一种肥液组分在线检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种肥液组分在线检测装置及其检测方法，属于灌溉施肥智能装备技术领域，所述的肥液组分在线检测装置及其检测方法步骤1、将多段式传感器置于配置的一系列不同种类与浓度的待测肥液中，通过试验分析，得出用于检测每一种肥料种类、每一种肥料浓度的特征激励信号源；步骤2，分别将（1）中得出的各特征激励信号源，施加于置于一系列不同种类与浓度的待测肥液中的多段传感器上，试验测试并分析传感器的输出响应，即特征激励信号源作用于传感器后其幅值、相位的变化，并据此构建每一种肥料组分辨识以及该肥料组分浓度检测的检测模型；步骤3，通过检测装置的人机交互单元，将各肥料种类进行分组设定，使多段式传感器的每一段传感器对应于一种肥料组分及其浓度的检测，并启动检测。

【技术实现步骤摘要】
一种肥液组分在线检测装置及其检测方法
本专利技术属于灌溉施肥智能装备
，更具体的说涉及一种肥液组分在线检测装置及其检测方法。
技术介绍
灌溉施肥技术是一种将灌溉技术与施肥技术结合起来的现代农业技术，也是一种水肥一体化技术，它借助压力系统（或地形自然落差），将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成相应比例的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，并使水肥相融后施加于田间作物，具有水肥利用率高、节水节肥、省时省工等优点，同时还可减少对农田水土环境的不良影响。传统的灌溉施肥，都是先按照施肥配方，将各种所需肥料溶于水配兑成相应比例（浓度），再加入灌溉管网进行水肥一体化作业。随着灌溉施肥技术的发展，传统的预混肥式灌溉施肥将不再适宜，灌溉施肥过程中按比例在线自动混肥逐渐开始广泛应用，这也是灌溉施肥系统实现全自动化、智能化的关键环节。而肥液中肥料种类（肥料组分）及其浓度的实时检测，是实现在线自动混肥的关键技术。目前国内外灌溉施肥系统主要集中于肥液浓度检测，其常用方法有：取样离线分析法、基于电导率和酸碱度的肥液在线检测法、离子选择性电极法等。取样离线分析法检测肥液浓度，一般是人工采集样品后，送至实验室通过专用设备与仪器进行检测分析，检测精度高，但需要对样本进行预处理和样本管理，保证取样的均匀性以及在选取和输送过程中没有改变原来的组分和性质。电导率法和酸碱度法，分别是通过检测肥液的电导率EC值、酸碱度pH值，间接分析与反映肥液浓度，从而可通过相应的EC电极和pH电极实现肥液浓度的在线快速检测。离子选择性电极法，根据敏感渗透膜对分子态物质或离子具有选择性通过的响应特性，利用电极上电镀的敏感渗透膜，将通过敏感渗透膜的离子量转化为相应的电势，从而实现对溶液中某一种特定离子浓度的检测，进而实现肥液浓度的检测。此外，还可通过计量法实现肥液浓度的在线实时检测，即利用计量泵或流量计等，测量被泵入或吸入水肥混合箱中的肥液流量，以及进入水肥混合箱的水流量，进而计算出肥液浓度。现有的方法存在以下不足：（1）取样离线分析法检测肥液浓度，不仅步骤冗杂，费时费力，需要专用仪器设备，检测成本高，而且不能满足肥液浓度的实时在线检测。（2）电导率法和酸碱度法只能检测肥液的整体EC值和整体pH值，因而也只能反映出待测肥液的整体浓度，对单一组分（单一肥料种类）肥液的浓度具有较好的检测效果，若肥液中有多种肥料组分（具体表现为多种离子组分），或多种单一组分肥液混合后，则不能反映出肥液各个组分的浓度水平，该方法具有一定的适用局限性。（3）离子选择性电极法的不足是：每一种离子选择性电极只针对一种离子，若肥液中有多种离子（或组分）则需要多种离子选择性电极；离子选择性电极的种类有限，并不是所有的离子都有相应的离子选择性电极；离子选择性电极具有一定的时滞，测量一次需几分钟，在每次使用前需用平衡液校正，难以达到在线实时检测离子浓度的要求；其测量结果具有温度漂移效应，而且各个离子选择性电极之间存在交叉敏感性，相互影响测量精度与准确性。（4）计量法需利用计量泵或流量计等装置与仪器，它们的精度直接决定了肥液浓度的检测精度，而且该方法也只能得到肥液的整体浓度，因此也只适用于单一组分（单一肥料种类）肥液的浓度检测，无法检测出混合肥液中的各组分浓度。
