植保无人机喷雾性能综合实验台设计

于海涛，李君兴，董云哲，史云天

（吉林省农业机械研究院，吉林 长春　130022）

植保无人机喷雾性能综合实验台设计

于海涛，李君兴，董云哲，史云天

（吉林省农业机械研究院，吉林 长春130022）

植保无人机喷雾性能综合实验台的设计，可以模拟农业植保无人机工作状态下，对喷头的压力、流量、雾锥角、喷幅、雾滴粒径、雾滴沉积量、雾滴分布规律、雾滴分布变异系数等重要参数的测试，从而为植保无人机厂家改进喷淋系统提供重要的检测手段。

喷雾实验台；植保无人机；自动化控制

近年来农业植保无人机以其安全、高效的特点迅速占领植保市场，据不完全统计，截止2015年末全国植保无人机厂家约200家。行业发展过快，技术标准缺失，其核心风场作用下喷淋系统测试没有统一的国家或行业标准，绝大多数厂家只能通过大量的野外喷洒作业累计经验，利用观察雾滴在植物叶面沉积效果、改进喷淋系统，这种方式既费时又费力，缺乏科学的理论支撑，而且野外实验环境变量较多，实验往往不具有可重复性，所得数据不准确，实际雾滴分布规律及作用效果很难准确掌握。因此，文章依据无人机喷洒性能特点和现有国家标准，利用计算机视觉图像处理技术、超声波精确测距技术、传感器耦合技术和计算机综合控制技术，可以自动并精确的测量各个数据，实现对植保无人机喷洒各项指标的测定，从而开发出一种适合植保无人机喷洒性能测试的室内模拟测试平台。

1　技术原理

本实验台的设计依据：GB/T 20183.1-2006喷雾机喷头试验方法，GB/T 20183.2-2006液力喷雾机试验方法，GB/T 24677.2-2009喷杆喷雾机试验方法。通过将待测植保无人机固定于独立小车的垳架上，调节无人机距集雾槽的相对作业高度和实际作业中的飞行倾角，完成室内模拟植保无人机工作时的喷雾性能测试。上述实验平台可直接测得的植保无人机喷淋系统的实验参数有：流量、喷头压力、雾锥角、雾滴粒径等直接参数。实验完成后，通过液压机构提升集液槽，将集液槽中收集的液体倒入试管中，利用超声波液位传感器完成无人机喷淋横向分布测试，从而判定该喷淋系统的喷雾一致性是否达到设计要求。

2　系统设计

（1）机械结构设计分析。本实验台主要包括：超声波液位测试车和机架系统、实验台主机架、压力传感器、U型集雾槽、试管架和翻转系统、流量传感器、无人机固定升降小车、高速摄影机、雾滴测试仪等组成。

实验台集雾槽设计总长为5m、宽为2.4m、高为1.2m，参照ISO 5682-2标准U型集雾槽开口设计成50mm，合计100个。因无人机工作时存在向下的风场，在地面效应作用下使得雾滴存在反弹的现象。因此设计成双V型集雾槽，下端加入高速旋转的空心转筒，不仅形成负压可以有效的将风场顺利导出避免地面效应，同时也能破坏液体分子的表面张力，不会过多的吸附和残留，保证测试结果的准确性。实验完成后，通过U型集雾槽的翻转机构，集雾槽产生最大15°的倾角，每个槽中收集的液体将流入前端试管中。利用超声波液位测试车在独立机架轨道的运动，配合光电定位耦合开关，可以顺利测出每个试管的液位高度。无人机固定系统采用龙门车，框架使用铝合金型材，防腐防锈。垳架下方利用法兰盘与无人机固定，利用电机驱动链传动，调节垳架的高度范围在2～5m，实现模拟飞机作业的飞行高度。利用电动角度调整台，将法兰盘固定到垳架上，角度调节范围在0～30°，实现模拟飞机实际飞行中的飞行倾角。

（2）电器控制系统分析。通过PLC控制器和控制柜，可以实现对超声波液位测试车、集雾槽翻转机构、无人机高度调节机构、无人机角度调整台等机构的精确控制，原理图如图1所示。通过流量传感器、压力传感器可以准确测得当前喷淋系统的技术参数，液位传感器可以测得雾滴的横向分布。由PLC的控制程序，配合接近开关和控制器柜，实现试管架在接水、倾倒和测量位置的连续自动定位。

图1　实验台电器原理图

（3）数据图像处理分析。实验台在无人机喷雾工作过程中，利用高速摄影机对喷头进行连续照相，对图像进行过滤和背景噪声处理，进行边缘锐化提取，可利用最小二乘法得到边界夹角值，即为雾锥角。为了降低因风场的存在引起的雾锥角变化，应提取多幅有效图像，并计算取平均值，可以有效提高雾锥角的测试准确性。

3　结语

本实验台采用先进的技术和检测手段，可以检测值保无人机喷淋系统的各项技术参数，实现了室内模拟植保无人机工作时的喷淋状态，使得雾滴分布测试结果更具有实际意义，弥补了现阶段植保无人机领域，无人机工作状态下雾滴分布检测手段的空白。

［1］薛新宇，柳平增，龚艳，等.喷头综合性能测试试验台的研制及应用［J］.中国农机化，2006，（2）：94-96.

［2］张红霞，张伟，胡军，等.喷雾机械综合实验台的设计［J］.农机化研究，2006，（7）：93-95.

［3］蔡晓华，杨存志，吴泽全.喷雾性能试验台的设计与研究［J］.农机化研究，2013，（5）：147-150.

Plant Protection Design of UAV Spray Performance Comprehensive Experimental Platform

YU Hai-tao，LI Jun-xing，DONG Yun-zhe，SHI Yun-tian
（Jilin Academy of Agricultural Machinery，Changchun，Jilin 130022，China）

Plant protection design of UAV spray performance comprehensive experimental platform can simulate the agricultural plant protection UAV operating conditions on the nozzle pressure，flow rate，spray angle，spray painting，droplet size，droplet deposition，droplet distribution.Droplet distribution coefficient of variation is an important parameter of the test，which provides an important means of detection for the protection of UAV manufacturers improved spray system.

spray testing bed；plant protection of UAV；automatic controlling

S491

A

2095-980X（2016）09-0038-01

2016-08-23

于海涛（1983-），男，吉林大安人，工程师，主要从事农业植保无人机设计工作。