田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜檢測作物葉片領(lǐng)域，尤其涉及田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢 測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 玉米果實(shí)含有大量的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、維生素及微量元素硒、鎂等多種營養(yǎng)元 素。所以玉米在我國非常受老百姓歡迎，每年的產(chǎn)量很大。玉米葉片中天冬氨酸含量是玉 米生長過程中重要的生理指標(biāo)，天冬氨酸在醫(yī)藥，食品和化工等方面有著廣泛的用途。在醫(yī) 藥方面，可以用于治療心臟病，肝臟病，高血壓癥，具有防止和恢復(fù)疲勞的作用，和多種氨基 酸一起，制成氨基酸輸液，用作氨解毒劑，肝功能促進(jìn)劑，疲勞恢復(fù)劑。在食品工業(yè)方面，是 一種良好的營養(yǎng)增補(bǔ)劑，添加與各種清涼飲料，也是甜味素一天冬酰苯內(nèi)氨酸甲酯的主要 原料。在化工方面，可以作為制造合成樹脂的原料，也可以作為化妝品的營養(yǎng)性添加劑等。 監(jiān)控玉米生長過程中天冬氨酸含量指標(biāo)，分析造成天冬氨酸含量指標(biāo)變化的原因，為玉米 種植決策提供依據(jù)，對玉米種植合理水肥管理提供科學(xué)依據(jù)。
[0003] 玉米葉片天冬氨酸含量測定仍然主要是化學(xué)方法測定，該方法需要對作物進(jìn)行破 壞性處理，耗時費(fèi)力，需要較多的人力成本，分析過程有較多的機(jī)械性操作，并且一般不適 宜對大量樣本進(jìn)行分析，更不適合活體檢測玉米葉片天冬氨酸含量，難以滿足數(shù)字農(nóng)業(yè)和 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息快速動態(tài)監(jiān)測的要求，兼顧測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、操作便捷及環(huán)保無污染的 特性，利用光譜學(xué)技術(shù)已經(jīng)得到一定程度的應(yīng)用。
[0004] 因玉米葉片生長形態(tài)各異，現(xiàn)場測量對光源投射角度和光譜探頭入射角度要求很 高，現(xiàn)有的玉米葉片天冬氨酸含量光譜檢測的方法大多采用采摘新葉，裝袋碎冰保鮮防止 葉片變質(zhì)以影響天冬氨酸含量光譜測量的準(zhǔn)確性，對測量天冬氨酸含量實(shí)時性要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供適用于現(xiàn)場檢測、測量準(zhǔn)確的田間玉米植 株葉片天冬氨酸含量檢測裝置和方法。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢測 裝置，包括有光譜探頭和可見近紅外光源，其不同之處在于，還包括有懸掛裝置、電驅(qū)小車 和數(shù)據(jù)處理模塊，懸掛裝置由直角伸展臂、萬向節(jié)和彎刀懸掛臂組成，萬向節(jié)固定端和直角 伸展臂水平外延端連接，萬向節(jié)活動端和彎刀懸掛臂頂端連接，彎刀懸掛臂弧形均勻設(shè)置 一排安裝孔，光源和光譜探頭根據(jù)投射角度和入射角度分別選擇其中一個安裝孔連接在彎 刀懸掛臂上，螺栓固定；電驅(qū)小車由車架、電源裝置、車輪和微型直流電機(jī)組成，車架前端和 后端分別安裝有1個前輪和2個后輪，微型直流電機(jī)安裝在前輪內(nèi)部，電源裝置安裝在車架 上面靠近前輪位置；數(shù)據(jù)處理模塊安裝在車架前部一根立桿上；懸掛裝置和電驅(qū)小車通過 連接桿連接。
