نقدم بروتوكولات لاستخدامها في قياس حجم رذاذ قطرات من فوهات الزراعية المستخدمة في التطبيقات الكيميائية الزراعية استنادا الجوية والبرية. وقد وضعت هذه الأساليب تعرض لتوفير متسقة وقابلة للتكرار البيانات حجم القطيرات على حد سواء بين الدول وداخل المختبر، عند استخدام أنظمة الحيود ليزر.
عند اتخاذ أي طلب من أي مواد حماية المحاصيل مثل مبيدات الحشائش أو المبيدات الحشرية، يستخدم قضيب مجموعة متنوعة من المهارات والمعلومات لجعل التطبيق بحيث تصل المواد إلى الموقع المستهدف (أي النبات). المعلومات الهامة في هذه العملية هو حجم القطيرات التي فوهة خاصة رذاذ، رذاذ الضغط، والجمع بين الحل رذاذ يولد، وحجم القطيرات يؤثر إلى حد كبير فعالية المنتج، وكيف يتحرك رذاذ من خلال البيئة. الباحثين ومصنعي المنتجات عادة ما تستخدم أجهزة حيود الليزر لقياس حجم رذاذ قطرات في أنفاق الرياح المختبر. العمل المقدم هنا يصف الأساليب المستخدمة في إجراء قياسات حجم رذاذ قطرات بمعدات حيود الليزر لسيناريوهات كلا الأرض وتطبيق الجوي التي يمكن استخدامها لضمان بين الدول وداخل المختبر الدقة مع التقليل من التحيز أخذ العينات المرتبطة بنظم حيود الليزر. الحفاظ على قياس النقدي ديمواقف وتدفق الهواء المتزامنة في جميع مراحل عملية الاختبار هو المفتاح لهذه الدقة. في الوقت الحقيقي تحليل نوعية البيانات أمر بالغ الأهمية لمنع الاختلاف الزائد في البيانات أو إدراج غريبة من بيانات خاطئة أيضا. وتشمل بعض القيود المفروضة على هذه الطريقة فوهات الرش غير نمطية، حلول رذاذ أو تطبيق الشروط التي تؤدي إلى تيارات الرش التي لا تفتيت بالكامل ضمن مسافات قياس مناقشتها. التكيف الناجح لهذه الطريقة يمكن أن يوفر طريقة فعالة للغاية لتقييم أداء الكيماويات الزراعية فوهات رش تحت مجموعة متنوعة من البيئات التشغيلية. كما ناقش محتملة لاعتبارات التصميم التجريبية التي يمكن تضمينها لتعزيز وظيفة من البيانات التي تم جمعها.
عند اتخاذ أي تطبيق المبيدات الزراعية، والاهتمامات الأساسية وضمان أقصى قدر من الفعالية البيولوجية مع تقليل أي حركة بعيدا عن الهدف وما يرتبط بها من الأثر البيئي الضار أو غيرها من الأضرار البيولوجية غير المستهدفة. واحدة من العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند إنشاء أي بخاخ، قبل تطبيق، هو حجم القطيرات، التي طالما تم الاعتراف بها باعتبارها واحدة من المعلمات الابتدائية التأثير الكلي رذاذ الترسيب، وفعالية، والانجراف. في حين أن هناك عددا من العوامل الأخرى التي يحتمل أن تؤثر ترسب الرش والانجراف، حجم القطيرات هي واحدة من أسهل لتغيير لتناسب احتياجات سيناريو تطبيق معين. ويتأثر حجم القطيرات من أي فوهة الرش الزراعية من قبل عدد من العوامل بما في ذلك، ولكن ليس على سبيل الحصر، نوع فوهة، فوهة حجم الفوهة، وضغط الرش وحل رذاذ الخصائص الفيزيائية. مع التطبيقات الجوية، وتأثير إضافي من القص الهواء الناتج عن السرعة الجوية للطائرة وتوجه فوهة نسبة إلى أن airshear، يسبب تفكك الثانوية من الرش ترك فتحات 1. مع كل هذه العوامل، تواجه تطبيقها مع المهمة الصعبة المتمثلة في إجراء التحديد فوهة المناسبة والقرارات الإعداد التشغيلية التي تؤمن أن يتم استيفاء جميع المبيدات التسميات وأن ينتج عن ذلك من حجم رذاذ قطرات هو من النوع الذي ترسب على هدف وفعالية بيولوجية تتم المحافظة مع التقليل بعيدا عن الهدف الحركة. والهدف من هذه الطريقة هو توفير معلومات واضحة وموجزة عن حجم القطيرات الناتجة عن مختلف مجموعات العوامل المؤثرة لدعم القرارات التنفيذية قضيب و.
