作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及作物生理信息無損監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：葉片含水量無損檢測模塊；其中，所述葉片含水量無損檢測模塊包括紅外線光源發(fā)射器、檢測樣品臺(tái)和透/反射光光強(qiáng)檢測部件；所述檢測樣品臺(tái)采用透明玻璃制成，樣品臺(tái)表面設(shè)置有窄帶濾光片；所述紅外線光源發(fā)射器發(fā)出的紅外線投射在樣品上，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件分別檢測所述樣品對(duì)所述紅外線的透/反射光的強(qiáng)度。本發(fā)明可快速準(zhǔn)確獲取作物的水分狀況信息，操作簡單，可以連續(xù)無損檢測，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及作物生理信息無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]水分是作物生長的重要物質(zhì)，同時(shí)也是作物生長過程中最大的消耗品。植物葉片的含水量是表征植物體水分信息的重要生理指標(biāo)，在植物生理和抗旱性研究中有著廣泛的應(yīng)用。如何快速準(zhǔn)確獲取植物的水分狀況信息，尤其是植物葉片含水量，對(duì)于研究作物生理生化反應(yīng)、掌握植物的生長發(fā)育過程及指導(dǎo)節(jié)水灌溉等均有著非常重要的意義。傳統(tǒng)的植物葉片水分測量方法包括烘干法、蒸餾法、滴定法、電測法等，現(xiàn)有方法均需要采集樣品后在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測量，通常耗時(shí)比較長、操作復(fù)雜、檢測成本高、測量數(shù)據(jù)單一，只具有科研意義，不適用于現(xiàn)場對(duì)作物生長情況進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整。因此，快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測量作物生長的水分狀況尤其是植物葉片含水量是一個(gè)亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何快速、簡便檢測作物葉片含水量，實(shí)現(xiàn)在線無損檢測。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)，其包括:葉片含水量無損檢測模塊；其中，所述葉片含水量無損檢測模塊包括紅外線光源發(fā)射器、檢測樣品臺(tái)和透/反射光光強(qiáng)檢測部件；所述檢測樣品臺(tái)采用透明玻璃制成，樣品臺(tái)表面設(shè)置有窄帶濾光片；所述紅外線光源發(fā)射器發(fā)出的紅外線投射在樣品上，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件分別檢測所述樣品對(duì)所述紅外線的透/反射光的強(qiáng)度。
[0005]優(yōu)選地，所述葉片含水量無損檢測模塊還包括:放大器及調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器；其中，
[0006]所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件的輸出端連接所述放大器及調(diào)理電路；所述放大器及調(diào)理電路的輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述微處理器。
[0007]優(yōu)選地，所述紅外線光源發(fā)射器為紅外發(fā)光二極管。
[0008]優(yōu)選地，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件包括光敏二極管和光信號(hào)接收電路。
[0009]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括:由設(shè)置在作物生長環(huán)境周圍的環(huán)境信息傳感器節(jié)點(diǎn)組成的作物環(huán)境信息傳感器模塊。
[0010]優(yōu)選地，所述傳感器模塊包括:空氣溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、風(fēng)速傳感器、土壤溫濕度傳感器、葉片溫度傳感器、徑流傳感器。
[0011]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括:主控模塊、存儲(chǔ)器和顯示屏；其中，所述主控模塊與所述葉片含水量無損檢測模塊和所述作物環(huán)境信息傳感器模塊連接，調(diào)用獲取所述檢測模塊和所述傳感器模塊檢測的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。
[0012]優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)器為FLASH存儲(chǔ)器；所述顯示屏為IXD液晶顯示屏。
[0013]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括與葉片含水量無損檢測模塊、作物環(huán)境信息傳感器模塊、主控模塊、存儲(chǔ)器和顯示屏連接的電源模塊。
[0014]優(yōu)選地，所述電源模塊包括太陽能電池板，以及與太陽能電池板通過電線連接的蓄電池。
[0015]上述技術(shù)方案的有益效果為:本發(fā)明可以實(shí)時(shí)無損檢測作物葉片的水分含量，還可以同步監(jiān)測與作物含水量密切相關(guān)的環(huán)境信息，并將所檢測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在傳感器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。該系統(tǒng)具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，可有效輔助農(nóng)科科研人員、農(nóng)技工作者和農(nóng)戶及時(shí)現(xiàn)場診斷作物含水量和需缺水狀況，指導(dǎo)高效節(jié)水灌溉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中葉片含水量無損檢測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中作物環(huán)境信息傳感器節(jié)點(diǎn)和葉片含水量無損檢測模塊同步檢測的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)的葉片水分測量主要通過樣品的成分分析實(shí)現(xiàn)，通常需要采集樣品并對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境要求較高。本發(fā)明中采用光學(xué)方式，通過分析葉片對(duì)紅外線的透反射性非接觸地測定含水量，其方案易于實(shí)施且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可廣泛用于現(xiàn)場作業(yè)。下文參照?qǐng)D1至圖3，對(duì)本發(fā)明的作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了描述。
[0021]如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)主要包括葉片含水量無損檢測模塊，其中，所述葉片含水量無損檢測模塊包括紅外線光源發(fā)射器、檢測樣品臺(tái)和透/反射光光強(qiáng)檢測部件；所述檢測樣品臺(tái)采用透明玻璃制成，樣品臺(tái)表面設(shè)置有窄帶濾光片(防止自然光對(duì)透射光產(chǎn)生影響)；所述紅外線光源發(fā)射器發(fā)出的紅外線投射在樣品(作物葉片)上，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件分別檢測所述樣品對(duì)所述紅外線的透/反射光的強(qiáng)度。本發(fā)明通過比對(duì)透/反射光光強(qiáng)來測定作物葉片的含水量，其中不同作物葉片含水量與其透/反射光光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過預(yù)先的試驗(yàn)測定并校正，本發(fā)明實(shí)施時(shí)系統(tǒng)根據(jù)所測定的光強(qiáng)和光強(qiáng)-水分對(duì)應(yīng)關(guān)系確定當(dāng)前樣品的含水量。
