[发明专利]一种基于长线形共平面电容器的沉积雾滴体积测量方法

说明书

本发明提供一种基于长线形共平面电容器的沉积雾滴体积测量方法，包括以下步骤：将雾滴表面的束缚电荷等效为镜像线电荷，得到平面上任意点的电位函数；求解雾滴剖面模型电极间电容量，得到电极间电容量的计算公式；求解雾滴剖面模型的电极间电容增量，得到雾滴对电极间电容的总增量；建立雾滴体积与电极间电容增量的数学关系，通过测量电极间电容增量得到雾滴体积。本发明提供一种基于长线形共平面电容器的沉积雾滴体积测量方法，充分考虑沉积雾滴在物体表面沉积的表面张力特性问题和雾滴表面束缚电荷对长线形电容器电场的影响，解决了现有电学测量雾滴参数方法忽略沉积雾滴在物体表面沉积的表面张力特性问题，导致测量结果不准确的问题。

技术领域

本发明涉及农业航空和农作物植保领域，更具体的，涉及一种基于长线形共平面电容器的沉积雾滴体积测量方法。

背景技术

在农业航空和农作物植保领域，农药雾滴沉积检测的方法可大致分为化学方法和物理方法。

雾滴参数的化学测量方法主要是染色法，它是当前农业科研与生产领域应用最广泛的方法。染色法使用清水或化学染料模拟农药进行喷洒，以水敏纸、聚酯卡和聚乙烯线/管为雾滴收集装置，用光学图像识别设备或化学浓度测量设备检测雾滴收集装置上的雾滴沉积情况，获得雾滴沉积参数。染色法按照收集雾滴的装置分类，可大致分为三种形式：水敏纸、聚酯卡和聚乙烯线/管。水敏纸使用清水或染料代替农药实施喷洒，水敏纸作为收集雾滴的装置。水敏纸上沉积雾滴的信息需要使用光学图像识别设备读取。聚酯卡是使用染料溶液代替农药实施喷洒，聚酯卡作为收集雾滴的装置。聚酯卡上沉积雾滴的信息须经洗脱，再使用化学溶液的浓度检测装置检测获得。聚乙烯线/管该方法是使用荧光染料溶液代替农药实施喷洒，聚乙烯线/管作为收集雾滴的装置。聚乙烯线/管上沉积雾滴的信息须经洗脱，再使用荧光分光光度计检测获得。染色法不能实时检测雾滴沉积分布，只能依靠后期的光学扫描和化学洗脱方法测量单张水敏纸或采集板的雾滴沉积量。因此，染色法的实验工作量大，工作流程复杂繁琐，而且，水敏纸容易受潮变质，保存和使用存在诸多不便。

雾滴参数的物理测量方法可分为光学测量法和电学测量法。

光学测量法适合测量雾滴的粒径和雾滴的运动速度，测量结果精确可靠。光学测量法有光学高速成像测量法、光学微距成像测量法、激光干涉成像测量法、相位多普勒干涉成像测量法、激光衍射测量法、激光雷达法和x射线散射测量法。

雾滴电学测量法可大致分为电阻法和电容法两类。电阻法在印刷电路板蚀刻了不同间距的叉指式平面金属条状传感器。传感器接入测量电路并检测传感器的电阻，并输出对应的电压值。无线数据采集器将传感器输出电压变换为数字信号并通过无线信道传输至数据采集终端。当雾滴沉积于传感器表面时，传感器的输出电压出现变化。在标定实验中将电压变化量与雾滴沉积量建立预测模型。利用预测模型和传感器输出的电压值即可预测当前雾滴沉积量。在雾滴沉积量检测的研究中，电容，特别是叉指式电容器是常用的感知元件。张瑞瑞等以叉指式电容器为基础，构建了用于检测雾滴的变介电常数电容传感器。该电容器由固定间距的金属板、树脂板和绝缘层组成。多个金属板并联形成叉指式电容器。无雾滴沉积时，叉指式电容器的电介质为空气；有雾滴沉积时，叉指式电容器的电介质为空气和沉积液滴。由于沉积液滴的介电常数远大于空气，因此沉积雾滴改变叉指式电容器的电容量，从而能够感知沉积的雾滴。吴亚垒等设计了一种基于驻波率原理的雾滴沉积量传感器。该传感器中用于检测沉积雾滴的元件也是叉指式电容器。该设计将叉指式电容器引入传输线电路的负载端。高频振荡器将高频信号注入传输线电路。驻波比检测电路分别检测传输线上的正向传输电压幅值和反向传输电压幅值，二者的比值即为电压驻波率。该传感器使用驻波率衡量沉积于叉指式电容器上的雾滴。

但现有电学测量方法忽略了沉积雾滴隐含的表面物理学问题。雾滴在物体表面沉积的表面张力特性直接影响电学测量方法，特别是电容法的测量结果，现有方法均没有考虑此因素的影响，因此获得的测量结果欠缺物理学理论支撑，测量的准确性就无法保证。此外，边缘场效应产生的寄生电容是共平面电容器电容的重要组成部分，边缘场效应的寄生电容也会因为雾滴沉积作用而发生改变，从而导致测量结果不准确。