في حين أن هناك عددا من الأدوات المتاحة لقياس حجم القطيرات من البخاخات، والقياسات من فوهات رش الكيماويات الزراعية وعادة ما تكون إما حيود الليزر، والصور، أو مرحلة دوبلر استنادا 2. أساليب التصوير ومرحلة دوبلر المعتمدة على أساليب الجسيمات المضادة وحيدة،وهذا يعني أن المناطق الصغيرة في سحابة الرذاذ وتركز على، مع الجزيئات الفردية التي يجري قياسها 3. في حين طرق حيود الليزر تأخذ على قياس الفرقة، وهذا يعني توزيع مجموعة من الجسيمات تقاس بسرعة 3. في حين أن هذه الأساليب تختلف من حيث المبدأ، مع الإعداد السليم والاستخدام، نتائج مماثلة يمكن الحصول على 4. وقد تم اعتماد أساليب الليزر الحيود على نطاق واسع من قبل المجتمع التطبيقات الزراعية نظرا لسهولة الاستخدام، والقدرة على قياس سرعة ارتفاع عدد المرشات كثافة واسع نطاق القياس الحيوي. كما تم إجراء قياس الفرقة، واجتياز واحد من سحابة الرذاذ من خلال خط القياس هو كل ما هو مطلوب لحجم القطيرات مركب من رذاذ بأكمله. وهذا يسمح لتقييم كفاءة من حجم القطيرات من عدد كبير من فوهات الرش ومجموعات المعلمة التشغيلية. وبالمقارنة، فإن أساليب الجسيمات المضادة واحدة تركز بالضرورة على أصغر بكثير مناطق خفة دمهين سحابة الرذاذ من أجل التقاط الجزيئات الفردية، وهذا يعني أن مواقع القياس متعددة يجب تقييم والجمع للعودة مركب النتيجة. وهذا يتطلب مزيدا من الوقت والجهد وحل رذاذ لتقييم سحابة الرذاذ واحد من الطرق المعتمدة على حيود الليزر. زيادة حجم الرش المطلوب يمكن أن يمثل مشكلة كبيرة إذا كان يتم اختبار المبيدات الفعلية نتيجة لزيادة تكاليف المواد المستخدمة وتكاليف التخلص منها. ومع ذلك، فإن أساليب الجسيمات المضادة وحيدة تقدم ميزة توفير عينة الزمنية، وذلك لأنها قياس عدد قطرات في وحدة الزمن يمر حجم العينة، في حين حيود الليزر يوفر عينة المكاني قياس يتناسب عدد قطرات داخل حجم معين 5. وجميع السرعات قطرة داخل معين رذاذ نفسه، فإن طرق تقديم نتائج متطابقة. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم أنظمة الرش وترتبط السرعات قطرةلقطيرة الحجم، مما أدى إلى وجود تحيز مع طرق أخذ العينات المكانية 6.
التغلب على هذا التحيز المكاني من قياسات حيود الليزر من خلال منهجية اختبار المناسبة هو جزء هام من تقييم رذاذ حجم القطيرات من فوهات الرش الزراعية (4). يتم تقليل التحيز المكاني عند اختبار فتحات في تيار الهواء المتزامنة من 13 م / ثانية، ومع موقع قياس تقع على مسافة مناسبة من فوهة، كما ان الجمع بين هذه المعايير النتيجتين في السرعات قطيرة متجانسة في جميع أنحاء رش السحابة 4. وعلاوة على ذلك، فإن التحيز المكاني صغير (5٪ أو أقل) لاختبار فوهة الجوي بسبب السرعات العالية المتزامنة تقييم 7،8. لتحديد طريقة الاختبار الأمثل للحد من التحيز المكاني مع مرافق نفق الرياح المنخفضة والعالية السرعة الحالية لدينا، وسلسلة من فوهات المرجعية المستخدمة لتحديد التصنيفات حجم الرش الزراعي 9 تم تقييم لحجم القطيرات شالغناء كل من حيود الليزر وطرق التصوير 10. وأجريت تقييمات التحجيم تحت عدة مجموعات من سرعة الهواء المتزامنة وقياس المسافة (المسافة من فوهة خروج إلى نقطة القياس)، ممثل مجموعة التشغيلية للمرافق القائمة. وتمت مقارنة قياسات حيود الليزر إلى نتائج الصور لتحديد التحيز المكاني المحتملين والجمع الأمثل للقياس المسافة وتحديد السرعة الجوية المتزامنة لإجراءات التشغيل القياسية. وعلى مسافة قياس 30.5 سم والسرعة الجوية المتزامنة من 6.7 متر / ثانية لتقييم فوهات الرش الأرضي في نفق سرعة الرياح منخفضة خفض التحيز المكاني إلى 5٪ أو 10 أقل. تم الحصول على التحيزات المكانية من 3٪ أو أقل لتقييم فوهة الجوية في النفق بسرعة عالية، لجميع السرعات اختبار، وعلى مسافة قياس 45.7 سم (10). باستخدام هذه الأساليب القياسية، فإن الكتاب أيضا قادرة على إثبات أن المختبر إلى المختبر variabiيمكن أن يكون الحد الأدنى عنه lity، وتوفير لتتفق البيانات حجم القطيرات بين المختبرات 11.
