红外光电探测器在静电对靶喷雾中的工作原理及应用

概述：详细介绍了红外光电探测器，以及用红外光电探测器探测棉花的位置，实现对靶喷雾的设计。

农业是国民经济的基础，先进的植保技术是农业生产丰收的保障，现代植物病虫害防治仍然以化绕行电感学药剂防治为主，我国常规施药方法和施药器械落后，大量农药流失到水体、土壤和大气中，农药的利用率低，防治成本高，并造成严重的环境污染，对某些害虫防治效果欠佳，先进的施药方法和施药器械的研究与开发对我国农业的持续发展,降低生产成本,特别是保护环境具有重要的作用。对靶喷雾是新近发展起来的高效低污染施药新技术，AGTECH公司研制的“Tree-sense”智能喷雾器采用了“沙漠风暴”中使用的探测敌人坦克的三维图像传感器，它能够根据作物的距离、形状进行有效喷;DURAND WAYLAND公司的“Smart Spray”喷雾器、“Tree-see”喷雾器使用了先进的声纳系统来进行目标的准确定位，这些装置精度高，但价格昂贵。根据我国国情，我电感器市场需求们设计了红外光电探测器来进行目标的探测，并结合高压静电使雾滴带电，带电的雾滴作定向运动飞向植株，最后吸附在植株上，其命中率显著提高。这种红外绕行电感探测器研制成本低、灵敏度高、体积小，加上与静电结合，就会达到与上述系统基本相同的效果。

设计思路
　　本文主要讲述红外光电探测器的研制。红外线是共模电感器一种不可见光，采用专用的红外发射管和接收管，可以有效地防止周围可见光的干扰，进行无接触探测，不损伤被测物体。该探测器安装在电动小车上。红外对靶喷雾主要用在棉花的幼苗期和生长期间，当棉花处于幼苗期时，棉苗分散，对靶容易。当处于生长期时，棉花的茎部有一定的高度，此时采用红外线照射茎部，通过反射，确定目标。考虑到棉农十分注重田间管理，棉田杂草很少，所以红外光电探测器受到的干扰很小，可以忽略。

　　图1 红外探测器的原理图架

　　图2 探测距离

　　图3 555状态图

　　图4 红外发射与接收元件的方向性

红外光电探测器的设计
　　如图1所示，LM567集成锁相环路解码器及其外围元件组成锁相电路。三极管V1、红外线发射管H1及电阻R1、R9组成红外线发射电路，锁相电路的振荡信号由LM567的⑤脚输出，送至V1放大，驱动红外线发射管发出方波信号。集成电路mA741、红外接收管H2及其外围元件组成红外线接收电路，电感生产厂家红外线接收管H2将接收到的红外线信号转变成本身阻值的变化，经电阻R3、电容C3耦合到mA741的②脚，由mA741进行放大，555电路、三极管V2及其外围相关器件组成延迟输出电路，用来控制电磁阀打开的时间，当探测到棉花时，LED绿灯亮，继电器通电，常开触点闭合，开始喷雾。
红外线光电探测器探测棉花是靠红外线反射来完成的，在设定的有效探测范围内，如果没有棉花，红外线接收管接收不到反射红外光信号，LM567的⑧脚输出高电平,555的③脚输出低电平，三极管V2截止，电磁阀关闭不喷雾;当探测到棉花时，红外线接收管收到被棉花反射回来的红外线信号，经转换电路的转换，送至放大电路μA741进行放大，其放大信号送至LM567的③脚与本身振荡信号比较，当与本身振荡信号同频率时，LM567的⑧脚输出低电平,555的③脚输出高电平，三极管V2导通，继电器通电，电磁阀打开开始喷雾。
　　为了防止隔行探测产生误动作，可以通过调节探测有效距离L(L2为了保证喷头打开时间，由555、R7、C9组成单稳态延迟电路如图1。V2的输出脉宽Tp0=R7·C9·ln3≈1.1R7·C9。如果在电路的暂稳态持续时间内有干扰触发脉冲，则该脉冲不起作用，如图3，这就保证了电磁阀打开的时间。输出脉宽Tp0可以通过R7调节。