專利名稱：植物葉綠素測(cè)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量植物葉綠素的裝置，更具體地說，它涉及一種植 物葉綠素測(cè)量儀。
背景技術(shù)：
氮肥是植物體內(nèi)氨基酸的組成部分、是構(gòu)成蛋白質(zhì)的成分，也是植物進(jìn)行 光合作用起決定性作用的葉綠素的組成部分。在不同氮肥施用水平下，植物生 長狀況和產(chǎn)量都會(huì)發(fā)生變化。在保證植物產(chǎn)量及品質(zhì)的前提下，確定最佳施肥 期和最佳施肥量，不僅可以節(jié)省用肥量，而且可以減少化肥污染，保護(hù)環(huán)境。
目前，針對(duì)植物葉片葉綠素含量及含氮量的測(cè)量方法主要為化學(xué)方法，可 這種手段由于是以破壞作為活體的植物為前提，所以不是人們想要的方法。另 外由于利用化學(xué)藥品，其處理等需要很多功夫和時(shí)間，也不適用。因此，無損 檢測(cè)技術(shù)近年來在植物氮營養(yǎng)診斷中得到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為極有發(fā)展前途的植 物營養(yǎng)診斷技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)是用兩種不同波長的光分別照射到植物葉片表面， 從植物葉片的另一面接收透射的光，并比較透射光與原照射光的光密度差異， 進(jìn)而測(cè)量出葉綠素的相對(duì)含量，這種方法更適合于具有較薄葉片的植物，對(duì)于 測(cè)量較厚植物葉片葉綠素含量時(shí)，測(cè)量精度會(huì)受到影響。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了 一 種便攜式的對(duì)厚、薄葉片的植物皆適用的植物葉綠素測(cè)量儀。
.為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的植物葉綠 素測(cè)量儀由安裝有控制軟件的計(jì)算機(jī)、光纖光語儀和測(cè)量探頭組成，計(jì)算機(jī)與 光纖光譜儀之間電連接，光纖光鐠儀與測(cè)量探頭之間是光纖和電連接。
所述的測(cè)量探頭由激光發(fā)生裝置、熒光接收探頭和測(cè)量探頭體組成。熒光 接收探頭安裝在測(cè)量探頭體的中軸線上，激光發(fā)生裝置與熒光接收探頭之間成 45°地安裝在測(cè)量探頭體上，熒光接收探頭與光纖光譜儀之間光纖連接，激光 發(fā)生裝置與光纖光i普儀之間電連接。
技術(shù)方案中所述的激光發(fā)生裝置由激光二極管、控制電路組成。激光二極 管的引腳l、引腳2、引腳3分別與控制電路的接線端LD-、接線端LD+、接線 端PD+電連接，控制電路接線端VCC與電源電連接；所述的熒光接收探頭主要 由準(zhǔn)直透鏡組成。熒光接收探頭與光纖光譜儀之間采用具有型號(hào)為SMA-905標(biāo) 準(zhǔn)接頭的光纖(c)連接。
實(shí)施植物葉綠素測(cè)量儀的第二套技術(shù)方案是第 一套技術(shù)方案中所述的安裝有控制軟件的計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀都采用安裝上藍(lán)牙無線傳輸裝置的計(jì)算機(jī)與 光纖光譜儀，那么在第二套技術(shù)方案中計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀之間是無線傳輸方 式的連接，安裝有藍(lán)牙無線傳輸裝置的光纖光譜儀與測(cè)量探頭之間是光纖和電 線連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是
1. 本實(shí)用新型所述的植物葉綠素測(cè)量儀及葉綠素測(cè)量方法解決了傳統(tǒng)化學(xué)
方法4喿作繁瑣、化驗(yàn)費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)，達(dá)到測(cè)量時(shí)間短、操作簡單，可操作性強(qiáng)；
2. 本實(shí)用新型所述的植物葉綠素測(cè)量儀檢測(cè)植物葉綠素含量時(shí)，其測(cè)量探 頭在植物生長地直接接觸植物葉片即可完成，避免了活體破壞，實(shí)現(xiàn)了無損檢 測(cè)；
3. 本實(shí)用新型所述的植物葉綠素測(cè)量儀及葉綠素測(cè)量方法解決了目前一些 測(cè)量方法如透射光密度差法在測(cè)量較厚植物葉片時(shí)遇到的精度不高的問題，測(cè) 量精度不受植物葉片厚度影響，測(cè)量范圍更廣；
