專(zhuān)利名稱(chēng)：一種均勻光照的植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熒光檢測(cè)裝置，尤其涉及一種均勻光照的植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)之一，它利用太陽(yáng)光能裂解水釋放出了地球上絕大多數(shù)所需要的氧氣，同時(shí)固定大氣中的二氧化碳為葡萄糖為新陳代謝提供能量。在光合作用的光反應(yīng)過(guò)程，將所吸收的光能進(jìn)行傳遞。在將光能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中，有一部分光能損耗以較長(zhǎng)波長(zhǎng)的熒光方式釋放。葉綠素?zé)晒夂凸夂献饔糜兄置芮械年P(guān)系，很多光合作用過(guò)程的變化都可通過(guò)葉綠素?zé)晒夥从吵鰜?lái)，葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量具有快速、可靠、靈敏、對(duì)樣品無(wú)損傷等特點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其得以迅速發(fā)展。常用的測(cè)量方法為調(diào)制式測(cè)量熒光方法，該方法是利用光子密度較小的調(diào)制測(cè)量光照射植物的葉片，探測(cè)其激發(fā)的熒光。然后再照射強(qiáng)的非調(diào)制光和飽和脈沖光，測(cè)量其熒光的變化情況，來(lái)確定葉綠素的熒光參數(shù)。隨著CCD攝像技術(shù)的發(fā)展，使熒光成像測(cè)量成為可能。但熒光成像測(cè)量需要均勻分布的激發(fā)光照明，且對(duì)激發(fā)光強(qiáng)度有明確要求。目前成像的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀器一般采用LED陣列光源，每個(gè)LED照明局部區(qū)域，多個(gè)LED拼接成大面積均勻激發(fā)光照明。但由于該均勻照明區(qū)域只局限于一個(gè)特定的照明距離，離開(kāi)該距離后激發(fā)光的均勻性變差，而且由于光源的發(fā)散特性，使得距離增加后激發(fā)光強(qiáng)變?nèi)?，無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量需求。并且對(duì)于整株植物，由于不同葉片的高低不同，無(wú)法同時(shí)對(duì)這些葉片進(jìn)行測(cè)量。授權(quán)公告號(hào)為CN101865846B的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種植物葉綠素?zé)晒庠诰€(xiàn)檢測(cè)裝置。他包括第一矩形光源、第二矩形光源、線(xiàn)光源、CXD攝像機(jī)、濾光片和傳送帶，其中第一矩形光源和第二矩形光源投射出矩形照明光斑，分別作為調(diào)制測(cè)量光和非調(diào)制的光化光，線(xiàn)光源投射出的長(zhǎng)條形照明光斑作為飽和脈沖光。飽和脈沖光在矩形光斑中進(jìn)行掃描。CCD攝像機(jī)通過(guò)濾光片記錄矩形光斑內(nèi)的熒光變化圖像。通過(guò)整個(gè)測(cè)量裝置在植物上方的移動(dòng)測(cè)量大面積的植物葉綠素?zé)晒夥植记闆r。該檢測(cè)裝置的光源不能均勻到達(dá)植物的所有部位，只能對(duì)植物表面的熒光進(jìn)行檢測(cè)，不能對(duì)植株不同高度的葉片進(jìn)行照明成像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種均勻光照的植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，該植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)了較大深度的均勻激發(fā)照明，可對(duì)植株不同高度葉片進(jìn)行同時(shí)成像測(cè)量。一種均勻光照的植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，包括用于向待測(cè)樣品發(fā)射檢測(cè)光的光源、用于采集來(lái)自待測(cè)樣品光線(xiàn)的攝像機(jī)、布置在所述攝像機(jī)和待測(cè)樣品之間的濾光片，還設(shè)有將來(lái)自所述光源的檢測(cè)光反射至待測(cè)樣品的反光鏡。本發(fā)明通過(guò)反光鏡對(duì)光源發(fā)出的檢測(cè)光的反射，可在反射區(qū)域內(nèi)形成均勻照明的空間，從而可對(duì)植株不同高度的葉片進(jìn)行照明成像。為了增強(qiáng)反射效果，形成均勻光照，所述反光鏡呈環(huán)形的布置在待測(cè)樣品的周?chē)?br> 為了減少檢測(cè)光的損失，提高樣品熒光成像效果，避免外界環(huán)境對(duì)待測(cè)樣品熒光成像效果的干擾，檢測(cè)裝置還設(shè)有密閉的檢測(cè)室，所述光源、攝像機(jī)、濾光片和反光鏡均位于該檢測(cè)室內(nèi)，所述檢測(cè)室的側(cè)壁為反光面，即形成所述反光鏡。作為另一種實(shí)施方式，所述檢測(cè)室的側(cè)壁也可以是非反光面，而是在檢測(cè)室中另外設(shè)置有反光鏡，反光鏡的高度一般優(yōu)選為不低于待測(cè)樣品的高度，這樣可以在待測(cè)樣品的各個(gè)高度層面上均投射發(fā)射光。