[0022]更進(jìn)一步地，因光強(qiáng)是模擬量，需采用一定手段將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行處理和定量分析，故圖1中的葉片含水量無損檢測模塊還包括:放大器及調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器；其中，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件的輸出端連接所述放大器及調(diào)理電路，將光強(qiáng)的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和調(diào)理；所述放大器及調(diào)理電路的輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述微處理器，對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和定量分析。
[0023]優(yōu)選地，所述紅外線光源發(fā)射器為紅外發(fā)光二極管；所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件包括光敏二極管和光信號(hào)接收電路。
[0024]再參見圖2，本發(fā)明的作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)還可進(jìn)一步對(duì)作物的生長環(huán)境進(jìn)一步監(jiān)測以進(jìn)行更詳細(xì)的分析、指導(dǎo)和/或干預(yù)。在圖2的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)還包括:作物環(huán)境信息傳感器模塊，其由設(shè)置在作物生長環(huán)境周圍的環(huán)境信息傳感器節(jié)點(diǎn)組成，包括:空氣溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、風(fēng)速傳感器、土壤溫濕度傳感器、葉片溫度傳感器、徑流傳感器等。各傳感器通過系統(tǒng)集成，進(jìn)行綜合檢測。以水稻作物為例，將所述傳感器節(jié)點(diǎn)布置于水稻田上方，可同步記錄作物環(huán)境信息，輔助監(jiān)測作物環(huán)境對(duì)葉片生理水分的影響。
[0025]圖2中還進(jìn)一步包括:主控模塊、存儲(chǔ)器和顯示屏。其中，所述主控模塊與葉片含水量無損檢測模塊和作物環(huán)境信息傳感器模塊連接，調(diào)用獲取葉片含水量無損檢測模塊和各傳感器檢測的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。所述存儲(chǔ)器為FLASH存儲(chǔ)器；所述顯示屏為IXD液晶顯示屏。
[0026]如圖3所示，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括與葉片含水量無損檢測模塊、作物環(huán)境信息傳感器模塊、主控模塊、存儲(chǔ)器和顯示屏連接的電源模塊。優(yōu)選地，所述電源模塊包括太陽能電池板，以及與太陽能電池板通過電線連接的蓄電池。
[0027]由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)無損檢測作物葉片的水分含量，還可以同步監(jiān)測與作物含水量密切相關(guān)的環(huán)境信息，并將所檢測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在傳感器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。該系統(tǒng)具有體積小、靈敏度聞、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，可有效輔助農(nóng)科科研人員、農(nóng)技工作者和農(nóng)戶診斷作物含水量和需缺水狀況，指導(dǎo)高效節(jié)水灌溉。
[0028]雖然以上結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明所述的方法和系統(tǒng)并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明作出各種修改、增加、以及替換。
【權(quán)利要求】
1.一種作物葉片生理水分監(jiān)測系統(tǒng)。其特征在于，所述系統(tǒng)包括:葉片含水量無損檢測模塊；其中， 所述葉片含水量無損檢測模塊包括紅外線光源發(fā)射器、檢測樣品臺(tái)和透/反射光光強(qiáng)檢測部件； 所述檢測樣品臺(tái)采用透明玻璃制成，樣品臺(tái)表面設(shè)置有窄帶濾光片； 所述紅外線光源發(fā)射器發(fā)出的紅外線投射在樣品上，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件分別檢測所述樣品對(duì)所述紅外線的透/反射光的強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片含水量無損檢測模塊還包括:放大器及調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器；其中， 所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件的輸出端連接所述放大器及調(diào)理電路；所述放大器及調(diào)理電路的輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述微處理器。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外線光源發(fā)射器為紅外發(fā)光二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透/反射光光強(qiáng)檢測部件包括光敏二極管和光信號(hào)接收電路。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:由設(shè)置在作物生長環(huán)境周圍的環(huán)境信息傳感器節(jié)點(diǎn)組成的作物環(huán)境信息傳感器模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器模塊包括:空氣溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、風(fēng)速傳感器、土壤溫濕度傳感器、葉片溫度傳感器、徑流傳感器。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:主控模塊、存儲(chǔ)器和顯示屏;其中， 所述主控模塊與所述葉片含水量無損檢測模塊和所述作物環(huán)境信息傳感器模塊連接，調(diào)用獲取所述檢測模塊和所述傳感器模塊檢測的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)器為FLASH存儲(chǔ)器；所述顯示屏為IXD液晶顯示屏。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與葉片含水量無損檢測模塊、作物環(huán)境信息傳感器模塊、主控模塊、存儲(chǔ)器和顯示屏連接的電源模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊包括太陽能電池板，以及與太陽能電池板通過電線連接的蓄電池。
【文檔編號(hào)】G01N21/3563GK104374732SQ201410682332
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】許世衛(wèi), 李燈華, 李哲敏, 張建華, 李干瓊, 王東杰 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所