噴霧圖像處理及脈寬調(diào)制（PWM）變量噴霧的霧化特性研究.pdf

1、我國植保機(jī)械和農(nóng)藥使用技術(shù)嚴(yán)重落后,已嚴(yán)重妨礙了農(nóng)作物病蟲害的防治,帶來了諸如農(nóng)藥有效利用率低、農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)、環(huán)境污染、作物藥害、操作者中毒等負(fù)面影響,造成了不應(yīng)有的損失以及其它許多不良后果。因此,提高植保施藥機(jī)械測試設(shè)備的測試性能、研究液體從噴嘴噴射出后的霧化特性和提高噴霧沉積率的方法,對于優(yōu)化農(nóng)用化學(xué)制品的應(yīng)用技術(shù)、控制有害物質(zhì)的飄移、提高農(nóng)藥有效利用率、減小環(huán)境污染都有極其深遠(yuǎn)的意義。作者做了一些相關(guān)領(lǐng)域的研究工作,現(xiàn)將本

2、研究中所做的工作和研究結(jié)論歸納如下： 1.建立了霧化噴頭試驗(yàn)臺；設(shè)計(jì)并建立了基于脈寬調(diào)制(PWM)控制技術(shù)的脈動間歇式和連續(xù)式兩套噴霧流量控制裝置。①用頻率在20Hz以內(nèi)可調(diào)、占空比可調(diào)的方波電信號驅(qū)動開關(guān)式電磁閥,實(shí)現(xiàn)了基于脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的間歇式變量噴霧。②用頻率為24KHz、占空比可調(diào)的脈沖方波電信號驅(qū)動電磁比例調(diào)節(jié)閥,實(shí)現(xiàn)了基于脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的連續(xù)式變量噴霧.試驗(yàn)結(jié)果表明,這兩套噴霧流量控制裝置達(dá)到了預(yù)期設(shè)

3、想,與傳統(tǒng)基于壓力式流量控制方法相比,噴霧流量調(diào)節(jié)范圍都有一定程度的提高。PWM間歇式噴霧流量控制范圍為：平口扇形噴嘴、中空錐形噴嘴、實(shí)心錐形噴嘴的流量調(diào)節(jié)范圍分別為4.17、4.00、2.70;PWM連續(xù)式噴霧流量控制范圍為：平口扇形、中空錐形、實(shí)心錐形噴嘴的流量調(diào)節(jié)范圍分別為7.14、3.57、3.70。 2.針對以往噴霧角測定方法誤差較大等局限性,提出了一種基于圖像處理的噴霧角測定方法。對同一次噴霧連續(xù)拍攝兩次,得到一次噴

4、霧的兩張圖像,對其進(jìn)行圖像配準(zhǔn)、圖像融合,以得到圖像質(zhì)量較高的圖像,并用EM算法評價估計(jì)圖像質(zhì)量之后,提取噴霧圖像射流邊界,利用MATLAB工具箱中的最小二乘直線擬合函數(shù),對不規(guī)則的噴霧圖像邊界進(jìn)行最小二乘線性擬合,得到了最接近實(shí)際射流邊界的兩條相交直線,二直線的夾角即為噴霧角。根據(jù)最小二乘擬合的定義和原理,用此方法求得的噴霧夾角誤差平方和最小。 3.提出一種基于EM算法的圖像融合質(zhì)量評價方法.用混合瑞利概率密度函數(shù)對邊緣強(qiáng)度分

5、布建模,用EM算法迭代估算出混合瑞利密度函數(shù)中各項(xiàng)的參數(shù)和權(quán)重。混合模型中最小參數(shù)項(xiàng)對應(yīng)于弱邊緣,或是低頻背景波動；最大參數(shù)項(xiàng)對應(yīng)于強(qiáng)邊界?？捎没旌享?xiàng)中的最小參數(shù)項(xiàng)估計(jì)噪聲,用最大參數(shù)項(xiàng)度量圖像的模糊度。與其它方法相比,該方法的優(yōu)點(diǎn)是,不需要知道圖像構(gòu)造等細(xì)節(jié)信息,且對較小噪聲也能較精確地估計(jì)出。 4.實(shí)現(xiàn)了基于ActiveX技術(shù)的無VBA組態(tài)軟件和MATLAB間的通信。在噴頭測試試驗(yàn)臺的控制系統(tǒng)中,工控組態(tài)軟件因其良好的人機(jī)界

6、面等諸多優(yōu)點(diǎn)被選為主控界面,運(yùn)行在前臺,為了彌補(bǔ)組態(tài)計(jì)算能力差的不足,選用具有強(qiáng)大工程計(jì)算和圖像圖形處理能力的MATLAB軟件作為計(jì)算處理工具,運(yùn)行在后臺,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。因工程造價問題,選用了無VBA的組態(tài)軟件“世紀(jì)星”,因此無VBA組態(tài)軟件和MATLAB間的通信問題成為關(guān)鍵。提出了無VBA組態(tài)軟件如何利用ActiveX技術(shù)與MATLAB通信的新思路和方法,即以Excel宏的VBA編輯器作為橋梁。并探討比較了四種方法:ActiveX技