[0007] 較佳地，所述的彎刀懸掛臂上均勻分布有15個圓孔，圓孔中心距離10cm，彎刀懸 掛臂通過萬向節(jié)可以實(shí)現(xiàn)全自由度轉(zhuǎn)動，可以實(shí)現(xiàn)對自然形態(tài)葉片正反兩面光譜采集，在 小車保持不動的情況下，可以對以萬向節(jié)為圓點(diǎn)，彎刀懸掛臂直線距離為半徑的區(qū)域葉片 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和檢測。
[0008] 較佳地，所述的直角伸展臂長2米，直角之間焊接一塊三角板，直角外圍焊接一根 加強(qiáng)筋，增加直角伸展臂的抗拉抗彎強(qiáng)度，使之經(jīng)久耐用。
[0009] 較佳地，所述的連接桿兩端分別與驅(qū)動小車的車架中部立桿、懸掛裝置的直角伸 展臂垂直端螺紋連接，通過轉(zhuǎn)動連接桿實(shí)現(xiàn)懸掛裝置高度調(diào)節(jié)，保證不同生長高度的玉米 葉片都能被檢測到，可以對同一株玉米不同高度的葉片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和檢測，還可以對不 同生長期的玉米葉片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和檢測。
[0010] 較佳地，所述的直角伸展臂、萬向節(jié)和彎刀懸掛臂材質(zhì)為鋁材，連接桿和車架材質(zhì) 為鑄鐵材料，小車在田間行進(jìn)和開展檢測工作時可以最大限度保持平衡，保證檢測設(shè)備和 人員安全。
[0011] 較佳地，所述的數(shù)據(jù)處理模塊，液晶顯示，安裝高度為1.2米，與水平夾角為120 度，方便工作人員通過液晶顯示查看檢測結(jié)果，電源裝置有3組蓄電池組成，安裝位置靠近 前輪，除了給微型直流電機(jī)、光源和數(shù)據(jù)處理模塊供電，還可以起到配重平衡的作用，微型 直流電機(jī)驅(qū)動前輪向前或向后行進(jìn)，后輪控制行進(jìn)方向。
[0012] 較佳地，所述的電驅(qū)小車的車架中部立桿兩側(cè)分別安裝有一根加強(qiáng)筋，車架中部 立桿和車架前部立桿之間焊接有倒T字形連桿，倒T字形連桿頂端和車架中部立桿之間焊 接有一根短連接桿，增加驅(qū)動小車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使之經(jīng)久耐用。
[0013] 較佳地，田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢測的方法，其特征在于：包括如下步 驟： (a) 設(shè)備準(zhǔn)備：將裝置牽引或自行至待展開檢測工作的位置，啟動電源開關(guān)，開啟光源， 預(yù)熱15分鐘，使光源穩(wěn)定，對裝置水平找平，保持穩(wěn)定； (b) 光譜白板矯正：白板與玉米植株葉片高度平齊放置，進(jìn)行光譜白板矯正； (c) 光譜采集角度調(diào)整：調(diào)節(jié)直角伸展臂的高度，使玉米植株葉片處于直角伸展臂下 方，將光譜探頭和光源通過安裝孔分別安裝在彎刀懸掛臂上，光譜探頭和光源的數(shù)據(jù)線和 光纖線分別與數(shù)據(jù)處理模塊和電源裝置連接，轉(zhuǎn)動彎刀懸掛臂，獲取較佳的檢測角度，使光 源投射角與葉片檢測點(diǎn)平面呈45度，光譜探頭接收反射光，反射角與葉片檢測點(diǎn)平面呈45 度，利用光譜探頭采集檢測點(diǎn)處的波長為803nm、852nm、1151nm、1529nm、1612nm、1938 nm、1989nm、2015nm、2131nm、2254nm和2358nm所對應(yīng)玉米植株葉片的反射率； (d) 理化值計(jì)算：將所得反射率輸入檢測裝置，檢測裝置依據(jù)多元線性回歸方程： Y=12. 417X1+23. 527X2+21. 315X3-21. 236X4+202. 136X5-219. 223X6+251. 215X7+278. 2 19X8-396. 687X9+39. 432X10-31. 215X11+0. 45,計(jì)算得到玉米植株葉片的天冬氨酸含量，式 中Y為玉米植株葉片的天冬氨酸含量；X1~X11分別為波長803nm、852nm、1151nm、1529 nm、1612nm、1938nm、1989nm、2015nm、2131nm、2254nm和 2358nm所對應(yīng)的玉米植株葉 片的反射率。