4. 本實(shí)用新型所述的植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量準(zhǔn)確，精度高，對(duì)植物葉綠素 含量的測(cè)量誤差僅為1%左右，對(duì)植物葉片氮含量的測(cè)量誤差低于1%;
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明 圖l是植物葉綠素測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)、原理框圖2是植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量探頭和植物葉片工作位置關(guān)系的主視圖； 圖3是植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量探頭和植物葉片工作位置關(guān)系在圖2中A-A 位置的剖^L圖4是移去植物葉片后植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量探頭的俯視圖5是安裝有控制軟件的計(jì)算機(jī)采用安裝有控制軟件和藍(lán)牙無線傳輸裝置
的計(jì)算機(jī)，光纖光譜儀采用安裝有藍(lán)牙無線傳輸裝置的光纖光譜儀，安裝有藍(lán)
牙無線傳輸裝置的光纖光譜儀與測(cè)量探頭之間是光纖和電線連接的第二套技術(shù)
方案的植物葉綠素測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)、原理框圖6是組成激光發(fā)生裝置的激光二極管引腳示意圖； .圖7是組成激光發(fā)生裝置的控制電路的電路原理圖； 圖8是采用植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量植物葉綠素含量的流程框圖； 圖中a.激光發(fā)生裝置，b.熒光接收探頭，c.光纖，d.檢測(cè)口， c.熒光接
收室，f.植物葉片，g.測(cè)量探頭體,C1-C4.電容，R1-R7.電阻，Ul、 U2.三極管，
Zl.齊納二極管。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述
為了克服現(xiàn)有化學(xué)方法測(cè)量植物葉綠素含量時(shí)帶來的費(fèi)時(shí)、破壞植物活體的缺點(diǎn)；為了克服用兩種不同波長的光分別照射到植物葉片表面，從植物葉片
的另一面接收透射的光，并比較透射光與原照射光的光密度差異，進(jìn)而測(cè)量出 植物葉綠素相對(duì)含量的對(duì)于測(cè)量較厚植物葉片葉綠素含量時(shí)測(cè)量精度會(huì)受到影
響的缺點(diǎn)；本實(shí)用新型提供了一種植物葉綠素測(cè)量儀。該植物葉綠素測(cè)量儀不 僅可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)植物葉片葉綠素含量進(jìn)行無損測(cè)量，而且還可以通過楨: 物葉片葉綠素含量與植物葉片氮含量的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)植物氮營養(yǎng)成分的含量進(jìn)
行測(cè)量。
參閱

圖1至圖4，植物葉綠素測(cè)量儀由安裝有控制軟件的計(jì)算機(jī)、光纖光 譜儀和測(cè)量探頭組成，計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀之間采用高速USB2. Q數(shù)據(jù)傳輸接口 電線連接，光纖光譜儀與測(cè)量探頭之間是光纖和電線連接。因?yàn)闇y(cè)量探頭是由 激光發(fā)生裝置a、熒光接收探頭b和測(cè)量探頭體g組成。熒光接收探頭b安裝 在測(cè)量探頭體g的中軸線上，激光發(fā)生裝置a與熒光接收探頭b之間成45°地 安裝在測(cè)量探頭體g上，熒光接收探頭b與光纖光譜儀之間采用光纖連接，激 光發(fā)生裝置a與光纖光譜儀之間電線連接。更具體地說，熒光接收探頭b包括 型號(hào)為C0L-UV/VIS的準(zhǔn)直透鏡和安裝型號(hào)為C0L-UV/VIS的準(zhǔn)直透鏡的殼體， 安裝有型號(hào)為COL-UV/VIS的準(zhǔn)直透鏡的殼體安裝在測(cè)量探頭體g的中軸線上， 熒光接收探頭b與光纖光譜儀之間采用具有型號(hào)為SMA-905標(biāo)準(zhǔn)接頭的光纖c 連接。
