本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種折光法混藥濃度在線檢測裝置。

背景技術(shù)：

相對于預(yù)混式混藥，在線混藥的優(yōu)勢是：①避免了人工混藥和清洗，從而提高了安全性；②可以根據(jù)田間狀況實(shí)現(xiàn)施藥量與施藥機(jī)器行駛速度的自動匹配，從而減少農(nóng)藥的超量使用。開發(fā)可靠、簡便、低廉、靈敏的檢測裝置，實(shí)現(xiàn)混藥濃度在線檢測，對于及時、準(zhǔn)確地施藥具有重要的意義，在提高農(nóng)藥利用率、減少環(huán)境污染等方面也起到關(guān)鍵作用。

折光率法實(shí)現(xiàn)混藥濃度檢測的原理如下：光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的介質(zhì)時，會產(chǎn)生折射現(xiàn)象。液體的折光率是一個與其密度、入射光波波長有關(guān)的函數(shù)，而溫度和濃度的變化都會改變?nèi)芤旱拿芏?。對于一定溫度的溶液，?dāng)其入射光波長唯一時，溶液的濃度與其折光率之間存在著一一對應(yīng)的關(guān)系。因此我們可以通過穿過容易忘的單波長光線未知變化的檢測，計算出相應(yīng)溶液濃度的變化。需要指出的是，此測量方法需要混合液中有微小的顆粒物，且測量過程對廣元的聚光要求比較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)混藥濃度的在先檢測，設(shè)計了一種折光法混藥濃度在線檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

混藥濃度在線檢測裝置主要由功率可調(diào)式激光發(fā)生器、流道、PSD(位置敏感傳感器)及其配套信號處理電路組成。

所述的PSD(位置敏感傳感器) 選用位置分辨率為0.2um的型號為武漢搏盛科技有限公司生產(chǎn)的BS－PSD0018型PSD傳感器，其有效光敏面積為1×8mm，光譜響應(yīng)范圍為30～1100nm，以提高檢測裝置的分辨率。

所述的功率可調(diào)式激光發(fā)生器選用了陜西日成科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的RD650－50G1型焦距可調(diào)式激光器，其輸出波長650nm，輸出功率0～30mW，光束發(fā)散角0.3mrad，可以滿足PSD對光強(qiáng)和波長的要求。

所述的流道為等腰三角形流道，其頂角為90度入射角設(shè)定為65度，本文設(shè)定濃度變化最小為0.1g/L，即折射率變化最小為2×10^－5。流道整體采用有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)制造，其折射率為1.492，光透率超過92%。為了方便流道兩端與現(xiàn)有管道的連接，本文選擇的管道連接頭內(nèi)外徑分別為R1=16mm、R2=20mm。主體部分為等腰直角三角形截面的通道，橫截面積越大，裝置分辨率越高；但是橫截面積過大，會使氣泡從流道里排出所需要的時間增加，并且會使裝置體積過大。因此，本文使用的流道是尺寸分別為45mm×85mm、45mm×85mm 和63.7mm×85mm，厚度為3mm的有機(jī)玻璃粘接而成。

所述的信號處理電路是為了解決如下問題：由于不同溶液濃度引起的光線偏折角度較小，并且PSD的輸出的電流信號是μA級的，自然光、暗電流和信號干擾都會對輸出的電流信號產(chǎn)生影響。

本發(fā)明的有益效果是：

文中設(shè)計的折光法混藥濃度在線檢測裝置, 根據(jù)不同濃度溶液、其折射率不同的原理，設(shè)計了一種混藥濃度在線檢測裝置。以焦距可調(diào)式激光器作為光源，有效地提高了光斑質(zhì)量；PSD和三角形流道的使用有效的提高了裝置的分辨率;配套信號調(diào)理電路和PCB板的加工及濾光片的使用，有效地消除了噪聲和環(huán)境光的影響，從而實(shí)現(xiàn)了混藥濃度的在線檢測。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是混藥濃度在線檢測系統(tǒng)示意圖。

圖2是流道橫截面示意圖。

圖3是配套電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是信號調(diào)理電路。

其中：1-水箱，2- 柱塞泵，3-射流混藥器，4-藥箱，5-PSD,6-流道。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，混藥濃度在線檢測裝置主要由功率可調(diào)式激光發(fā)生器、流道、PSD(位置敏感傳感器)及其配套信號處理電路組成?；焖帟r，藥箱里的藥和水箱里的水在柱塞泵的控制下以一定的比例在射流混藥器里混合?；旌虾蟮乃幵诹鞯览锪鲃樱晒饩€發(fā)生器發(fā)射出的光線照射，折射光線由PSD承接，通過測得的折射光線的位置即可計算得混藥的濃度。

如圖2所示流道橫截面示意圖，α為光線入射角，β為光線出射角；a為等腰三角形頂角；D為溶液為水時光斑出射點(diǎn)到PSD的距離；d為溶液濃度變化時PSD上光斑移動的距離。由此可得△d的變化率為：

。

由此可以看出:△d的分辨率與α、a、D有關(guān)。α越大精確度越低，a越大精確度越高，D越大精確度越高。

如圖3所示，配套電路包括控制電路、運(yùn)算放大電路、電壓轉(zhuǎn)化電路、信號調(diào)理電路等。本文選用以MSP430F149芯片為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和顯示。單片機(jī)最小系統(tǒng)需集成兩通道12位ADC模塊、DS18B20溫度檢測模塊、12864顯示模塊及多種串口等，完成信號的采集、A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的顯示和通信，以及其他擴(kuò)展功能。運(yùn)算放大器的選取主要考慮運(yùn)算放大器的偏移電壓、開環(huán)增益、偏置電流和溫度漂移等方面的影響，且本文需要使用4個運(yùn)算放大器進(jìn)行兩路電流的I/U轉(zhuǎn)換和放大。所以，此處選擇了一款型號為OPA4277的四運(yùn)放集成放大器，使用ICL7660芯片將24V轉(zhuǎn)化為±5V給OPA4277供電。

如圖4所示，信號調(diào)理電路包括I/U轉(zhuǎn)換和放大電路兩個部分，C1、C2和C3為電源的去耦電容，其電容值均為0.1μF；C4和C5為高頻濾波旁路電容，為了改進(jìn)濾波效率，本文均選用0.01μF的鉭電容；R1～R5在信號調(diào)理電路中起I/U轉(zhuǎn)換和放大作用，其中R1=R4=448kΩ，R2=R5=22kΩ，R3=R6=200kΩ；J1為兩信號輸出端口。為了進(jìn)一步降低噪聲對PSD輸出信號的干擾，本文直接將PSD設(shè)計安裝在雙面覆銅的PCB板上，附著信號調(diào)理電路的PCB板尺寸為50mm×50mm。