7、術(shù)、DDE技術(shù)、MATLAB引擎技術(shù)、MATLAB編譯器技術(shù),根據(jù)這四種方法的優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)際開發(fā)中可根據(jù)實(shí)際情況選用不同的方法。在噴頭測試試驗(yàn)臺的控制系統(tǒng)中對M文件的可移植性要求不是很高,ActiveX技術(shù)因使用時簡單、開發(fā)周期短、調(diào)用MATLAB前后不必開啟MATLAB、占用內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)而被選用。 5.研究了基于PWM控制技術(shù)的間歇式變量噴霧的霧化特性。對于PWM間歇式噴霧,用現(xiàn)階段最先進(jìn)的、精度較高的粒子動態(tài)測量分析儀(PD

8、A)測量了噴霧流場中液滴的速度和粒徑,用自行編寫的軟件和MATLAB科學(xué)計(jì)算統(tǒng)計(jì)方法,研究并分析了間歇式變量噴霧控制對噴霧特性的影響。研究結(jié)果表明,隨著流量的減小,霧量分布有集中到中央?yún)^(qū)域的趨勢、噴霧角稍有減小、霧滴粒徑稍有增大,但間歇式流量控制對霧量分布方式、噴霧角、霧滴粒徑的影響程度都較小,相對而言,對實(shí)心錐形噴嘴的影響較嚴(yán)重,對平口扇形噴嘴的影響較輕。與傳統(tǒng)的基于壓力的流量控制方法相比,基本可以認(rèn)為間歇式流量控制對平口扇形噴嘴的霧

9、量分布方式、噴霧角、粒徑譜的影響可忽略不計(jì)。對于間歇式流量控制,當(dāng)流量減小時,噴霧液滴速度和比能也稍有減小。動能中值直徑(KEMD)與噴霧液滴粒徑變化趨勢相同,說明間歇噴霧動能中值直徑與噴霧液滴粒徑緊密相關(guān),而與液滴速度無關(guān)。 6.研究了基于PWM控制技術(shù)的連續(xù)式變量噴霧的霧化特性。以同樣的方法,測量、計(jì)算并分析了PWM連續(xù)式變量噴霧的霧化特性參數(shù)。研究結(jié)果表明,霧量分布方式和噴霧角受PWM連續(xù)式流量控制的影響較嚴(yán)重,隨著流量的

10、減小,所測試的所有噴嘴的霧量分布方式都顯著集中到中央?yún)^(qū)域,噴霧角顯著減小,霧滴粒徑稍有減小。PWM連續(xù)流量控制對噴霧液滴粒徑的影響較小,一般可以忽略不計(jì)。隨著噴霧流量的減小,液滴速度和比動能都會減小,尤其是在占空比在75％以后,液滴速度減小的幅度較大。流量減小時,噴霧云動能中值直徑(KEMD)減小,與體積中值直徑(VMD)的變化趨勢相同,說明噴霧云動能中值直徑與粒徑相關(guān),與液滴速度無關(guān)。 7.比較了PWM間歇式噴霧、PWM連續(xù)式

11、噴霧、基于壓力的噴霧方式,發(fā)現(xiàn)：基于壓力的噴霧方式的噴霧流量調(diào)節(jié)范圍最小,對噴霧特性的影響程度最大,當(dāng)增大壓力以提高流量時,霧量分布方式及分散度嚴(yán)重變形,粒徑譜向小粒徑方向移動幅度很大,但系統(tǒng)對能量的利用率很低。相比較而言,PWM脈動間歇式噴霧流量控制對噴霧特性的影響最小,對于平口扇形噴嘴,一般可以忽略間歇噴霧對噴霧分布方式、噴霧角、粒徑譜的影響,噴霧云動態(tài)性能可稍被改善。因此對于以縱向調(diào)節(jié)為目的農(nóng)業(yè)變量噴施而言,基于PWM控制技術(shù)的間

12、歇式變量噴霧應(yīng)該是首選。然而,PWM連續(xù)式噴霧流量控制方法的流量調(diào)節(jié)范圍最大,對于平口扇形噴嘴,其流量調(diào)節(jié)范圍可達(dá)7:1。雖然此種流量控制方法對噴霧分散特性(即噴霧角和分布方式)有一定的影響,但對噴霧液滴粒徑譜的影響較小。若考慮噴施時的橫向?qū)挾茸兓髸r,PWM連續(xù)式流量控制不失為一種可供選擇的方法。 8.探討了一種基于PWM間歇式噴霧技術(shù)的、提高噴霧沉積率的方法。四組比較試驗(yàn)結(jié)果表明,使較大噴嘴在提高工作壓力的情況下間歇噴霧,