وقد أجريت جميع التجارب حجم القطيرات أظهرت كجزء من هذا العمل في منشأة أبحاث رذاذ الانحلال وحدة USDA-ARS-جوي تطبيق تقنية البحوث. تم وضع نظام حيود الليزر المصب من فوهة في المسافات المحددة في قسم البروتوكول. لاختبار فوهة الأرض، وتكوين نظام حيود الليزر، باتباع إرشادات الشركة المصنعة، لدينا مجموعة حجم الديناميكي لل18-3،500 ميكرون عبر 31 صناديق 12. وعلى نحو مماثل للفوهة الجوية اختبار النظام تم تكوينها مع مجموعة حجم ديناميكية من 9 إلى 1750 ميكرون، كما عبر 31 صناديق 12. وأجريت تقييمات فوهة رذاذ مقرها الجوية في الهواء بسرعة عالية لمحاكاة الظروف الجوية التطبيق. تم اختبار فوهات الرش الأرضي في القسم الأكبر نفق الرياح مع سرعة الطيران المتزامنة واحدة للحد من سباللمحاكمة التحيز من حيود الليزر. الفوهات التي يجري اختبارها تمركزت المنبع من نظام حيود الليزر في المسافات المعطى في قسم البروتوكول. وقد شنت الفوهات على اجتياز خطي يسمح للعمود رذاذ يجب أن تجتاز عموديا من خلال منطقة القياس خلال دورة قياس معين. يصف بروتوكول لاختبار فوهة أرضية تجربة فحص ثلاث فوهات نموذجية في اثنين من الضغوط الرش بينما يصف اختبار فوهة الجوي تجربة فحص اثنين من فوهات الرش نموذجية في اثنين من الضغوط الرش وثلاثة السرعات. كلا السيناريوهين اختبار استخدام "نشطة على بياض" حل رذاذ، بدلا من الماء فقط، لتحاكي تأثير الحلول رذاذ العالم الحقيقي.
وهناك عدد من الخطوات الهامة التي ينبغي اتباعها عند تطبيق هذه الطريقة. مع كل التقييمات فوهة الجوية والبرية، والمسافة من الخروج من فوهة إلى خط القياس يجب التأكد من صحتها قبل أي القياس. أي تباين في هذه المسافة يمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتائج. وبالمثل، فإن السرعة الجوية المتزامنة المستخدمة في اختبار فوهة الأرض يجب التأكد من صحتها وتعديلها إلى 6.7 متر / ثانية الموصى بها. والاختلافات في سرعة الطيران من تلك الموصى بها تؤثر بشكل كبير على النتائج بسبب أخذ العينات قضايا التحيز في السرعات المنخفضة، ويحتمل أن تزيد من تفكك الثانوي في السرعات العالية. أيضا، المحاذاة الصحيحة من مكونات نظام حيود الليزر أمر بالغ الأهمية من أجل ضمان النظام يعمل على دقة ودقة المواصفات المعتمدة من قبل الشركة المصنعة. الإعداد السليم والمواءمة بين فوهات النسبي لتدفق الهواء المتزامنة أمر بالغ الأهمية لضمان جودة البيانات، حتى طفيفاختلالات من بضع درجات في المواقع فوهات يمكن أن يؤدي إلى تأثيرات هامة على بيانات حجم القطيرات الناتجة عن ذلك.