技术实现思路
本专利技术针对现有灌溉施肥系统在进行灌溉施肥作业时，难以在线、实时地将水肥混合溶液中的各种肥料种类及其含量（浓度）同时检测出来等不足，本专利技术提供一种肥液组分在线检测装置及其检测方法，以使在水肥在线自动混合过程中，能实时在线检测混合肥液的肥料种类（即肥料组分）以及各肥料组分的浓度（即含量），为灌溉施肥系统实现在线自动混肥提供技术支撑。为了解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：所述的肥液组分在线检测装置及其检测方法包括以下步骤：步骤1、将多段式传感器置于配置的一系列不同种类与浓度的待测肥液中，通过试验分析，得出用于检测每一种肥液种类、每一种肥液浓度的特征激励信号源；步骤2，分别将（1）中得出的各特征激励信号源，施加于置于一系列不同种类与浓度的待测肥液中的多段传感器上，试验测试并分析传感器的输出响应，即特征激励信号源作用于传感器后其幅值、相位的变化，并据此构建每一种肥料组分辨识以及该肥料组分浓度检测的检测模型；步骤3，通过检测装置的人机交互单元，将各肥料种类进行分组设定，使多段式传感器的每一段传感器对应于一种肥料组分及其浓度的检测，并启动检测。优选的，所述的肥液组分在线检测装置用于肥液组分检测方法，所述的肥液组分在线检测装置采用多段式传感器与控制器进行检测；多段式传感器包括入口（1）、缓冲腔（2）、出口（5）、1~N段结构相同的感知部件（圆筒）、绝缘圈；控制器包括主控制器、1~N个从控制器、1~N个激励信号产生电路、1~N个相位检测电路、1~N个幅值检测电路、人机交互单元等。优选的，所述多段式传感器3由合金材料制作而成，直立安装在检测管道网络中，传感器由三个大小、形状完全相同的圆筒Ⅰ6、圆筒Ⅱ7和圆筒Ⅲ8和绝缘圈Ⅰ9和绝缘圈Ⅱ10组成；所述圆筒Ⅰ6为合金材料制成，由内筒13与外筒14组成；内筒13和外筒14有两对相同的连接轴Ⅰ15和连接轴Ⅱ16连接，上下各一对，起到支撑连接作用；连接轴为表面光滑的PVC材料，直径为5mm，不仅能起到连接内筒13与外筒14的作用而且避免了肥液吸附在连接轴表面；所述内筒13的半径为20mm,所述外筒的半径为30mm，内外间距为10mm，这样的结构设计可以保证长期使用的前提下，在应用过程得到较大的初始电容，从而减弱了寄生电容的影响；圆筒Ⅰ6的端口均为螺纹端口，所组成的内筒13与外筒14均为空心，这样的结构不仅便于安装在灌溉管道网络中，而且能最大限度的不影响管道中，肥液流动的状态。圆筒Ⅰ6的整体长度为30mm，这种结构可使不依靠外部动力、依靠重力自流式的灌溉管道中依然可以满足充满感知元件；所述圆筒Ⅱ7由绝缘圈Ⅰ9和圆筒Ⅰ6相连，其结构设计与圆筒Ⅰ6相同，所述圆筒Ⅲ8由绝缘圈Ⅱ10和圆筒Ⅱ7相连，其结构设计与圆筒Ⅰ6相同。优选的，所述绝缘圈Ⅰ9和绝缘圈Ⅱ10连接在三个感知元件中，绝缘圈Ⅰ9和绝缘圈Ⅱ10的端口均为螺纹端口。绝缘圈Ⅰ9连接圆筒Ⅰ6和圆筒Ⅱ7，绝缘圈Ⅱ10连接圆筒Ⅱ7和圆筒Ⅲ8，绝缘圈的作用为一方面起到连接感知元件的作用，另一方面防止相互的检测输出电容变化值干扰；所述入口1为混合肥料的入口处，与装置中的肥液缓冲腔2相连，使液进入缓冲腔内；所述缓冲腔2与多段式传感器3中的感知元件圆筒Ⅰ6相连，缓冲腔2的结构为两个倒圆锥式结构嵌套而成，整体长度为30mm，每个倒圆锥结构为15mm，其与多段式传感器3中的感知元件圆筒Ⅰ6相连，底面圆直径为60mm，这样的结构设计可以使待测肥液流入缓冲腔2中，即使在管道内肥液快速流动的情况下，依然可以充满检测装置，并且使肥液的浓度更加均匀。