PWM间歇式变量喷雾的雾化特性
PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验
PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【摘要】由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究.采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度.经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】变量喷雾;脉宽调制;水敏试纸;变异系数【作者】蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S49变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的重要技术手段[1]。
变量喷雾施药可以通过变喷雾时间、变喷雾压力及变药液浓度3种途径实现。
PWM技术调节电磁阀实现流量控制是一种变喷雾时间方法，相对于其他变量喷雾技术其实现简便，对喷雾粒径影响较小[2-3]，故应用较为广泛。
由于植保作业过程中靶标的分布较难获得甚至无法获得，因此喷雾机械的喷雾均匀性指标对防治效果影响很大。
PWM 变量喷雾是在一个控制周期内调节电磁阀开闭的时间来完成流量调节，致使喷雾机运动方向上的雾滴均匀性较难控制。
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【摘要】PWM间歇喷雾式变量喷施过程中,电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击,致使喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性发生畸变,降低了喷雾质量.为研究电磁阀通径对实际喷雾压力波动特性的影响,基于自主研制的脉宽调制间歇式喷雾变量喷施系统试验台,进行了测试试验.测试结果表明:系统压力与喷头流量一定时,随着电磁阀通径减小,压力波动均值减小,压力波动程度增大;在通径为DN15情况下,压力波动离散率≤0.002;在通径为DN10情况下,压力波动离散率≤0.01;在通径为DN6情况下,压力波动离散率呈较大幅度变化;且当系统压力发生阶跃时,电磁阀通径越小,喷雾压力波动振幅越大.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】7页(P164-169,174)【关键词】变量喷施;压力波动;电磁阀通径;喷头流量【作者】蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】S274.2;TP2720 引言在PWM变量喷雾的过程中，电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击，导致实际喷雾压力产生波动，而喷头的雾量分布和喷雾流量对喷雾压力波动较为敏感[1-3]，大幅度波动致使其控制精度和稳定性受到一定的影响。
国内外学者对PWM变量喷施的施药量控制[5-10]及雾化特性[15-19]等已经有了一定研究。
Han等对PWM电磁阀控制间歇喷雾式变量喷施系统进行了详细研究，发现由于喷雾压力不稳而引起的喷雾流量变异较大[4]。
但国内外有关PWM变量喷施过程中，针对压力波动变化特性的研究很少。
PWM间歇式变量喷雾的雾化特性
PWM间歇式变量喷雾的雾化特性邓巍;丁为民;何雄奎【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2009(040)001【摘要】采用频率在20Hz以内可调、占空比可调的方波信号驱动开关电磁阀,改变电磁阀门开通和关断的时间,实现了基于脉宽调制(PWM)技术的间歇式脉动变量喷雾.以农业喷施中常用的平口扇形喷嘴为例,从间歇式脉动变量喷雾的流量调节范围、雾量分布、喷雾角、雾滴粒径、雾滴速度及喷雾动态特性随流量的变化规律等方面,分析讨论了PWM间歇式脉动变量喷雾的雾化特性.研究结果是,流量调节范围为4.17;随流量的减小,雾量分布向中央集中的趋势很小,雾滴粒径稍增大,喷雾角、雾滴粒径随流量的变化率分别为0.0433(°)/%、0.616μm/%,影响程度很微小;随流量的减小,雾滴速度基本无变化,动能中值直径(KEMD)和比能(SE)随流量的变化率分别为-0.63μm/%、0.2451J/(kg·%),流量控制对喷雾动态特性的影响也较小.【总页数】5页(P74-78)【作者】邓巍;丁为民;何雄奎【作者单位】中国农业大学理学院,北京,100094;南京农业大学工学院,南京,210031;中国农业大学理学院,北京,100094【正文语种】中文【中图分类】S49【相关文献】1.基于压力变量喷雾的雾化特性及其比较 [J], 邓巍;何雄奎;丁为民2.PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响 [J], 蒋斌;李林;李晋阳;魏新华3.基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计 [J], 武同昆;周超英;谢鹏4.PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击 [J], 吉鑫;崔银伟5.PWM变量控制喷头雾化特性研究 [J], 郭一鸣; 张瑞瑞; 陈立平; 李龙龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击
PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击吉鑫;崔银伟【摘要】在PWM间歇喷雾式变量喷施系统中,流量变化会引起喷杆各管路中的压力损失的变化,电磁阀的快速启闭会在管路中形成液压冲击,致使各喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性出现畸变.为揭示其管路压力损失的变化特性和液压冲击特性,构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统,并对其进行了流体动力学分析,确定了不同喷雾流量下的管路药液流态,建立了压力损失和液压冲击的计算模型,分析了0.3 MPa设定喷杆压力下的管路压力损失变化范围和液压冲击幅度,并进行了实际试验测试.结果表明:在0.3 MPa设定喷杆压力下,同一喷头前端管路的压力损失的变化幅度可达140 kPa,不同喷头间的实际喷雾压力差异可达25 kPa,由于电磁阀快速启闭而引起的液压冲击幅值可达170 kPa.【期刊名称】《农业装备技术》【年(卷),期】2019(045)001【总页数】7页(P27-33)【关键词】脉宽调制;变量喷施;液压冲击;压力损失【作者】吉鑫;崔银伟【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013【正文语种】中文0 引言PWM间歇喷雾流量调节式变量喷施系统可在设定喷杆压力不变的情况下实现各喷头喷雾流量的独立调节，流量调节范围大、动态响应速度快、雾化特性一致性好，是变量喷施的主要控制方式之一[1-6]。
但流量变化会引起管路压力损失的改变，致使喷头实际喷雾压力出现波动、喷头间的实际喷雾压力出现差异；电磁阀的快速启闭会在管路中引起液压冲击，进一步加剧了喷头实际喷雾压力的波动[7-8]；喷头的喷雾流量和雾化特性对喷雾压力比较敏感[9-10]，致使喷雾流量控制精度受到较大影响。
Han等以一台商购的喷杆喷雾机为基础，构建了一套PWM变量喷施系统，并对其进行了详细研究，发现由于喷头喷雾压力的波动和喷头间喷雾压力的差异而造成的喷雾流量控制误差高达-15%～12%[8]。
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制
Abstract： In order to study the application rate control characteristics of blended pulse variable rate application system， a blended pulse variable rate application system was constructed based on a commercial boom sprayer and by integration of high speed direct acting solenoid valves （ type 6013 ） ， hollow cone nozzles （ type TR8005 ） ，pilotoperated proportional relief valve （ type DBEE61X /50 ） and a selfdesigned PWMbased variable rate application controller． Influences of diaphragm pump ’ s input shaft rotating speed，nozzle positions，spray pressure，PWM signal frequency and duty cycle on nozzle’ s spray flow rate were tested． Computational models of the nozzle’ s spray flow rate under spray pressure of 0. 2 MPa， 0. 3 MPa and 0. 4 MPa were fitted through monothetic linear regression，and corresponding control models of application rate were deduced． Application rate control characteristics testing experimentation of the blended pulse variable rate application system was performed too． Test results show that influences of nozzle positions and PWM signal frequency on the nozzle ’ s spray flow rate are very little ，spray pressure and PWM signal duty cycle have crucial influences on the nozzle’ s spray flow rate， the ratio of flow regulation is about 10∶ 1 with combine of the solenoid valve and the nozzle used in the system，the control error of spray flow rate is less than ± 4% when objective spray flow rate is greater than 0. 3 L / min，and the control error of application rate is less than ± 6% ． Key words： Variable rate application Pulse width modulation Application rate Control
科技成果——处方变量施药喷杆式喷雾机
科技成果——处方变量施药喷杆式喷雾机
成果简介