الأساليب المقدمة يمكن تطبيقها على أي تكوين فوهة الرذاذ أو حل الرش لكل من الأرض والنظام الجوي. مع رشاشات الأرض، والتغيرات في رش حجم القطيرات وعادة ما تكون وظيفة من نوع فوهة وحجم وضغط الرش ونوع الحل رذاذ. مع الرش الجوي بدور إضافي في التغييرات في السرعة الجوية وتوجيه فوهة المحيطة بها تيار الهواء حاسمة لينتج عن ذلك من حجم القطيرات. هذه الطريقة يمكن استخدامها لتقييم التأثير المشترك لهذه العوامل على حجم القطيرات النهائي. ولكن هناك حالات نادرة عندما يتطلب الأمر بعض التعديلات على الطرق الموصى بها. على وجه التحديد، فإن الحلول الرش أو الرشاشات التي تتطلب مسافات أبعد من فوهة لانهيار كامل للرذاذ في الجسيمات المنفصلة تتطلب ضبط المسافة بين فوهة وبوين قياست. حتى الآن، كانت العلاجات حل فوهة / الرش الوحيدة التي كان يتطلب هذا النوع من التكيف فوهات تيار مستقيم في جميع الظروف التشغيلية وزاوية ضيقة الفتحات مروحة مسطحة مع إضافات رذاذ أن زيادة اللزوجة الحلول، عند قياسها في ظل ظروف تطبيق الاختبار الجوي. سيقوم النظام حيود الليزر لا يزال بإرجاع بيانات حجم القطيرات في حال تفكك غير كامل من سحابة الرذاذ، ولكن عادة ما يكون متحيزا البيانات الناتجة نحو أحجام قطرات أكبر من ذلك بكثير نتيجة لالأربطة رذاذ يتم قياسه من قبل النظام. في حين أن هذه الأربطة ليست جلية واضحة للعين المجردة، فإن وجودها عادة، تظهر بصريا في المؤامرة توزيع باعتباره ذروة الثانوية في نهاية أكبر من حجم حجم القطيرات (الشكل 3). على الرغم من نصح بتوخي الحذر في افتراض أن هذه الذروة الثانوية هي نتيجة وجود الأربطة، والاهتزازات الخارجية أو تدخل آخر في نظام حيود الليزر قد يتسبباستجابة مماثلة. كما يزيد من مستوى خبرة المستخدم، مما يجعل التمييز بينهما على أساس الأخطاء يصبح أسهل. في الحالة التي يكون فيها رذاذ الانحلال غير مكتمل، وجدنا أن تمديد المسافة أخذ العينات إلى 1.8 متر (لفوهات الرش الجوي) حل البيانات قضية الجودة والعوائد. هذه المسافة 1.8 متر هو في الواقع المسافة القياسية التي مجموعتنا بتقييم كل فوهات تيار مستقيم في ظل ظروف تطبيق الجوية. عند العمل مع فوهات الرش الأرضي، وهناك فئة من التصاميم فوهة التي تستخدم التوأم، شقة منفذ مروحة فتحة لقد يتطلب تعديل على فوهة تصاعد الإعداد لضمان عمود رذاذ بأكمله يمر عبر منطقة أخذ العينات دون قاذورات العدسات نظام حيود الليزر .
في حين تم تصميم هذا الأسلوب للحد من التحيز أخذ العينات بسبب التحيز المكانية المرتبطة بنظم حيود الليزر، فإنه لا يلغي تماما لهم، وهذا يعني أن القيم حجم القطيرات RETUلا يمكن أن تؤخذ آر ب "مطلق". الليزر الحيود لا توفر وسيلة لقياس وضبط، مما أدى البيانات حجم القطيرات للسرعات قطرة غير متجانسة بين احجام مختلفة في سحابة الرذاذ المركبة. هذا يصبح حاسما عندما تتم مقارنة مجموعات البيانات بين المختبرات، وخاصة فيما يتعلق فوهات الرش الأرضي. يستخدم الطريقة المقبولة حاليا لتوحيد النتائج والسماح بإجراء مقارنات بين المختبرات سلسلة من معايرة للغاية فوهات الرش المرجعية والبيانات التي تستخدم لوضع مجموعة من فئات تصنيف حجم القطيرات. وينبغي إجراء تقييم هذه الفتحات كجزء من كل تقييم التحجيم بالقطيرات. مزيد من التفاصيل حول الفتحات وتعريفات تصنيف يمكن العثور عليها في الجمعية الأمريكية للمهندسين الزراعية والبيولوجية (ASABE) "رذاذ فوهة التصنيف حسب القطرة الأطياف" معيار الدولي (ASAE / ANSI، 2009).