当作业结束后管道内仍剩余肥液，其可以使剩余的肥料在重力的作用下返回缓冲腔2，不会长时间停留在感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肥液组分在线检测装置及其检测方法，其特征在于：所述的肥液组分在线检测装置及其检测方法包括以下步骤：/n步骤1，将多段式传感器置于配置的一系列不同种类与浓度的待测肥液中，通过试验分析，得出用于检测每一种肥料种类、每一种肥料浓度的特征激励信号源；/n步骤2，分别将（1）中得出的各特征激励信号源，施加于置于一系列不同种类与浓度的待测肥液中的多段传感器上，试验测试并分析传感器的输出响应，即特征激励信号源作用于传感器后其幅值、相位的变化，并据此构建每一种肥料组分辨识以及该肥料组分浓度检测的检测模型；/n步骤3，通过检测装置的人机交互单元，将各肥料种类进行分组设定，使多段式传感器的每一段传感器对应于一种肥料组分及其浓度的检测，并启动检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种肥液组分在线检测装置及其检测方法，其特征在于：所述的肥液组分在线检测装置及其检测方法包括以下步骤：
步骤1，将多段式传感器置于配置的一系列不同种类与浓度的待测肥液中，通过试验分析，得出用于检测每一种肥料种类、每一种肥料浓度的特征激励信号源；
步骤2，分别将（1）中得出的各特征激励信号源，施加于置于一系列不同种类与浓度的待测肥液中的多段传感器上，试验测试并分析传感器的输出响应，即特征激励信号源作用于传感器后其幅值、相位的变化，并据此构建每一种肥料组分辨识以及该肥料组分浓度检测的检测模型；
步骤3，通过检测装置的人机交互单元，将各肥料种类进行分组设定，使多段式传感器的每一段传感器对应于一种肥料组分及其浓度的检测，并启动检测。


2.一种肥液组分在线检测装置，其特征在于：所述的肥液组分在线检测装置用于肥液组分检测方法，所述的肥液组分在线检测装置采用多段式传感器与控制器进行检测；多段式传感器包括入口（1）、缓冲腔（2）、出口（5）、1~N段结构相同的感知部件（圆筒）、绝缘圈；控制器包括主控制器、1~N个从控制器、1~N个激励信号产生电路、1~N个相位检测电路、1~N个幅值检测电路、人机交互单元等。


3.根据权利要求2所述的一种肥液组分在线检测装置，其特征在于：所述多段式传感器（3）由合金材料制作而成，直立安装在检测管道网络中，传感器由三个大小、形状完全相同的圆筒Ⅰ（6）、圆筒Ⅱ（7）和圆筒Ⅲ（8）和绝缘圈Ⅰ（9）和绝缘圈Ⅱ（10）组成；
所述圆筒Ⅰ（6）为合金材料制成，由内筒（13）与外筒（14）组成；内筒（13）和外筒（14）有两对相同的连接轴Ⅰ（15）和连接轴Ⅱ（16）连接，上下各一对，起到支撑连接作用；连接轴为表面光滑的PVC材料，直径为5mm，不仅能起到连接内筒（13）与外筒（14）的作用而且避免了肥液吸附在连接轴表面；所述内筒（13）的半径为20mm,所述外筒的半径为30mm，内外间距为10mm，这样的结构设计可以保证长期使用的前提下，在应用过程得到较大的初始电容，从而减弱了寄生电容的影响；圆筒Ⅰ（6）的端口均为螺纹端口，所组成的内筒（13）与外筒（14）均为空心，这样的结构不仅便于安装在灌溉管道网络中，而且能最大限度的不影响管道中，肥液流动的状态，圆筒Ⅰ（6）的整体长度为30mm，这种结构可使不依靠外部动力、依靠重力自流式的灌溉管道中依然可以满足充满感知元件；
所述圆筒Ⅱ（7）由绝缘圈Ⅰ（9）和圆筒Ⅰ（6）相连，其结构设计与圆筒Ⅰ（6）相同，所述圆筒Ⅲ（8）由绝缘圈Ⅱ（10）和圆筒Ⅱ（7）相连，其结构设计与圆筒Ⅰ（6）相同。


4.根据权利要求3所述的一种肥液组分在线检测装置，其特征在于：所述绝缘圈Ⅰ（9）和绝缘圈Ⅱ（10）连接在三个感知元件中，绝缘圈Ⅰ（9）和绝缘圈Ⅱ（10）的端口均为螺纹端口，绝缘圈Ⅰ（9）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加念，张得印，于晋桓，刘良益，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53