申请/专利权人：南京林业大学

申请日：2019-01-10

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN109520895B

主分类号：G01N13/04

分类号：G01N13/04;G01N15/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2019.04.19#实质审查的生效;2019.03.26#公开

摘要：本发明涉及一种植物根部施药效果的测试装置及方法，包括三维运动台架、试验土槽、根部施药模块、传感器支架、湿度传感器及模拟土壤；所述三维运动台架包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、移动支撑架、土槽支撑台和台架升降组件，所述移动支撑架由支撑杆件组成，所述土槽支撑台由带螺纹孔底板和车轮组成；所述试验土槽内填装有模拟土壤；所述的根部施药模块包括根部施药滚轮和根部施药滚轮连接器，所述的根部施药滚轮上设有土壤注射器。本发明的植物根部施药效果的测试装置可有效地模拟检测不同根部施药装置在植物根部的施药效果，排除其他外界干扰的影响，保证试验测量结果的准确性。

主权项：1.一种植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：包括三维运动台架、试验土槽、根部施药模块、传感器支架、湿度传感器及模拟土壤；所述三维运动台架包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、移动支撑架、土槽支撑台和台架升降组件，所述移动支撑架由支撑杆件组成，所述土槽支撑台由带螺纹孔底板和车轮组成；所述试验土槽内填装有模拟土壤；所述的根部施药模块包括根部施药滚轮和根部施药滚轮连接器，所述的根部施药滚轮上设有土壤注射器，所述的根部施药滚轮连接器将根部施药滚轮连接在三维运动台架上，所述根部施药模块用于植物根部药液注射；所述湿度传感器安装在传感器支架上，传感器支架通过试验土槽边缘的定位槽固定插放在试验土槽内的模拟土壤内；所述根部施药滚轮包括旋转出液装置、旋转支撑盘、土壤注射器；所述旋转支撑盘为以中心为轴的圆盘结构，所述的土壤注射器包括若干个注射针，所述注射针沿旋转支撑盘圆周均布，并固定安装在所述旋转支撑盘边框上；所述旋转出液装置中心的轴内设有输液通道，输液通道的入口与进液管连通，所述进液管连接水泵及水箱；所述轴外为套筒，轴上及套筒上设有相配合的出液口，轴套安装在套筒外部，相对轴转动，其周向也均布多个出液口；轴套的出液口内插有出液管，所述出液管的另一端连接注射针；所述传感器支架为梳齿式结构，所述的湿度传感器均匀安装在梳齿上；所述台架升降组件还包括升降轴套及升降杆。

