气流辅助喷雾中叶片姿态传感系统的创新应用：基于豇豆与柑橘的叶片偏转与雾滴沉积相关性研究

针对气流辅助喷雾中叶片动态姿态影响雾滴沉积的机制难题，本研究开发了轻量化叶片姿态传感器系统（输出频率0.2–200 Hz），通过实时监测豇豆与柑橘叶片在x、y、z三轴偏转角度，首次揭示了叶片偏转与叶背雾滴覆盖率的相关性（x轴负相关/z轴正相关），为优化植保设备参数提供理论支撑。

　　

在农业植保领域，作物茂盛生长期冠层密闭导致的雾滴穿透不均问题长期困扰着精准施药。传统气流辅助喷雾技术虽能通过扰动叶片提升沉积均匀性，但叶片动态响应与雾滴沉积的定量关系始终是"黑箱"。尤其当红蜘蛛等害虫主要侵袭叶背时，如何提升该区域的药剂覆盖率更成为行业痛点。现有研究多依赖计算流体力学(CFD)模拟或高速摄影，这些方法在田间复杂环境中往往"水土不服"——要么受限于设备体积和功耗，要么难以实时获取三维姿态数据。

中国农业机械化科学研究院（注：机构名称根据国内惯例规范化）的研究团队另辟蹊径，将微型惯性测量单元(JY901S传感器)与植物生理特性相结合，打造出仅1.2克重的"叶片运动记录仪"。这套系统如同给叶片装上"智能手环"，能以200 Hz高频记录x、y、z三轴偏转角度，在真实喷雾场景中破解了叶片"舞蹈"与雾滴"落脚点"的密码。

研究团队采用多学科交叉技术：通过弹性模量测试筛选适配作物（柑橘/豇豆/芒果）；建立图像处理-传感器数据双校验系统（R²>99%）；结合风洞实验与田间测试，首次实现叶片动力学与沉积效果的同步采集。特别设计的夹持结构使传感器对叶片刚度影响小于10%（Rcws系数0.95-1.05），确保数据真实可靠。

【Usefulness evaluation】部分证实：该系统对柑橘、豇豆等革质叶片适用性最佳，苹果等薄叶作物需进一步优化。精度验证显示，传感器与高速摄影捕捉的偏转角度误差小于5°，满足田间分析需求。

【Field application】章节突破性发现：豇豆叶背覆盖率与x轴偏转角呈显著负相关（r=-0.82），与z轴呈正相关（r=0.76）；柑橘中上冠层同样存在x轴负相关规律。这些数据为"叶片翻转-雾滴暴露"机制提供直接证据，解释为何强气流反而可能降低叶背沉积——过度偏转会使叶背"躲藏"起来。

讨论部分指出，该传感器系统填补了流体-结构耦合(FSI)研究的田间数据空白。相比CFD模拟耗时的迭代计算，实采数据可直接指导喷雾参数优化：例如针对柑橘冠层特性，应控制气流使x轴偏转在15°-25°区间，既能保证雾滴穿透又避免叶背过度翻转。论文发表在《Biosystems Engineering》的结论强调，这项"叶片物联网"技术为植保无人机(UAV)喷头设计、果园风送式喷雾机参数设置提供了量化依据，未来可通过机器学习建立偏转角度-沉积模型，推动精准施药从"经验驱动"迈向"数据驱动"。