作為優(yōu)選，所述檢測(cè)室為立方體結(jié)構(gòu)。立方體結(jié)構(gòu)的四個(gè)側(cè)壁為平面結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁作為反光面時(shí)便于加工和安裝，四個(gè)側(cè)壁也便于單獨(dú)的調(diào)整或更換。為了便于將待測(cè)樣品放入檢測(cè)室中，所述檢測(cè)室的側(cè)壁設(shè)有活動(dòng)門(mén)，所述活動(dòng)門(mén)為側(cè)拉門(mén)或翻轉(zhuǎn)門(mén)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，待測(cè)樣品從活動(dòng)門(mén)送入檢測(cè)室內(nèi)，然后關(guān)閉活動(dòng)門(mén)進(jìn)行熒光成像。為了提高光反射效果及攝像機(jī)成像效果，所述檢測(cè)室具有逐漸收攏的頂部。 例如，檢測(cè)室的底部為立方體結(jié)構(gòu)，頂部為梯臺(tái)形。當(dāng)然立方體結(jié)構(gòu)的頂緣與梯臺(tái)形的底部要相互對(duì)接，在此方式中，不僅立方體結(jié)構(gòu)的四個(gè)側(cè)壁為反光面，所述梯臺(tái)形的四個(gè)側(cè)壁也是反光面。作為進(jìn)一步的優(yōu)選所述光源、攝像機(jī)和濾光片均位于檢測(cè)室的頂部。即處在梯臺(tái)形的區(qū)域內(nèi)，梯臺(tái)形的四個(gè)側(cè)壁均為傾斜設(shè)置，可以將來(lái)自光源檢測(cè)光盡可能的反射至下方的立方體區(qū)域中，在提高光反射效果的同時(shí)還具有一定的聚光效果。所述光源為具有相同的發(fā)光特性的多個(gè)LED光源，且還設(shè)有用于使各LED光源選擇性提供測(cè)量光、飽和脈沖光和光化光的驅(qū)動(dòng)電路。LED驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的調(diào)光可選擇模擬調(diào)光和脈寬調(diào)制調(diào)光兩種模式，本發(fā)明中優(yōu)選脈寬調(diào)制調(diào)光。脈寬調(diào)制調(diào)光是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。脈寬調(diào)制調(diào)光方法,實(shí)際上是在一小段時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)和重新啟動(dòng)LED電流。這個(gè)啟動(dòng)和重新啟動(dòng)循環(huán)的頻率必須快于人眼可以感知的速度，以免出現(xiàn)閃爍效果，通常情況下可以被接受的頻率為大約200Hz或更快。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)電流波形的調(diào)制，各LED光源輪流提供測(cè)量光、飽和脈沖光和光化光三種水平的光照。測(cè)量光光子流密度較小，光子流密度約0.1iim0Iphotonsnr2s-1 ;飽和光脈沖持續(xù)時(shí)間小于I秒，光子流密度大于6000 ii molphotonsn^s—1 ;光化光為持續(xù)照射至檢測(cè)結(jié)束，光子流密度在幾百U molphotonsnT2s'為了盡可能的使檢測(cè)室內(nèi)檢測(cè)光強(qiáng)度能夠均勻分布，作為優(yōu)選所述多個(gè)LED光源環(huán)繞攝像機(jī)均勻布置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)設(shè)置反光鏡，可對(duì)光源發(fā)出的光進(jìn)行反射，在裝置內(nèi)形成均勻照明的空間，可對(duì)植株不同高度葉片同時(shí)進(jìn)行成像測(cè)量。


圖1是實(shí)施例1中葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是實(shí)施例2中葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中活動(dòng)門(mén)開(kāi)放時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖(省略其他部件);圖4是圖2中活動(dòng)門(mén)開(kāi)放時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖(省略其他部件)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)了一種立方體結(jié)構(gòu)的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置。本實(shí)施例中均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置由光源1、攝像機(jī)2、濾光片3及反光鏡4組成，光源1、攝像機(jī)2和濾光片3位于檢測(cè)裝置的頂部。 