全文数据：一种植物根部施药效果的测试装置及方法技术领域本发明涉及植物根部施药技术领域，具体涉及一种植物根部施药效果的测试装置及方法。背景技术近年来，随着经济的快速增长，生态重要性越发凸显。我国是林业有害物发生、危害最严重的国家之一。根据国家林业局统计数据，我国每年因森林病虫害致死树木4000多万株，年均造成损失超过1100亿元。近年来，我国林业有害生物持续高发，林业生物灾害年均发生面积1000万hm2以上，损失高达2000亿，直接经济损失高达210亿元。其中，根部病虫害使根土脱离而失水萎蔫，还可传播多种病害，对植物生长的危害较大。目前现有的植物根部施药方法有：涂药包扎法、打孔注射法、根部埋药法、插药瓶法、挂药袋法、喷雾法等。这些传统根部施药方法存在方法适应性差，施药作业不经济，施药过程污染高等主要缺点。“一种树木根部精确施药系统及方法”可解决现有根部施药技术的不足，但树木根部精确施药系统及方法还缺少施药效果检测装置和方法。本发明是提供一种树木根部施药效果检测装置和方法。发明内容本发明的目的是提供一种植物根部施药效果的测试装置和方法，通过试验土槽、三维运动台架及相关结构，使根部施药滚轮在模拟土壤中滚动施药，通过均匀布置在试验土槽中的湿度传感器阵列判断施药效果。为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种植物根部施药效果的测试装置，包括三维运动台架、试验土槽、根部施药模块、传感器支架、湿度传感器及模拟土壤；所述三维运动台架包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、移动支撑架、土槽支撑台和台架升降组件，所述移动支撑架由支撑杆件组成，所述土槽支撑台由带螺纹孔底板和车轮组成；所述试验土槽内填装有模拟土壤；所述的根部施药模块包括根部施药滚轮和根部施药滚轮连接器，所述的根部施药滚轮上设有土壤注射器，所述的根部施药滚轮连接器将根部施药滚轮连接在三维运动台架上，所述根部施药模块用于植物根部药液注射；所述湿度传感器安装在传感器支架上，传感器支架通过试验土槽边缘的定位槽固定插放在试验土槽内的模拟土壤内。所述根部施药滚轮包括旋转出液装置、旋转支撑盘、土壤注射器；所述旋转支撑盘为以中心为轴的圆盘结构，所述的土壤注射器包括若干个注射针，所述注射针沿旋转支撑盘圆周均布，并固定安装在所述旋转支撑盘边框上。所述旋转出液装置中心的轴内设有输液通道，输液通道的入口与进液管连通，所述进液管连接水泵及水箱；所述轴外为套筒，轴上及套筒上设有相配合的出液口，轴套安装在套筒外部，相对轴转动，其周向也均布多个出液口；轴套的出液口内插有出液管，所述出液管的另一端连接注射针。所述X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件均包括独立的丝杆、电机和皮带轮，分别带动其控制的支撑杆件；所述X轴运动组件、Y轴运动组件及其支撑杆件整体在Z轴运动组件作用下进行上、下移动；所述根部施药滚轮连接器上设有垂直交叉的两个连接槽，分别连接在X轴运动组件、Y轴运动组件控制的支撑杆件上。所述试验土槽为长方体空心结构，上端面开放，其他端面封闭；所述试验土槽由硬质透明材质制成，其长度、宽度、深度方向分别定义为下x、y、z轴并标有刻度。所述的模拟土壤为吸水后颜色会突变的细小颗粒物材料。所述传感器支架为梳齿式结构，所述的湿度传感器均匀安装在梳齿上；所述台架升降组件还包括升降轴套及升降杆。还包括运动控制设备和信息处理设备，所述运动控制设备为XYZ三轴控制器，通过修改运动参数改变XYZ三轴运动行程及速度；所述信息处理设备为传感器数据接收和处理设备，通过信息处理设备将传感器数据处理并输出。所述根部施药装置在注射针管单侧或双侧开不同直径和数量的出液口，用于测试不同出液口设置的根部施药效果。本发明还公布了所述的植物根部施药效果的测试装置进行测定的方法，其步骤为，在试验土槽里面填充土壤颗粒，梳齿上的湿度传感器平行均布，将根部施药模块安装在根部施药滚轮连接器上，并固定于三维运动台架，设置三维运动台架的施药参数，将湿度传感器连接线路并通电；通过三维运动台架的XYZ轴控制根部施药滚轮在土槽里面的位移动作并施药；施药结束后，将湿度传感器阵列记录的数据导出进行施药效果分析。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的植物根部施药效果的测试装置可有效地模拟检测不同根部施药装置在植物根部的施药效果，排除其他外界干扰的影响，保证试验测量结果的准确性。附图说明图1是本发明根部施药效果检测装置流程示意图。图2是根部施药效果检测装置示意图。图3是三维运动台架示意图。图4是三维运动台架运动部分示意图。图5是三维运动台架底座示意图。图6是试验土槽示意图。图7是传感器架示意图。图8是根部施药模块示意图。图9是植物根部施药滚轮结构示意图。图10是植物根部施药滚轮结构左视图。图11是植物根部施药滚轮注射针前端结构示意图。图12是植物根部施药滚轮连接器结构示意图。图中：1-控制器，2-根部施药模块，3-试验土槽，4-三维运动台架，5-传感器支架，6-水箱，7-水泵，8-传动皮带，9-丝杆，10-电机，11-固定螺纹孔，12-车轮，13-湿度传感器，14-根部施药滚轮连接器，15-根部施药滚轮。