[0014] 本發(fā)明的有益效果有： (1)檢測裝置在玉米田間種植現(xiàn)場展開檢測工作，可獲取活體玉米葉片的光譜數(shù)據(jù)，不 需在實(shí)驗(yàn)室檢測，檢測效率尚。
[0015] (2)彎刀懸掛臂和萬向節(jié)配合轉(zhuǎn)動，獲取較佳的檢測角度，可全方位全自由度地測 量玉米葉片，可根據(jù)不同玉米葉片的自然生長形態(tài)，便捷地改變光譜投射角度和入射角度， 獲取較佳的測量角度，可以檢測葉片的正反面。
[0016] (3)相對與直角伸展臂，轉(zhuǎn)動連接桿，調(diào)節(jié)直角伸展臂的高度，有利于采集不同生 長期玉米葉片光譜數(shù)據(jù)，可以做到玉米全生命周期玉米葉片活體光譜數(shù)據(jù)采集，采集的光 譜數(shù)據(jù)建立的模型適用性更好。
[0017] (4)整個裝置簡單實(shí)用，成本低廉，易于推廣。
【附圖說明】
[0018] 圖1為玉米植株示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢測結(jié)果； 圖中標(biāo)記注明：1 一彎刀懸掛臂，2-光譜探頭，3-可見近紅外光源，4一萬向節(jié)，5-直 角伸展臂，6-連接桿，7-數(shù)據(jù)處理模塊，8-車架，9一電源裝置，10-前輪，11 一微型直流 電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一 步的說明，參見圖1、圖2和圖3 : 按本發(fā)明實(shí)施的田間玉米植株葉片天冬氨酸含量檢測裝置，主要作用是方便現(xiàn)場檢 測，通過萬向節(jié)4調(diào)試彎刀懸掛臂1可以使之相對于直角伸展臂5作全自由度轉(zhuǎn)動，查看轉(zhuǎn) 動是否正常，工作正常有利于采集不同形態(tài)玉米葉片的光譜數(shù)據(jù)，不但可以采集玉米葉片 正面光譜數(shù)據(jù)，而且可以采集玉米葉片反面光譜數(shù)據(jù)。
[0020] 有陽光照射的情況下，在直角伸展臂5上方或旁邊打開遮陽傘，確保陽光不會照 射到玉米植株葉片上面，阻擋外界環(huán)境太陽光線對采集光譜數(shù)據(jù)的影響，使得測量結(jié)果更 準(zhǔn)確，在無陽光或者陰天的情況下，無需在直角伸展臂5上方或旁邊打開遮陽傘。
[0021] 檢查電源裝置9是否供電正常，如電量不足，應(yīng)該充電或更換蓄電池，由于電源裝 置9有3組蓄電池組成，可以保證12小時連續(xù)為安裝在前輪10上的微型直流電機(jī)11、可見 近紅外光源3和數(shù)據(jù)處理模塊7供電，將電源裝置9的安裝位置盡量靠近前輪10,可以起到 平衡整個檢測裝置的作用，前輪10和微型直流電機(jī)11 一體化安裝，微型直流電機(jī)11驅(qū)動 前輪10向前或向后行進(jìn)，后輪人工控制行進(jìn)方向，無需耗費(fèi)人力成本搬運(yùn)，既簡單又方便。
[0022] 由于直角伸展臂5長2米，可確保檢測裝置采集較大范圍玉米葉片光譜數(shù)據(jù)，根據(jù) 采集玉米葉片光譜數(shù)據(jù)需要，如需要比較田間和田邊玉米葉片天冬氨酸含量區(qū)別，既可以 選擇在路邊開展檢測工作，也可以選擇在田間開展檢測工作。
[0023] 彎刀懸掛臂1上均勻分布有15個圓孔，兩圓孔中心距離為10cm，方便可見近紅外 光源3和光譜探頭2根據(jù)檢測需要進(jìn)行安裝位置組合，可見近紅外光源3和光譜探頭2根 據(jù)檢測角度需要分別選擇相應(yīng)的圓孔與彎刀懸掛裝置連接，螺栓固定，可以確保大