參閱圖，6與圖7,激光發(fā)生裝置a由激光二極管、控制電路組成。激光發(fā) 生裝置a選用波長為660nm，功率為10mw的激光二極管。激光二極管內(nèi)封裝一 個(gè)光電二極管，光電二極管可以感應(yīng)激光二極管發(fā)光強(qiáng)弱，并將光強(qiáng)弱信息轉(zhuǎn) 換成反饋電信號(hào)傳回電路，電路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使激光二極管穩(wěn)定發(fā)光。 激光二極管有三個(gè)引腳，引腳1為激光二極管的負(fù)極，引腳2由激光二極管正 極和光電二極管負(fù)極共同組成，引腳3為光電二極管的正極。
控制電路由控制芯片、開關(guān)電路和發(fā)射電路三部分組成?？刂菩酒捎脝?片機(jī)89S51，其中Pl.l引腳與光纖光譜儀的觸發(fā)端口 EXTERNAL I/O PIN"相 連，PI. 0引腳與開關(guān)電路相連。
開關(guān)電路由光電耦合器4N25、緩沖器74LS07和電阻R7組成。光電耦合器 引腳l與電源正極相連，引腳2通過電阻R7、緩沖器與單片機(jī)Pl. G引腳相連， 引腳3與發(fā)射電^#線端LD+相連，引腳4與電源正極相連。
發(fā)射電路由三極管Ul、三極管U2、齊納二極管Zl、電阻R1 ~R6、電容C1-C4 連接構(gòu)成。激光二極管引腳3與三極管Ul基極(即接線端PD+點(diǎn))相連，激光 二極管引腳1與三極管U2集電極(即接線端LD-點(diǎn))相連，激光二極管引腳2 與接線端LD+點(diǎn)相連，并通過光電耦合器與電源正極相連。
激光二極管電路工作原理為，單片機(jī)通過Pl. 1引腳接收到從光纖光譜儀傳
5來的觸發(fā)信號(hào)后，通過Pl. 0引腳發(fā)出指令，使光電耦合器的開關(guān)導(dǎo)通，從而使 激光發(fā)射電路開始工作。封裝在激光二極管內(nèi)的光電二極管與發(fā)射電路部分構(gòu) 成了 一個(gè)帶反饋調(diào)節(jié)功能的供電電路，根據(jù)激光二極管的實(shí)際發(fā)光情況進(jìn)行自 動(dòng)調(diào)節(jié)，使激光二極管能恒功率穩(wěn)定發(fā)光。
參閱圖5，圖中所表示的是實(shí)施植物葉綠素測(cè)量儀的第二套技術(shù)方案。第 二套技術(shù)方案與第一套技術(shù)方案不同之處在于計(jì)算機(jī)和光纖光譜儀都采用安裝 有藍(lán)牙無線傳輸裝置的計(jì)算機(jī)和光纖光譜儀，這樣計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀之間能 夠?qū)崿F(xiàn)無線傳輸方式的連接，安裝有藍(lán)牙無線傳輸裝置的光纖光譜儀與測(cè)量探 頭之間仍是光纖和電線連接。第二套技術(shù)方案所采用的測(cè)量探頭與第一套技術(shù) 方案所采用的測(cè)量探頭相同。實(shí)際上可以將兩套技術(shù)方案合在一起，本實(shí)用新 型所述的植物葉綠素測(cè)量儀中的計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀在通信方式上不僅支持
USB2. 0高速數(shù)據(jù)線傳輸，同時(shí)也支持藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)。即在計(jì)算機(jī)和光纖光 譜儀中都配置有藍(lán)牙信號(hào)發(fā)射和接收裝置，本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與光纖光 譜儀之間控制命令與采集數(shù)據(jù)的無線傳輸功能，使本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中使 用更方便、適用性更強(qiáng)。運(yùn)行本實(shí)用新型的控制軟件時(shí)，控制軟件如果通過 USB2. O端口檢測(cè)到光纖光譜儀，將不會(huì)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的藍(lán)牙無線傳輸裝置，直接 通過USB數(shù)據(jù)線對(duì)光纖光譜儀進(jìn)行控制，反之會(huì)自動(dòng)與計(jì)算機(jī)中的藍(lán)牙無線傳 輸裝置進(jìn)行連接，并使其發(fā)出信號(hào)與光纖光譜儀進(jìn)行無線連接，當(dāng)計(jì)算機(jī)與光 纖光語儀建立無線連接后其運(yùn)行和使用方法與通過USB數(shù)據(jù)線連接時(shí)完全相 同。
