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专利号: 2021100258032
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,包括电容传感器、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块、无线网关模块和手机显示模块;

在喷雾作业任务中,电容传感器用于检测其表面喷雾沉积量与覆盖面积;

所述数据采集模块,用于获取电容传感器的输出电容信号,同时为电容传感器提供激励电压;

所述数据处理模块用于处理电容传感器输出电容信号,进行相应数据算法的设置;

所述数据传输模块用于组建采集无线局域网络以及实现数据的传输;

所述无线网关模块用于将采集到的数据上传至手机显示端;

所述手机显示模块用于数据的处理、查看和保存,并发送“开始”与“结束”指令至数据采集模块;

所述电容传感器通过喷雾液滴沉积在其表面时,喷雾沉积液滴产生铺展导致电容电导率变化,从而输出与电容传感器表面喷雾沉积覆盖面积成正比的电容信号;喷雾沉积覆盖面积S由下式得到:其中,ΔC为电极板的电容变化量,ε1为空气的介电常数,ε2为液滴的介电常数,d为电极间距离,t为电极厚度;

液滴沉积量m通过下式计算:

其中,ρ为液体密度,k=f(θ),θ为液滴与传感器表面的接触角,S1为恒液滴铺展面积下,平均液滴体积对应的液滴铺展面积, k1=f1(θ),V为喷雾场液滴体积,Vmin为最小体积,Vmax为最大体积,N为液滴体积为V的液滴个数;S2为均匀喷雾场中,均匀液滴对应的铺展面积, k2=f2(θ),D为喷雾场液滴直径,Dmin为最小直径,Dmax为最大直径,N1为液滴直径为D的液滴个数,k2=f2(θ)。

2.根据权利要求1所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,还包括电源模块,所述电源模块为数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和无线网关模块提供电源。

3.根据权利要求1所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,还包括空间三角支架,所述空间三角支架用来支撑并调节电容传感器的空间位置从而实现喷雾沉积量与覆盖面积的分层测量。

4.根据权利要求3所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,所述空间三角支架包括可伸缩支架杆和装夹杆;所述可伸缩支架杆上设置有数个装夹杆,且装夹杆从上至下依次布置,装夹杆用来装夹电容传感器。

5.根据权利要求1或者4任一项所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,所述电容传感器有三个,电容传感器分三层布置,与植株的上、中、下三层对应,且电容传感器在竖直方向上呈现一定的角度,角度范围在15°‑25°;所述数据采集模块用于采集三个电容传感器输出电容的模拟量;所述数据处理模块对数据采集模块采集到的数字量进行算法处理,去除异常突变的数据,消除由蒸发产生的影响;所述数据传输模块对处理完的数据进行传输;数据处理模块算法如下:对于单个数据采集模块:定义数组 x取上、中、下,r取1,2,3……n,用于存储第x层的第r个点的电容采集数据,当 时,x取上、中、下, i取1,2,3……n表示第x层ti秒对应的电容值,当 时,把 值转化成字符串,在字符串前拼接字符 形成字符串 用于标记识别数据来自于第x层的第r个测量点,把字符串 写入对应数组 当不满足在(0‑2v)时,把字符‘error’与字符 拼接成字符串 写入对应数组对于分层测量单元:把上述的数组 拼接到一个数组BZ,z取1,2,3……n,BZ表示第z个分层测量单元对应的测量数据。

6.根据权利要求5所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,所述数据传输模块用于传输数据处理模块输出的数据,数据传输模块通过无线局域网络通信协议,建立数据采集无线网络,对数据的传输还进行相应数据传输链路的设计,传输链路使用组播的方式,可避免大量数据传输带来的丢包,最终的数据收集到数据传输模块的协调器模块中,协调器模块可实现采集数据的汇总,链路采用分组的方式。

7.根据权利要求6所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,链路采用分组的方式具体为:3个分层测量单元C1、C2、C3,对应测得的数据B1、B2、B3,在网络协议中定义C1为组头,C2、C3向组头发送数据,组头C1通过识别B2、B3中的 字符来识别数据的来源,如果识别出两个数据包是B2、B3,则组成数组[B1、B2、B3],并且继续上传数据,如果识别出的数据包不满足是B2、B3,则数据传输模块将会等待循环,不停的判别收到的数据,直至两个数据包都收到后,进行拼接并上传数据。

8.根据权利要求5所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,所述无线网关模块、手机显示模块对所述数据传输模块中协调器模块采集到的数据,无线传输到手机显示端的数据进行数据处理,并对数据进行显示、记录,无线网关模块实现建立协调器模块与手机显示模块之间的无线网络,实现数据采集“开始”与“停止”指令的下达,对采集到的数据进行上传;所述手机显示模块对收到的数据进行保存、显示。

9.根据权利要求8所述的基于电容传感器的喷雾沉积量和覆盖面积在线检测系统,其特征在于,数据处理包括: 字符串首字符 的判别,实现数据显示的对号入座,通过电容传感器电容量与喷雾沉积量和覆盖面积之间的转换关系,计算喷雾沉积量和覆盖面积,当字符串 中不存在‘error’字符时,把喷雾沉积量和覆盖面积的计算结果,分别写入有效数组,喷雾沉积覆盖面积的相关参数计算:有效字符串 转化后的喷雾沉积覆盖面积量写入的有效数组为 有效字符串 转化后的喷雾沉积覆盖面积量写入的有效数组为 有效字符串 转化后的喷雾沉积覆盖面积量写入的有效数组为 对有效数组进行同一层面均值 的计算: 方差 则变异系数 使用 进行同一层面喷雾沉积覆盖均匀性评价,同理可计算 和 以此获得变异系数

计算多层均匀值 方差

则变异系数 使用 进行多层面喷雾沉积穿透性评价;同理可计算 和

以此获得变异系数 把以上结果在手机屏幕上进行显示,生成相应文件进

行保存,喷雾沉积量的相关参数计算方法与喷雾沉积覆盖面积的相关参数计算方法相同。