光源I由至少兩個(gè)以上的相同的LED光源構(gòu)成，且光源I均勻圍繞在攝像機(jī)2的四周設(shè)置，以便為熒光成像提供均勻光照，光源I還設(shè)有調(diào)整其發(fā)光特性的驅(qū)動(dòng)電路，可根據(jù)檢測(cè)要求對(duì)光源I的發(fā)光特性進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，光源I可發(fā)射藍(lán)光或者紅光，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的波形進(jìn)行調(diào)制，光源I可提供三種水平的光照，分別為測(cè)量光、飽和脈沖光及光化光。本實(shí)施例中采用的攝像機(jī)2為CCD攝像機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際情況選擇其他熒光成像攝像機(jī)；攝像機(jī)2的下方設(shè)有濾光片3，濾光片3可對(duì)干擾光進(jìn)行過(guò)濾，進(jìn)一步保證樣品的熒光成像效果。如圖3所示，反光鏡4由四塊矩形反光鏡41組成，四塊矩形反光鏡41環(huán)繞待測(cè)樣品布置，并構(gòu)成檢測(cè)室的側(cè)壁，檢測(cè)室的側(cè)壁為反光面，在本實(shí)施例中反光鏡4與檢測(cè)室的側(cè)壁為一體設(shè)定，在應(yīng)用中，也可以將檢測(cè)室和反光鏡4分體設(shè)計(jì)，但反光鏡4的高度不能低于檢測(cè)室的高度，以便對(duì)待測(cè)樣品的不同高度層面進(jìn)行光反射，提高光反射效果。如圖3所示，四塊矩形反光鏡41中的任一塊可以設(shè)為活動(dòng)門(mén)，本實(shí)施例中將反光鏡411設(shè)為活動(dòng)門(mén)，活動(dòng)門(mén)的開(kāi)合形式為翻轉(zhuǎn)，可方便的將待測(cè)樣品送入檢測(cè)室中，活動(dòng)門(mén)的設(shè)定地點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需要及待測(cè)樣品大小在檢測(cè)室側(cè)壁的任意地方開(kāi)設(shè)，其開(kāi)合方式也可以根據(jù)檢測(cè)需要選擇翻轉(zhuǎn)門(mén)或推拉門(mén)兩種。實(shí)際測(cè)量時(shí)，先將待測(cè)樣品從活動(dòng)門(mén)反光鏡411送入檢測(cè)室內(nèi)，為了提高熒光檢測(cè)效果，將待測(cè)樣品調(diào)整位置，使其位于檢測(cè)室的中心部位，且位于攝像機(jī)2的正下方，關(guān)閉活動(dòng)門(mén)反光鏡411 ;然后打開(kāi)光源1，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行光照，通過(guò)光源I的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)光源I發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)整，使待測(cè)樣品依次被測(cè)量光、飽和脈沖光及光化光照射，其中測(cè)量光的光子流密度較小，光子流密度約為0.1 ii molphotons nT2s'飽和脈沖光的光脈沖持續(xù)時(shí)間小于I秒,光子流密度大于6000 u molphotons n^s—1，光化光進(jìn)行持續(xù)照射直到檢測(cè)結(jié)束，光子流密度約為幾百 u molphotons m 2S 1 ；光源I發(fā)出的光照被反光鏡4反射，在發(fā)射區(qū)域內(nèi)形成均勻照明的空間，使整個(gè)植株都被光源I發(fā)出的光照射，植株被光照射后，會(huì)激發(fā)出突光，突光可通過(guò)濾光片3到達(dá)攝像機(jī)2，而非熒光的干擾光則被攝像機(jī)2下方設(shè)置的濾光片3過(guò)濾，攝像機(jī)2接收到從植株不同部位發(fā)出的熒光后，即可拍攝形成植株的熒光圖像。實(shí)施例2
如圖2所示，本實(shí)施例公開(kāi)了一種底部為立方體結(jié)構(gòu)、頂部為梯臺(tái)形的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置。本實(shí)施例中均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置由光源1、攝像機(jī)2、濾光片3及反光鏡4組成，光源1、攝像機(jī)2和濾光片3均位于檢測(cè)裝置的梯臺(tái)形頂部。本實(shí)施例中光源1、攝像機(jī)2和濾光片3的設(shè)置均與實(shí)施例1中相同。如圖4所示，本實(shí)施例中，反光鏡4由四塊矩形反光鏡43及四塊梯形反射鏡42組成，四塊矩形反光鏡43環(huán)繞待測(cè)樣品布置，四塊梯形反射鏡42的底部與四塊矩形反光鏡43的頂緣相互對(duì)接，共同構(gòu)成檢測(cè)室的側(cè)壁，不僅四塊矩形反光鏡43構(gòu)成的立方體結(jié)構(gòu)的四個(gè)側(cè)壁為反光面，四塊梯形反射鏡42構(gòu)成的梯臺(tái)形的四個(gè)側(cè)壁也是反光面。四塊梯形反射鏡42均為傾斜設(shè)置，可以將來(lái)自光源I的檢測(cè)光盡可能的反射至下方的立方體結(jié)構(gòu)中，在提高光反射效果的同時(shí)還具有一定的聚光效果。在本實(shí)施例中反光鏡4與檢測(cè)室的側(cè)壁同樣為一體設(shè)定，在應(yīng)用中，也可以將檢測(cè)室和反光鏡4分體設(shè)計(jì)，但反光鏡4的高度不能低于檢測(cè)室的高度，以便對(duì)待測(cè)樣品的不同高度層面進(jìn)行光反射，提高光反射效果。