基于CCD 混藥濃度在線檢測裝置的農藥濃度檢測試驗研究

楊亞飛，張肖珂，申志錚，王國強，王 力

(江蘇農牧科技職業學院，江蘇 泰州 225300)

精準施藥以提高農藥利用率、降低農藥殘留對食品和環境的污染為目的，是施藥發展的方向[1]。變量噴臨界是精準施藥的重要方式之一[2]。 劉雪美等[3]闡述了作物冠層霧滴研究進展，徐幼林等[4]利用高速攝影技術對農藥混藥裝置在線混合均勻度進行了試驗分析，代祥等[5]提出了混藥器混合均勻性分析方法，邱白晶等[6]設計了一種混藥質量濃度在線檢測裝置。 在線混藥相較于傳統混藥技術具有提高農藥使用率、節約藥和水的用量、減輕環境污染、減少施藥人員中毒可能性等優點。混藥濃度在線檢測技術利于實現藥液濃度的反饋，并根據實際噴霧需要更好地控制藥和水的用量，推動變量噴霧、精確噴霧技術的發展。相對于常見的光散射法、高速攝像機法、折射法與光纖傳感器法等混藥濃度在線檢測技術， 基于CCD 的傳感器透光率檢測技術受液體流動影響更小，對光源要求相對較低，測量結果也更加精準，對此，采用基于CCD 的混藥濃度在線檢測裝置進行農藥濃度檢測試驗。

1 裝置的標定

混藥濃度在線檢測系統如圖1 所示， 主要由水桶、藥桶、柱塞泵、混藥器、壓力表、流量計、檢測箱和廢液收集桶組成。 檢測箱如圖2 所示[7]。

圖1 混藥濃度在線檢測系統示意圖Figure 1 Schematic diagram of on-line detection system for mixed drug concentration

圖2 混藥濃度檢測箱Figure 2 Mixed drug concentration detection box

草甘膦是一種常見的除草劑，本試驗選用農旺牌有效成分75.7%的可溶粒劑型草甘膦銨鹽農藥。

1.1 標定試驗方法

常用的草甘膦噴霧濃度為0.5 g/L 左右， 故設置0.1，0.3，0.5，0.7，0.9 g/L 不同濃度進行檢測； 噴霧流量設置為3.2 L/min；試驗時實測藥液溫度4 ℃；曝光時間0.01 ms；二極管供電電壓2.6 V。具體試驗方法：1） 預先配置濃度為 0.1，0.3，0.5，0.7，0.9 g/L 的草甘膦農藥溶液， 將0.1 g/L 濃度草甘膦農藥溶液裝入藥桶與水桶中，打開柱塞泵，使其流入檢測箱；2） 打開檢測箱，待檢測流道內混合藥液流動穩定后，單片機記錄試驗數據。 清洗檢測系統后，對剩余的不同濃度的草甘膦農藥溶液依次按照上述方法進行操作。

1.2 實驗儀器

1） 配制溶液所需儀器：電子天平（0.01 g）、定量瓶（1 L）、滴定管、玻璃棒、藥匙、稱重紙等。

2） 混藥所需儀器：柱塞泵、變頻器、藥桶、水桶、水銀溫度計、射流混藥器。 射流混藥器的射流嘴出口直徑為3 mm、收斂角為16 °，混藥管內徑8 mm、外徑12 mm。

2 結果與分析

為了減少系統誤差， 檢測箱對每個濃度連續檢測50 次，取其平均值即平均有效灰度值作為該濃度下的數據。草甘膦銨鹽混合藥液濃度試驗數據如表1所示。

表1 不同濃度草甘膦銨鹽農藥溶液試驗數據Table 1 Experimental data of glyphosate ammonium pesticide solution with different

每個濃度草甘膦銨鹽溶液所檢測的50 組數據的相對變異系數均不大于1.45%， 可作為有效數據使用。 對濃度和平均有效灰度值進行最小二乘法擬合，其曲線如圖3 所示。

圖3 草甘膦銨鹽農藥溶液-擬合曲線Figure 3 Glyphosate ammonium pesticide solution c-g fitting curve

由圖3 可以看出，標準的草甘膦銨鹽農藥溶液與透射光灰度值的擬合曲線為g=-0.723 1 Ln (c) +87.697，其擬合的相關系數為0.983 2，可用于草甘膦銨鹽農藥混合藥液的濃度檢測。

3 混藥濃度在線檢測試驗

試驗示意圖參見圖1，在線檢測時，流速固定在3.2 L/min，在藥桶和水桶中依次放入相同的0.17，0.27，0.3，0.4，0.57 g/L 呈等差數列濃度的標準草甘膦銨鹽農藥溶液，具體試驗結果如表2 所示。

表2 混藥濃度在線檢測試驗結果Table 2 Experimental results of on-line detection of mixed drug concentration

由表2 可以看出，每種標準濃度的草甘膦銨鹽農藥溶液下，檢測裝置實測的5 次濃度值間的變異系數均不大于1.27%，符合檢測裝置穩定性要求。 5 次實測濃度平均值與標準濃度平均值之間的偏差均不大于0.018 4 g/L，相對誤差均不大于4.059%。 這說明該濃度檢測裝置能夠用于草甘膦銨鹽農藥溶液的在線檢測。

4 結語

對基于CCD 的混藥濃度在線檢測裝置進行實際農藥濃度檢測試驗， 通過對草甘膦銨鹽農藥濃度與平均有效灰度值進行擬合， 其擬合曲線相關系數高達0.983 2；對 0.17，0.27，0.3，0.4，0.57 g/L 不同草甘膦銨鹽農藥溶液進行檢測， 檢測結果相對誤差均不大于4.059%。 這表明該檢測設備能夠用于草甘膦銨鹽農藥濃度的檢測。