处方变量施药喷杆式喷雾机主要针对我国现有喷杆式喷雾机只能进行大面积均匀施药，而无法根据农田各小区域的具体情况进行按需变量施药，造成大量农药浪费的现状，通过对各喷头电磁阀的PWM （脉宽调制）实现各喷头喷雾流量的独立调节；通过车载信息处理系统的北斗定位和嵌入式GIS实现施药处方图的在线解译；由变量喷施控制器输出24路PWM信号实现施药过程控制；通过对3个电磁阀控制溢流支路和1个比例流量阀控制溢流支路总溢流量的实时调控，实现系统喷雾压力的稳定控制；并以机组实时作业速度为依据，对各喷头的实际喷雾流量和系统喷雾压力进行调节，以保证在机组作业速度大幅度变化时仍能保持单位面积实际施药量的稳定；通过处方变量施药功能实现农药的按需施用和喷幅控制，从而大幅度提高农药的有效利用率。
经江苏省农机试验鉴定站检测，该机喷雾流量调节比1：10、喷雾流量控制误差≤±2%、施药量控制误差≤±3%。
相关技术已授权多项发明专利。
经中国机械工业联合会鉴定，相关技术达到国内领先水平。
所处阶段样机
市场前景
PWM间歇喷雾式变量施药技术、喷雾压力稳定控制技术和施药量稳定控制技术国内领先，相关技术已授权发明专利9件。
其中变量施药技术和施药量稳定控制技术已列入“十三五”中国农机工业植保机械领域要解决的关键技术。
合作方式合作开发。
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性魏新华;于达志;白敬;蒋杉【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2013(000)005【摘要】Owing to its intermittently spraying characteristics, spray deposition distribution uniformity of PWM-based variable rate application system is hard to control. A PWM-based variable rate application testing system was constructed by integration of a modified commercial boom sprayer and an IPC-based measurement and control system to study its static deposition distribution characteristics. The sprayer consisted of a fluid tank, a filter, a diaphragm pump, a proportional relief valve, 12 high speed on-off solenoid valves, 12 TR80-05 hollow-cone nozzles and various pipelines, mounted on a tractor, and was driven by the tractor via its power take-off shaft. The IPC-based measurement and control system was composed of a pressure sensor, 4 flow sensors, a signal conditioning module, an IPC, an analog input data acquisition card、a PWM signal output card、an analog output card, and 2 driving modules. Real-time monitoring of subgroup flow and boom pressure, feedback stable control of average boom pressure, setting of the average boom pressure, and setting of frequency and duty cycle of the PWM signal were performed by the measurement and control software which was developed with Labview. Droplets were collected with a matrix-styled droplet collection device, ithad a horizontal collection dimention of 1000 mm×1000 mm and was divided evenly into 20×20 grids. Putting a paper cup in each grid, weighting the cups before and after each spraying test, droplet deposition of each grid could be deduced, and two-dimentional deposition distribution was obtained. Static deposition distributions of the PWM controlled nozzle were tested under various spray conditions of different spray pressures, different frequencies and duty cycles of PWM signal with the tractor holding still and the tested nozzle 0.5 m distance above the droplet collection area. And nonlinear regression analyses were performed on static deposition distribution specimens acquired under spray conditions of 0.3MPa spray pressures, 2Hz PWM signal frequency and different PWM signal duty cycles to construct