论文部分内容阅读
农药在防治病虫害中起着关键性的作用。农药的喷施量不足,起不到控制病虫害的作用;农药的过量喷施会带来药害,污染环境,甚至危害人类健康。因此需要对叶面雾滴农药浓度进行检测。常用的农药浓度检测方法有色谱法、分光光度、化学发光法等。但是这些方法设备成本高,且对仪器操作人员的专业技术要求比较高,不能满足现场实时检测。针对这一问题,本论文设计了基于丝网印刷电极的叶面雾滴农药浓度现场检测系统,并对检测系统进行了性能分析。主要工作分为以下几个方面:(1)叶面雾滴农药浓度检测传感器的构建及其性能表征。通过修饰碳纳米材料改善丝网印刷电极对农药的敏感性,提高雾滴农药浓度检测的灵敏度。采用循环伏安技术、差分脉冲伏安技术、电化学阻抗对丝网印刷电极的电化学性能进行了表征。实验结果表明,制备的同批次丝网印刷电极的电阻平均值为1.082KΩ,相对标准偏差为4.51%,电活性比表面积(A)为0.051cm2,电子传递阻抗为500Ω。在最优实验条件下,制备的丝网印刷电极具有较好的稳定性和选择性。本研究为田间雾滴农药浓度检测提供新的传感器件。(2)用于电化学体系的凝胶电解质的制备及其表征。为了实现现场实时叶面雾滴农药的检测试验,制备了一种凝胶电解质代替常规电化学体系中液体电解质。并对凝胶电解质微观结构、力学性能以及电学性能行进行了表征。实验结果表明,在凝胶重量百分率为2.5wt%的情况下,凝胶电解质的粘性系数为6.48N·s/m2,体电导率为7.32×10-4S·cm-1,离子电导率为2.35×10-5S·cm-1。在最优实验条件下,凝胶电解质表现出较好的力学性能和导电性能,可代替常规电化学体系中液体电解质实现丝网印刷电极现场对雾滴农药浓度的检测。(3)叶面雾滴农药浓度测控系统设计。叶面雾滴农药浓度测控系统包括硬件单元和软件单元两部分。硬件单元设计包括恒电位模块、微处理器模块以及电源电路。在恒电位模式供电下,将微安级电流信号经过电流镜的复制和放大转换成可检测的模拟电压信号输出。软件单元包括下位机软件设计、固件设计、上位机界面设计。上位机界面在Windows7系统环境下,利用图形化编程软件LabVIEW作为开发平台,经过串口与微处理器通信进行数据传输,并对下位机的实时状态进行在线监控,以波形图的形式表征接收的雾滴浓度的采集信息。(4)叶面雾滴农药浓度电化学现场检测系统的性能测试与应用研究。系统的性能测试主要包括检测装置的硬件单元性能测试、电化学实验测试两部分。利用高精度的多通道PM8500电参数测量仪对检测装置的硬件单元进行了电流控制精度和电流采样精度的测量,采样电流值与实测电流值基本相近,误差小于0.2μA。最后,在最优化的条件下,模拟实际农田作业进行喷雾,以验证叶面雾滴农药浓度电化学现场检测系统的可靠性。实验结果表明,最大相对误差为14.58%。