كما نوقش في فيtroduction، هناك أنظمة قطرة التحجيم أخرى إلى جانب حيود الليزر. حيث يوفر حيود الليزر مقياس مركب من حجم القطيرات عبر عمود رذاذ بأكمله، وهذه الأساليب الأخرى تركز في على مساحة صغيرة مع سحابة الرذاذ، وأخذ العينات سوى جزء صغير من سحابة الرذاذ الشاملة. الحصول على عينة تمثيلية من عمود كامل مع هذه الأساليب الآخرين يتطلب، تعبر أكثر من ذلك بكثير صارم، وتستغرق وقتا طويلا متعددة حبلي من منطقة المقطع العرضي للعمود رذاذ، مما أدى في عدد كبير من العينات الفرعية التي يجب أن تكون مجتمعة لتوليد نتيجة المركبة. وهذا يتطلب مزيدا من الوقت من استخدام حيود الليزر.
مرة واحدة وقد تم دمج هذه الطريقة بنجاح في برنامج أبحاث وتقنيات يتقن من قبل المستخدمين، والتحدي المقبل بإجراء تجارب جيدة التنظيم التي تهدف إلى فهم دور كل من العوامل تأثير يضطلع به فيما يتعلق بتشكيل حجم القطيرات. هذا هو بيكالتحدي إيه مما يبدو يعطى مزيج لا تبدو لها نهاية من نوع فوهة، فوهة الإعداد والعوامل التشغيلية، من السرعة وموقف فوهة (الرش الجوي) ويمزج دبابة في العالم الحقيقي المستخدمة في صناعة تطبيق الزراعية. أكثر من التحدي هو إيجاد وسيلة ليجعل هذه المعلومات متاحة لتطبيقها في شكل غير صالحة للاستعمال بسهولة. خيار واحد وقد استخدمت مجموعتنا مع نجاحا كبيرا هو فئة من تصاميم تجريبية تسمى السطوح الاستجابة التي تسمح لتطوير نماذج التنبؤ حجم القطيرات بناء على عدد محدود من العلاجات التجريبية يسمح لتقييم فعالة للغاية من فوهات الرش متعددة وحلول 14، 15. وقد استخدم هذا الأسلوب تصميم منظم لتطوير سلسلة من نماذج حجم القطيرات للالأكثر شيوعا الجوي 11 و الأرض فوهات 16 المستخدمة من قبل تطبيقها الزراعية.
The authors have nothing to disclose.
This study was supported in part by a grant from the Deployed War-Fighter Protection (DWFP) Research Program, funded by the U.S. Department of Defense through the Armed Forces Pest Management Board (AFPMB). Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity employer.
90% Non-ionic surfactant | Wilbur-Ellis | R11 | R11 is the trade name of Wilbur-Ellis non-ionic surfactant. |
HELOS-VARIO/KR | Sympatec GmbH System-Partikel-Technik | HELOS-VARIO/KR | This system is available with several different lens options that change the effective measurement size range. |
Wind Tunnel/Blower systems | Custom built | n/a | Airspeed range of Low speed system is 0-7 m/s and high speed from 18-98 m/s |
Air Compressor | n/a | n/a | There is no specific air compressor needed to feed the system. However, the larger the tank volume and the higher the working volumetric flow rating, the better it will keep up with the testing. |
2015 and 4015 Aerial Nozzles | CP Products | CP11TT and CP05 swivel with 2015 and 4015 tips | These were the aerial nozzles detailed in the methods, however, any number of spray nozzles can be evaluated by this method. |
11005, AI11005 and TTI11005 Ground Nozzles | Spraying Systems | XR11005, AI11005 and TTI11005 | As with the aerial spray nozzles, these were the nozzles detailed in the Protocol, but this method is not limited to these nozzles. |
200 psi Stainless Steel pressure tank | Alloy Products Corp. | B501-0328-00-E-R | There are a number of suppliers with similar pressure vessels that can be used. This suppliers had the highest pressure rated tanks on the market. |
Various plumbing and air fittings and hoses | n/a | n/a | Liquid and air plumbing fittings and hoses as needed to plumb the entire system. |
200 psi Pressure regulator | Coilhose Pneumatics | 8803GH | Any pressure regulator will work, this one was size to meet the high pressure needs as well as the plumbing used. |
Pressure transducer | Omega | PX419-150GV | This pressure transducer was selected to fit the higher pressure loads we use. There are other pressure ranges available from the manufacturer. |
Airspeed Indicator | Aircraft Spruce | Skysports dual dial airspeed indicator 30-250 mph. | Any airspeed indicator can be used. This one was selected to fit the speed range of our high speed aerial nozzle testing tunnel. |
Hot Wire anemometer | Extech | 407119 | There are also a variety of options for measureing the airspeed in the low speed wind tunnel used for testing ground nozzles. |