利用植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量植物葉綠素含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要通過裝入計(jì)算機(jī)的控制軟件(客戶端)實(shí)施整個(gè)測(cè)量過程， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)光源啟動(dòng)、熒光接收與分光、光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析處理等幾個(gè)主要工 作過程，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)植物葉片葉綠素與氮含量的測(cè)量目標(biāo)。
利用植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量植物葉綠素含量的方法采用如下步驟 1 )首先要使植物葉綠素測(cè)量儀測(cè)量探頭的檢測(cè)口 d與植物葉片f緊密接觸， 做到在熒光接收室e內(nèi)不能產(chǎn)生漏光現(xiàn)象；也可以^f吏用植物葉片夾，先將植物 葉片f夾好，然后再扣在測(cè)量^:頭的^r測(cè)口 d上。
2) 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，首先對(duì)光纖光語儀和激光發(fā)生裝置(a)進(jìn)行連接測(cè)試， 如果二者工作狀態(tài)正常，光纖光鐠儀給激光發(fā)生裝置U)發(fā)出開啟激光二極管 的信號(hào)，與此同時(shí)光纖光譜儀自身也開始3采集被激光照射的植物葉片中的葉 綠素而發(fā)出來的熒光，如果光纖光謙儀或激光發(fā)生裝置(a)不能正常工作，計(jì) 算機(jī)將顯示出現(xiàn)錯(cuò)誤的報(bào)告并提示出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因。
3) 激光發(fā)生裝置(a)中的激光二極管發(fā)出的激光直接照射到植物葉片f 上，植物葉片中的葉綠素由于被激光照射而發(fā)出的熒光被熒光接收探頭(b)接收并通過光纖C傳入光纖光譜儀，光纖光譜儀把采集到的焚光進(jìn)行(按波長)
分光處理、光電轉(zhuǎn)換處理和A/D轉(zhuǎn)換處理后傳入計(jì)算機(jī)，傳入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)同
時(shí)會(huì)以光鐠的形式給予顯示并保存。
4)計(jì)算機(jī)對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并采用如下步驟
① 對(duì)熒光光譜強(qiáng)度最大值的歸一化處理
對(duì)熒光光譜強(qiáng)度最大值的歸一化處理所采用的公式為 巧=1
式中^—波長為/nra光的相對(duì)強(qiáng)度；
A —CCD接收到的波長為/nm的光轉(zhuǎn)化成電子的個(gè)數(shù)(光纖光譜儀 以光轉(zhuǎn)化成電子的個(gè)數(shù)定義為光的強(qiáng)度)；
^max —熒光光譜中CCD接收的光轉(zhuǎn)化最多的電子個(gè)數(shù)； /一光的波長。
進(jìn)行熒光光語最大值歸一化處理時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)選取光的波長范圍為 謂nm。
② 對(duì)植物葉片葉綠素相對(duì)含量的計(jì)算 對(duì)植物葉片葉綠素相對(duì)含量的計(jì)算所采用的公式為
2 685
式中S—葉綠素相對(duì)含量值； "一葉綠素含量系數(shù)1; 6—葉綠素含量系數(shù)2; Fw —733 ~ 737rnn范圍的熒光相對(duì)強(qiáng)度；
7F685 —683 ~ 687nm范圍的熒光相對(duì)強(qiáng)度。
③對(duì)植物葉片含氮量的計(jì)算
對(duì)植物葉片含氮量的計(jì)算所采用的公式為
式中JV—葉片含氮量,mg/kg;
C一氮含量系凄史l, mg/kg; d—氮含量系數(shù)2， mg/kg;
《35 —733 ~ 737nm范圍的熒光相對(duì)強(qiáng)度;
F685 —683 ~ 687nm范圍的熒光相對(duì)強(qiáng)度。
5)計(jì)算機(jī)對(duì)分析處理結(jié)果進(jìn)行判斷，顯示和保存符合實(shí)際的處理結(jié)果，對(duì) 錯(cuò)誤處理結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行提示，并由使用者決定是顯示并保存數(shù)據(jù)還是刪除。 實(shí)施例