如圖4所示，四塊矩形反光鏡43中的任一塊可以設(shè)為活動(dòng)門(mén)，本實(shí)施例中將反光鏡431設(shè)為活動(dòng)門(mén)，活動(dòng)門(mén)的開(kāi)合形式為翻轉(zhuǎn)，可方便的將待測(cè)樣品送入檢測(cè)室中，活動(dòng)門(mén)的設(shè)定地點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需要及待測(cè)樣品大小在檢測(cè)室側(cè)壁的任意地方開(kāi)設(shè)，其開(kāi)合方式也可以根據(jù)檢測(cè)需要選擇翻轉(zhuǎn)門(mén)或推拉門(mén)兩種。實(shí)際測(cè)量時(shí)，先將待測(cè)樣品從活動(dòng)門(mén)反光鏡431送入檢測(cè)室內(nèi)，為了提高熒光檢測(cè)效果，將待測(cè)樣品調(diào)整位置，使其位于檢測(cè)室的中心部位，且位于攝像機(jī)2的正下方，關(guān)閉活動(dòng)門(mén)反光鏡431 ；然后打開(kāi)光源1，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行光照，具體過(guò)程如實(shí)施例1中所述，光源I發(fā)出的光照被反光鏡4反射，在發(fā)射區(qū)域內(nèi)形成均勻照明的空間，使整個(gè)植株都被光源I發(fā)出的光照射，植株被光照射后，會(huì)激發(fā)出熒光，熒光可通過(guò)濾光片3到達(dá)攝像機(jī)2，而非熒光的干擾光則被攝像機(jī)2下方設(shè)置的濾光片3過(guò)濾，攝像機(jī)2接收到從植株不同部位發(fā)出的熒光后，即可拍攝形成植株的熒光圖像。
權(quán)利要求
1.一種均勻光照的植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，包括用于向待測(cè)樣品發(fā)射檢測(cè)光的光源、用于采集來(lái)自待測(cè)樣品光線(xiàn)的攝像機(jī)、布置在所述攝像機(jī)和待測(cè)樣品之間的濾光片，其特征在于還設(shè)有將來(lái)自所述光源的檢測(cè)光反射至待測(cè)樣品的反光鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述反光鏡呈環(huán)形的布置在待測(cè)樣品的周?chē)?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于還設(shè)有密閉的檢測(cè)室，所述光源、攝像機(jī)、濾光片和反光鏡均位于該檢測(cè)室內(nèi)，所述檢測(cè)室的側(cè)壁為反光面，即形成所述反光鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述檢測(cè)室的側(cè)壁設(shè)有活動(dòng)門(mén)，所述活動(dòng)門(mén)為側(cè)拉門(mén)或翻轉(zhuǎn)門(mén)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述檢測(cè)室為立方體結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述檢測(cè)室具有逐漸收攏的頂部。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述檢測(cè)室的底部為立方體結(jié)構(gòu)，頂部為梯臺(tái)形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述光源、攝像機(jī)和濾光片均位于檢測(cè)室的頂部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述光源為具有相同的發(fā)光特性的多個(gè)LED光源，且還設(shè)有用于使各LED光源選擇性提供測(cè)量光、飽和脈沖光和光化光的驅(qū)動(dòng)電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的均勻光照的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，其特征在于所述多個(gè)LED光源環(huán)繞攝像機(jī)均勻布置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種均勻光照的植物葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)裝置，包括用于向待測(cè)樣品發(fā)射檢測(cè)光的光源、用于采集來(lái)自待測(cè)樣品光線(xiàn)的攝像機(jī)、布置在所述攝像機(jī)和待測(cè)樣品之間的濾光片，還設(shè)有將來(lái)自光源的檢測(cè)光反射至待測(cè)樣品的反光鏡。本發(fā)明可提供測(cè)量光、飽和脈沖光及光化光三種光照，光源發(fā)出的光被反光鏡反射，在裝置內(nèi)部形成均勻照明的空間，從而可對(duì)植株不同高度的葉片進(jìn)行照明成像。
文檔編號(hào)G01N21/64GK103018221SQ20121053670
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者李海峰, 王恒, 劉旭, 徐良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)