their static deposition distribution models on dimension of droplet collection grid unit. Test and analysis results show that static deposition distribution models of theTR80-05 hollow-cone nozzles have a centrosymmetric shape of circularring and accords with the two-dimensional dual normal distribution, droplet deposition and radius of the deposition circular ring increase with the increasing of spray pressure, droplet deposition is approximately proportional to the duty cycle of PWM signal, the duty cycle of PWM signal has less effect on radius of the deposition circular ring, and the frequency of PWM signal has less effect on the static deposition distribution.% 由于脉宽调制(PWM)间歇喷雾式变量喷施系统的间歇喷雾特性，其雾量分布均匀性较难控制，为此该文采用隔膜泵、比例溢流阀、高速开关电磁阀、TR80-05型空心圆锥雾喷头和工控机测控系统等构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施试验系统，并对其静态雾量分布特性进行了试验研究.在不同喷雾压力、不同PWM 信号频率和占空比下，采用矩阵式雾量收集装置对PWM 喷头的静态雾量分布进行了测试，并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3 MPa、PWM信号频率2 Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型.结果表明：TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状，且近似符合二维双正态分布；随喷雾压力的增大，雾量沉积量增加，且雾量分布圆环区域半径增大；PWM 信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系，而对雾量分布圆环区域半径的影响较小；PWM信号频率对静态雾量分布影响很小.【总页数】6页(P19-24)【作者】魏新华;于达志;白敬;蒋杉【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;合肥师范学院电子信息工程学院，合肥 230061【正文语种】中文【中图分类】S49【相关文献】1.PWM间歇喷雾变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试 [J], 于达志;陈树人;魏新华2.脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制 [J], 魏新华;蒋杉;张进敏;李青林3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐4.脉宽调制型变量喷雾系统雾量沉积分布 [J], 吴春笃;杜彦生;张伟;张波;陈志刚5.PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击 [J], 吉鑫;崔银伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
科技成果——变量施药技术及装备
科技成果——变量施药技术及装备成果简介
本项目属于植保机械领域，主要涉及脉宽调制（PWM）间歇喷雾式变量喷施技术、PWM变量喷施控制器和变量施药装备等内容。
PWM变量喷施技术通过对喷头电磁阀的开关控制实现喷头的间歇式喷雾，通过对电磁阀控制信号的脉宽调制（即占空比调节）实现喷头平均喷雾流量的调节。
PWM变量喷施控制器可输出12路独立可调的PWM控制信号，分别控制12个喷头，实时检测机组作业速度、系统喷雾压力和系统总喷雾流量，并根据以上信息及各喷头的设定施药量，对各喷头电磁阀的占空比进行动态调控，从而实现各喷头喷雾流量的精确控制。
应用PWM变量喷施技术和PWM变量喷施控制器可对传统的喷杆式喷雾机和果园弥雾机进行变量喷施改造，根据实际施药区域和施药量要求，进行喷幅和喷药量的动态调控，并在机组作业速度发生波动时，维持各喷头实际施药量的稳定，从而实现按需施药，并避免出现重喷、漏喷和喷出界问题。
性能指标
经江苏省农业机械试验鉴定站检测，PWM变量喷施喷杆式喷雾机的喷雾流量调节范围为10、喷雾流量控制误差≤±2%、喷药量控制误差≤±2.9%，满足变量施药要求。
与国外同类技术相比，本项目在喷雾流量调节范围和喷药量控制精度等方面达到了国外同类产品水平，在喷雾压力独立稳定控制和动态雾量分布均匀性控制等方面超
过了国外同类技术水平。
适用范围
该项目可实现按需施药，对节约农药、减少农产品农药残留、保护农业生态环境具有重要意义。
该项目可广泛应用于大田植保和果园植保，市场前景广阔。
投资规模
用于传统喷杆式喷雾机或果园弥雾机的改造，仅需增加成本1-3万元。
合作方式技术转让。
变量喷施技术及其雾化特性评价方法综述
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农药与剂型 & !! 现代农药使用技术由 & 部分组成 $ 施药工艺和施药器械 ' 我国农药生产技术处于国际 先进水平 ! 但农药有效利用率低 & 农产品农药残留超 环境污染 & 作物药害 & 操作者中毒等问题突出 ! 其 标& 主要原因是施药工 艺 与 施 药 器 械 落 后 ! 与欧美发达 国家 相 差 & "#A "年