16-旋转支撑盘；17-出液管；18-轴套；19-卡箍；20-轴；21-套筒；22-软管；23-注射针；24-螺栓；25-密封垫片；26-输液通道；27-进液管；28-注射针出液口；29-异形尖端肩部。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1：一种植物根部施药效果的测试装置，所述植物根部施药效果的测试装置用于检测植物根部施药效果，该系统包括三维运动台架4、试验土槽3、根部施药模块2、传感器支架5、湿度传感器13、模拟土壤。其中，三维运动台架4包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、移动支撑架、土槽支撑台、台架升降组件；所述X轴运动组件包括丝杆9、电机10、皮带轮等；所述Y轴运动组件包括丝杆9、电机10、皮带轮等；所述Z轴运动组件包括丝杆9、电机10、皮带轮等；所述移动支撑架由支撑杆件组成。所述X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件均包括独立的丝杆9、电机10和皮带轮，分别带动其控制的支撑杆件；所述X轴运动组件、Y轴运动组件及其支撑杆件整体在Z轴运动组件作用下进行上、下移动；所述根部施药滚轮15连接器14上设有垂直交叉的两个连接槽，分别连接在X轴运动组件、Y轴运动组件控制的支撑杆件上。所述土槽支撑台由带螺纹孔底板和车轮12组成；所述台架升降组件包括升降轴套18及升降杆。所述试验土槽3为长方体空心结构，由硬质透明板围成，上端面开放，其他端面封闭。长度、宽度、深度方向分别定义为下X、Y、Z轴并标有刻度；所述的根部施药模块2包括根部施药滚轮15和根部施药滚轮15连接器14，实现植物根部药液注射。所述根部施药滚轮15包括旋转出液装置、旋转支撑盘16、土壤注射器；所述旋转支撑盘16为以中心为轴20的圆盘结构，所述的土壤注射器包括若干个注射针23，所述旋转出液装置包括进液管27、轴20、套筒21、轴套18、出液管17；其中轴内部设有输液通道26，输液通道26入口在轴一侧端面处，输液通道26入口与进液管27连通，所述进液管27连接水泵7及水箱6。所述轴外表面被套筒21包裹，用于密封，轴上还设置有出液口，出液口在轴20正下方；套筒21上也设置有出液口，其与轴20的出液口正对；轴套18安装在套筒21外部，相对轴转动，其周向均布多个出液口；所述出液管17一端插入轴套18的出液口中固定密封连接，另一端与注射针23连接；所述注射针23沿旋转支撑盘16圆周均布，固定安装在所述旋转支撑盘16边框上。所述注射针23头部焊接异形尖端；注射针23出液口设计在所述异形尖端肩部29凸出较大边的上部内侧，防止注射针23插入土壤时出液口受土壤堵塞。所述根部施药滚轮15可通过外部牵引机械带动下滚动前进，在前进过程中注射针23持续插入土壤，当所述轴套18的出液口与所述轴的出液口正对时，则旋转出液部分与轴输液部分内部管路连通，插入土壤的注射针23随即注射药液、蒸汽，没有插入土壤的注射针23由于轴套18的出液口与轴的出液口偏离则停止注射药液、蒸汽。所述根部施药滚轮15连接器14为三通长方体结构，通过两孔将根部施药滚轮15连接器14相对固定在X、Y轴并随X、Y轴运动而调整位置。另一孔开螺纹与根部施药滚轮15弹簧杆相连，根部施药滚轮15通过螺纹调整高度。所述的模拟土壤为吸水后颜色会突变的细小颗粒物，充满试验土槽3；所述传感器支架5为梳齿式结构，所述的湿度传感器13均匀安装在梳齿上，安装有湿度传感器13阵列的传感器支架5通过土槽边缘的定位槽，固定插放在充满模拟土壤的试验土槽3中；所述的湿度传感器13阵列用于分析根部施药滚轮15在植物根部的渗透状态，以此判断施药效果；所述的模拟土壤为吸水后颜色会突变的细小颗粒物，充满试验土槽3。该系统还包括运动控制设备和信息处理设备，运动控制设备即XYZ三轴控制器1，通过修改运动参数改变XYZ三轴运动行程及速度。信息处理设备即为传感器数据接收和处理设备，通过信息处理设备可将传感器数据处理并输出。所述的试验土槽3，其特征在于，试验土槽3上端面开放，其它端面封闭，且为空心透明箱体结构，使操作者可凭肉眼直接观察根部施药过程及施药效果；所述三维运动台架4可以搭载多种不同施药装置，每种施药装置同时可搭载多个。本发明所述根部施药装置可在注射针23管单侧或双侧开不同直径和数量的出液口，用于测试不同出液口设置的根部施药效果。实施例2：一种植物根部施药效果的测试方法，所述检测方法具体是将该装置设置在实验室中进行模拟实验，所述装置有一个土槽支撑台，在土槽支撑台开设安装传感器支架5的平行凹槽。三维移动平台带着施药滚轮移动，药液注射在模拟土壤中，完成模拟实验。在试验土槽3里面填充土壤颗粒，梳齿上的湿度传感器13平行均布，将根部施药模块2安装在根部施药滚轮15连接器14上，并固定于三维运动台架4，设置三维运动台架4的施药参数，将湿度传感器13连接线路并通电；通过三维运动台架4的XYZ轴控制根部施药滚轮15在土槽里面的位移动作并施药；施药结束后，将湿度传感器13阵列记录的数据导出进行施药效果分析。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