<formula>formula see original document page 8</formula>
表中所列的數(shù)據(jù)為本實(shí)用新型對(duì)黃>^葉片的測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)葉片葉綠素
含量的測(cè)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以spad502葉綠素儀的測(cè)量值為準(zhǔn)，對(duì)葉片氮含量的測(cè)量 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所提供的檢測(cè)值為準(zhǔn)。測(cè)量結(jié) 果顯示本實(shí)用新型對(duì)葉片葉綠素含量及含氮量測(cè)量的準(zhǔn)確。
權(quán)利要求1. 一種植物葉綠素測(cè)量儀，其特征是所述的植物葉綠素測(cè)量儀由安裝有控制軟件的計(jì)算機(jī)、光纖光譜儀和測(cè)量探頭組成，計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀之間電連接，光纖光譜儀與測(cè)量探頭之間是光纖和電連接；所述的測(cè)量探頭由激光發(fā)生裝置(a)、熒光接收探頭(b)和測(cè)量探頭體(g)組成，熒光接收探頭(b)安裝在測(cè)量探頭體(g)的中軸線上，激光發(fā)生裝置(a)與熒光接收探頭(b)之間成45°地安裝在測(cè)量探頭體(g)上，熒光接收探頭(b)與光纖光譜儀之間光纖連接，激光發(fā)生裝置(a)與光纖光譜儀之間電連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的植物葉綠素測(cè)量儀，其特征是所述的激光發(fā)生裝 置U)由激光二極管、控制電路組成，激光二極管的引腳1、引腳2、引腳3 分別與控制電路的接線端LD-、接線端LD+、接線端PD+電連接，控制電路接線 端VCC與電源電連接。
3. 按照權(quán)利要求1所述的植物葉綠素測(cè)量儀，其特征是所述的熒光接收探 頭(b)主要由準(zhǔn)直透鏡組成，熒光接收探頭(b)與光纖光譜儀之間采用具有 型號(hào)為SMA-905標(biāo)準(zhǔn)接頭的光纖(c)連接。
4. 按照權(quán)利要求1所述的植物葉綠素測(cè)量儀，其特征是所述的安裝有控制 軟件的計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀都采用安裝上藍(lán)牙無線傳輸裝置的計(jì)算機(jī)與光纖光 譜儀，計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀之間是無線傳輸方式的連接，安裝有藍(lán)牙無線傳輸 裝置的光纖光譜儀與測(cè)量探頭之間是光纖和電線連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種植物葉綠素測(cè)量儀。旨在克服費(fèi)時(shí)、破壞植物活體等問題。該測(cè)量儀由計(jì)算機(jī)、光纖光譜儀和測(cè)量探頭組成。計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀電連接，光纖光譜儀與測(cè)量探頭光纖和電連接。測(cè)量探頭由激光發(fā)生裝置(a)、熒光接收探頭(b)和測(cè)量探頭體(g)組成。熒光接收探頭(b)安裝在測(cè)量探頭體(g)的中軸線上，激光發(fā)生裝置(a)與熒光接收探頭(b)成45°地安裝在測(cè)量探頭體(g)上，熒光接收探頭(b)與光纖光譜儀光纖連接，激光發(fā)生裝置(a)與光纖光譜儀電連接。實(shí)施測(cè)量儀的第二套技術(shù)方案中的計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀都安裝了藍(lán)牙無線傳輸裝置，計(jì)算機(jī)與光纖光譜儀為無線傳輸方式的連接。該測(cè)量儀對(duì)厚、薄葉片的植物皆適用。
文檔編號(hào)G01N21/64GK201298021SQ200820072819
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者于海業(yè), 強(qiáng) 張, 蕾 張, 張一鳴, 楊昊諭, 麗 沈, 王淑杰, 章志敏, 肖英奎, 隋媛媛 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)