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施装置后 ! 还应了解其雾化特性 ! 以此作为此种变量 喷施技术适用于精确农业高效喷施系统的技术推广 依据 ' 因此对于变量喷雾装置的雾化特性评价研究 至关重要 ' 现阶段在我国 ! 由于变量喷施技术的不完善 ! 其 还有很大的改进 & 应用和发展将是一个渐近的过程 ! 创新 & 研究空间 ' 在 流 量 控 制 装 置 对 喷 头 雾 化 特 性
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已 的落后现状与我国 高 速 发 展 的 农 药 水 平 不 相 称 ! 妨碍了农作物病虫 害 的 防 治 ! 造成了不应有的损失 和不良后果 ' 欧美发达国家 ! 早在上世纪 B " 年代已 特种农 业 机 械, 行 列! 设有专门管 将植保机械列入 + 理部门和机构 ' 在 我 国 加 入 世 贸 组 织 承 诺 中 ! 植保 机械被列 入 强 制 执 行 性 安 全 认 证 的 产 品 " 目 1 1 1#
基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计
５ ８ ｍ ｍ 的条 件 下 ， 获 得 了离 心 雾 化 喷 头在 不 同的 占空 比对 应 的雾 滴 中值 直径 和 覆 盖 率 大小 ， 通 过 上 位 机 就 可 以实
现 电动 离 心 喷头 转 速 的 较 大范 围的 调 整 ， 可 以在 不 同 喷雾 环 境 下 针对 不 同的 农作 物使 用 这套 系统 。 关键 词 ：Ｐ ＷＭ；远 程 控 制 ；离 心 雾 化 ； 喷雾 系 统 ；单 片机
２ ０ １ ７年 ７月
农 机 化 研 究
第 ７期
基于 Ｐ ＷＭ 的 远 程 控 制 新 型 变 量 喷 雾 系 统 设 计
武 同昆 ，周 超英 ，谢 鹏
（ １ ． 哈 尔 滨 工业 大 学 （ 深 圳 ），广东 深 圳 ５ １ ８ ０ ０ ０；２ ． 深圳 市 先 进 制 造技 术 重 点 实验 室 ，广 东 深 圳 ５ １ ８ ０ ０ ０） 摘 要 ：针 对 目前地 面植 保 喷雾 机 械 的 局 限性 ， 开 发 了一 种 新 型 的 变 量 喷 雾 系 统 。该 系 统 在 保 持 电 动 离 心 喷 头
天气条件 下 ， 针 对 不 同 的农 作 物 ， 调 节 雾 滴 粒 径 的 大 小 和覆 盖 率 ， 达 到精 准 施药 的 目的 。
２ ０ １ ０年 ， 玄 子 玉 等人 研 究 了基 于 单 片 机 的 喷 雾
控 制 系统 硬 件 电路 设 计 ， 对 大 田喷雾 机 喷 雾控 制 系 统
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ． ５； Ｓ １ ２ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３ — １ ８ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ７） ０ ７ — ０ ０ ７ ６ — ０ ７
０ 引 言
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PWM间歇式变量喷雾的雾化特性
作者：邓巍， 丁为民， 何雄奎， Deng Wei， Ding Weimin， He Xiongkui
作者单位：邓巍,何雄奎,Deng Wei,He Xiongkui(中国农业大学理学院,北京,100094)， 丁为民,Ding Weimin(南京农业大学工学院,南京,210031)
刊名：
农业机械学报
英文刊名：TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY
年，卷(期)：2009,40(1)
被引用次数：3次
1.Giles D K;Ben-Salem E Spray droplet velocity and energy in intermittent flow from hydraulic nozzles 1992
2.Giles D K;Comino J A Droplet size and spray pattern characteristics of an electronic flow controller for spray nozzles 1990
3.邓巍;丁为民;柳平增基于MATLAB的雾化图像处理及雾化角的测定[期刊论文]-西北农林科技大学学报(自然科学版) 2006(07)
4.JB/T 9782-1999.植保机械通用试验方法
5.张仁惠;乔信起;黄震柴油机喷雾速度场的激光相位多普勒测试[期刊论文]-现代车用动力 2002(01)
6.邓巍;丁为民基于PWM技术的连续式变量喷雾装置及其喷雾特性[期刊论文]-农业机械学报 2008(06)
7.朱金文;吴慧明;孙立峰叶片倾角、雾滴大小与施药液量对毒死稗在水稻植株沉积的影响[期刊论文]-植物保护学报 2004(03)
8.Kirk I W Measurement and prediction of helicopter spray nozzle atomization[外文期刊] 2002(01)
1.魏新华.蒋杉农药变量喷施技术的研究现状及发展趋势[期刊论文]-农机化研究 2011(2)
2.邓巍.何雄奎.丁为民基于压力变量喷雾的雾化特性及其比较[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版） 2009(6)
3.赵辉.宋坚利.曾爱军.何雄奎喷雾液动态表面张力与雾滴粒径关系[期刊论文]-农业机械学报 2009(8)
4.魏新华.蒋杉农药变量喷施技术的研究现状及发展趋势[期刊论文]-农机化研究 2011(2)
本文链接：/Periodical_nyjxxb200901016.aspx。