权利要求：1.一种植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：包括三维运动台架、试验土槽、根部施药模块、传感器支架、湿度传感器及模拟土壤；所述三维运动台架包括X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、移动支撑架、土槽支撑台和台架升降组件，所述移动支撑架由支撑杆件组成，所述土槽支撑台由带螺纹孔底板和车轮组成；所述试验土槽内填装有模拟土壤；所述的根部施药模块包括根部施药滚轮和根部施药滚轮连接器，所述的根部施药滚轮上设有土壤注射器，所述的根部施药滚轮连接器将根部施药滚轮连接在三维运动台架上，所述根部施药模块用于植物根部药液注射；所述湿度传感器安装在传感器支架上，传感器支架通过试验土槽边缘的定位槽固定插放在试验土槽内的模拟土壤内。2.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述根部施药滚轮包括旋转出液装置、旋转支撑盘、土壤注射器；所述旋转支撑盘为以中心为轴的圆盘结构，所述的土壤注射器包括若干个注射针，所述注射针沿旋转支撑盘圆周均布，并固定安装在所述旋转支撑盘边框上。3.根据权利要求2所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述旋转出液装置中心的轴内设有输液通道，输液通道的入口与进液管连通，所述进液管连接水泵及水箱；所述轴外为套筒，轴上及套筒上设有相配合的出液口，轴套安装在套筒外部，相对轴转动，其周向也均布多个出液口；轴套的出液口内插有出液管，所述出液管的另一端连接注射针。4.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件均包括独立的丝杆、电机和皮带轮，分别带动其控制的支撑杆件；所述X轴运动组件、Y轴运动组件及其支撑杆件整体在Z轴运动组件作用下进行上、下移动；所述根部施药滚轮连接器上设有垂直交叉的两个连接槽，分别连接在X轴运动组件、Y轴运动组件控制的支撑杆件上。5.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述试验土槽为长方体空心结构，上端面开放，其他端面封闭；所述试验土槽由硬质透明材质制成，其长度、宽度、深度方向分别定义为下x、y、z轴并标有刻度。6.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述的模拟土壤为吸水后颜色会突变的细小颗粒物材料。7.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述传感器支架为梳齿式结构，所述的湿度传感器均匀安装在梳齿上；所述台架升降组件还包括升降轴套及升降杆。8.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：还包括运动控制设备和信息处理设备，所述运动控制设备为XYZ三轴控制器，通过修改运动参数改变XYZ三轴运动行程及速度；所述信息处理设备为传感器数据接收和处理设备，通过信息处理设备将传感器数据处理并输出。9.根据权利要求1所述的植物根部施药效果的测试装置，其特征在于：所述根部施药装置在注射针管单侧或双侧开不同直径和数量的出液口，用于测试不同出液口设置的根部施药效果。10.采用权利要求1-9任一项所述的植物根部施药效果的测试装置进行测定的方法，其特征在于：其步骤为，在试验土槽里面填充土壤颗粒，梳齿上的湿度传感器平行均布，将根部施药模块安装在根部施药滚轮连接器上，并固定于三维运动台架，设置三维运动台架的施药参数，将湿度传感器连接线路并通电；通过三维运动台架的XYZ轴控制根部施药滚轮在土槽里面的位移动作并施药；施药结束后，将湿度传感器阵列记录的数据导出进行施药效果分析。

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