接濕敏陶瓷的電極，其特征在于，所述濕敏陶瓷由基體層和表面的有機(jī)硅烷修飾層組成。2.如權(quán)利要求1所述的霧滴沉積傳感器，其特征在于，所述基體層的厚度為2?3mm，氣孔率為50?60 %。3.如權(quán)利要求1所述的霧滴沉積傳感器，其特征在于，所述有機(jī)硅烷修飾層的厚度為20?30μπιο4.如權(quán)利要求1所述的霧滴沉積傳感器，其特征在于，有機(jī)硅烷修飾層均由上、下兩層組成，上層為納米級(jí)層，下層為微米級(jí)層。5.如權(quán)利要求4所述的霧滴沉積傳感器，其特征在于，上層厚度為0.3?Ιμπι，下層厚度為 19 ?29.7μηι。6.如權(quán)利要求1所述的霧滴沉積傳感器，其特征在于，所述電極為二氧化釕電極。7.如權(quán)利要求1所述的霧滴沉積傳感器，其特征在于，所述有機(jī)硅烷修飾層設(shè)于基體層的正面，電極連接基體層的背面。
【文檔編號(hào)】G01N15/04GK205483923SQ201620102576
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日
【發(fā)明人】周莉萍, 何勇, 方慧, 張艷超, 馮雷, 趙艷茹
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)