雾滴尺寸测定方法对比研究及进展分析.pdfVIP

雾滴尺寸测定方法对比研究与进展分析 王洪涛，祁力钧，王俊 中国农业大学工学院，北京（100083 ） E-mail: yatao328@163.com 摘 要：准确测量雾滴尺寸、掌握喷雾雾滴尺寸分布规律，对更好地控制喷雾各过程具有重 要意义。文章全面总结了国内外雾滴收集、雾滴尺寸分布测量的相关方法及研究结论，对比 分析了各种测量方法的优点与不足。同时，在分析的基础上提出，基于图像处理的测量系统 具有成本低，操作简便，测定范围广、准确等优点，是一种较好的测定方法。 关键词：雾滴尺寸；分布；测定 1. 引言 植保机械性能优劣最主要的评价指标就是喷雾质量，包括喷雾瓢移性和雾滴覆盖率，而 这两个喷雾质量指标都与雾滴大小直接相关[1] 。雾滴大小对提高喷雾质量、提高农药利用效 率具有重要的影响，既要有效地使用农药，又要使其对环境的污染最小，就必须考虑雾滴的 大小。所以准确测定雾滴尺寸、掌握雾滴尺寸分布规律，对更好地控制喷雾质量具有重要意 义。可以实现用最小的药量、最小的环境污染达到最有效控制病虫害的目的。因此，本文全 面总结了国内外有关雾滴尺寸测量方法的研究进展。 2. 雾滴尺寸测量的方法 [2] 雾滴尺寸测量的准确性与雾滴采样的方法及测量仪器的精度均有很大的关系 。理想的 雾滴尺寸测定方法应达到:采样和测量迅速；在整个被测范围内，能获得良好的雾滴尺寸分 辨率；能适应液体雾化区和周围空气特性的变化；在测量过程中不干扰雾化过程或喷雾特性； 测量方便，经济性好[3] 。而目前已开发的大量的测量雾滴尺寸的方法，没有任何一种方法能 满足上述所有条件,关键是要找到一种能满足特定领域需要的测定方法。 2.1 基于采集样本的测量方法 由于雾滴碰撞而在试样表面上留下一个印痕、圈痕或斑点，雾滴即被收集在试样表面。 标准的试样表面是氧化镁，当雾滴与氧化镁碰撞时就形成一个圈痕，测得的圈痕尺寸经过修 正后即得到雾滴的真实尺寸，雾滴还可以沉积在水敏纸或油敏纸上形成印痕。对于水剂雾滴， 传统的采样方法是用油盘法将雾滴收集在一个油质的基块上，再用特殊机油或植物油涂盖。 这样雾滴到达油盘后可以保持它原来的球形，不需要修正系数。同时雾滴被油包围，其蒸发 速度可显著降低，且雾滴不会进一步发生分裂现象，从而能够直接获得真实的雾滴尺寸信息 [4] 。这些试样表面都有一定的局限性，或者只适应于常量喷雾和低量喷雾，或者只适应于水 性雾滴或油性雾滴。而且随雾滴尺寸的变化雾滴的扩张系数也有较大的变化（氧化镁试样表 面除外）。雾滴采集后，通常通过光学显微镜进行雾滴尺寸测定，工作强度大，且准确性差， 随着计算机技术的发展和图像处理系统软硬件的普及应用，计算机视觉系统的应用越来越普 及。 2.2 基于光学原理的直接测量方法 这种方法通常利用雾滴的一些物理特性(光强、相差、荧光和极化等)进行测量。有的利 用激光的相干法，通过底片记录被测雾滴的空间全息图像，实现粒子直径大小和三维坐标参 数与绝对浓度的精密测量，不需采样，并可在一定雾滴运动速度范围内进行动态测量。有的 - 1 - 利用激光衍射原理，利用单色平行光的衍射现象。通过一定的傅利叶变换，对不同直径雾滴 的衍射光环能量信息进行转换，非接触地测得被测空间粒谱的百分浓度[5] 。这类仪器的测量 精度较高、测量范围大，但价格昂贵，体积庞大，适应环境能力差，不适合野外测量。 3. 雾滴尺寸测量方法的研究进展与对比分析 3.1 人工测量 国外对雾滴尺寸测定试验的研究起步较早，例如上个世纪40 年代初，Meginer 就开始 利用斑点法来直接测量雾滴的大小和分布情况，也就是利用喷出的雾滴沉积在同一吸收表面 上而产生斑点，然后通过对这些斑点进行测量再通过雾滴斑点与雾滴真实尺寸之间的转换关 系来推算出雾滴的直径[6] 。后来Hoffman 的摄影法是一种改进后的直接测量雾滴大小和分布 的方