一種基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控技術和樹木檢測技術.，具體是基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測技術。
【背景技術】
[0002]樹木生長過程中，其內部水分和無機鹽濃度是保障樹木健康生長的必須要素，通過檢測這兩個指標就可以很好的把握樹木生長的情況。然而目前對樹木內部水分和無機鹽濃度的檢測方式是先通過人工采樣，再靠人工進行檢測。這種檢測方式不僅效率低下，成本高，而且檢測結果缺乏實時性，數(shù)據(jù)價值不高，甚至不及時的檢測導致疏于管理，影響樹木生長。
[0003]目前，中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?01520224038.7的文獻中提出了一種樹木生長狀態(tài)檢測器，使用水氣檢測模塊和PH檢測模塊的組合檢測樹木內部水分和PH值來檢測樹木狀況，由于是通過樹木內部水分轉化的水氣進行檢測，所以外界溫度、濕度等因素會對檢測結果產生極大影響，數(shù)據(jù)并不能準確表示樹木內部的水量。同時該檢測器的檢測并不涉及樹木的離子濃度，忽略了無機鹽對樹木生長的重要影響，對樹木生長狀態(tài)的檢測并不充分。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對目前樹木生長檢測存在的問題，提出一種基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測裝置與方法，實時檢測樹木內部的水量和檢測離子濃度，了解樹木無機鹽濃度是否影響樹木正常生長，檢測結果精確，結構簡單，操作容易且自動化程度高。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測裝置采用的技術方案是:包括殼體和將殼體固定在樹木外表面上的固定裝置，殼體內部設有電路板和微流控芯片，毫米級導管從微流控芯片的主通道引出，引出端各固定連接一個針頭，兩個針頭一上一下插入樹木中的樹木導管內；在微流控芯片的主通道上部一側沿主通道的軸向由上至下等距離設置三個檢測電級，在第三檢測電極的下方設置一個供電電極，在主通道下部引出與主通道垂直的壓力檢測通道，在壓力檢測通道的端口設置一個壓力傳感器;所述三個檢測電級和所述壓力傳感器均連接于電路板。
[0006]殼體上設置開關和USB2接口，電路板由單片機部分、USB接口模塊、自檢測模塊、A/D轉換模塊、電導檢測電路、GSM短信模塊和供電與開關模塊組成，單片機部分分別與USB接口模塊、自檢測模塊、A/D轉換模塊、GSM短信模塊和供電與開關模塊相連，USB接口模塊連接USB接口，A/D轉換模塊連接電導檢測電路和壓力傳感器，電導檢測電路分別與供電電極和三個檢測電極相連，供電與開關模塊連接開關。
[0007]本發(fā)明一種基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測裝置的檢測方法采用的技術方案是包括以下步驟:
A、樹木的液體通過針頭沿毫米級導管進入微流控芯片的主通道內，微流控芯片內部的壓力由壓力傳感器檢測傳送電路板，當壓力不正常時，電路板發(fā)送壓力不正常信息報告，當壓力正常時，液體繼續(xù)流動；
B、液體流經三個檢測電極和供電電極之間，電路板選擇三個檢測電極中的其中一個檢測電極，只接收所選電極所檢測到的溶液的電導率；
C、電路板根據(jù)式L= A Σ (Xi * Ci) / I求出離子濃度Ci，L為液體的電導率，A為電極面積，I為兩個電極之間的垂直距離，Ci為離子i的濃度，Xi為離子i的摩爾電導率，將所求的離子濃度Ci與正常離子濃度范圍相比較，如果離子濃度Ci在正常離子濃度范圍內，電路板不發(fā)送信息報告，液體繼續(xù)流動，反之，則發(fā)送信息報告。
[0008]在液體流經三個檢測電極和供電電極之間時，將三個檢測電極分別檢測到的溶液的電導率11、1^、1^3傳送到電路板，若1^1〈1^〈1^3丄3-1^1〈10%禮1，選擇測出1^3的第三檢測電極作為檢測電極;若11〈1^〈1^3兒3-1^1>10%禮1丄2-1^1>10%札1，則為錯誤情況，要間隔檢測時間后重新測量，若連續(xù)3次檢測數(shù)據(jù)處于錯誤情況，則電路板發(fā)送信息報告。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明只需要將裝置固定在樹木上，將針頭插入樹木導管中即可自動工作，通過對樹木導管進行針頭取液，可以實時檢測經導管流經微流控芯片的樹木液體，檢測樹木導管中的水量，借此可以了解樹木是否出現(xiàn)缺水或水過多的情況，操作簡單且自動化程度高。
[0010]2、本發(fā)明以電導法檢測離子濃度，數(shù)據(jù)準確，可以了解樹木無機鹽濃度是否不正常，影響樹木正常生長。預處理過程為機器單一化操作，減少了人為因素引入的檢測噪聲。采用多電極設計，適合多種樹木檢測3、本發(fā)明基于微流控芯片，通過檢測樹木導管中的液體從而實時檢測樹木狀態(tài)，檢測數(shù)據(jù)更精確有效。
[0011]3、本發(fā)明設置GSM短信模塊，具有短信發(fā)送功能，當檢測出現(xiàn)問題可以直接發(fā)送給用戶，簡單易用，更加方便高效。
[0012]4、本發(fā)明將針頭連接樹木處有膠帶密封，密封性好，能防止針頭脫落，不會把雜質引入樹木中。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測裝置的安裝示意圖；圖2為圖1中毫米級導管6的取液結構放大示意圖；
圖3為圖1中殼體4內部結構放大示意圖；
圖4為圖3中微流控芯片8的內部結構及外部安裝連接示意圖；
圖5為圖4中壓力傳感器14的液體流量檢測原理放大圖；
圖6為圖3中電路板9的內部組成及外部連接放大示意圖。
[0014]附圖中各部件的序號和名稱:1.開關;2.USB接口；3.固定裝置;4.殼體;5.針頭;6.毫米級導管;7.樹木導管;8.微流控芯片;9.電路板；10.第一檢測電極；11.第二檢測電極；12.第三檢測電極；13.供電電極；14.壓力傳感器；15.微流控芯片主通道；16.壓力檢測通道；17.單片機部分；18.USB接口輸入模塊；19.自檢測模塊;20.A/D轉換模塊;21.電導檢測電路;22.GSM短信模塊;23.供電與開關模塊;24.固定勾;28.上孔;29.下孔;30.樹木。
【具體實施方式】
[0015]參見圖1，本發(fā)明一種基于微流控芯片的樹木生長狀態(tài)實時檢測裝置由開關1、USB接口 2、固定裝置3、殼體4和毫米級導管6構成。開關I和USB2接口 2安裝在殼體4上，開關I位于殼體4正面的中部，決定整個裝置的開啟和關閉;USB接口 2位于殼體4正面的下部，使用戶可以修改裝置工作參數(shù)。固定裝置3連接于殼體4左右兩側，固定裝置3將殼體4固定在樹木30外表面上。毫米級導管6的上下兩端對應地從殼體4的上下兩側引出，毫米級導管6引出的上下兩端都插入樹木30內部，用于取液和傳輸液體。
[0016]參見圖2，在毫米級導管6的上下兩個引出端各固定連接一個針頭5，針頭5與毫米級導管6相連，兩個針頭5—上一下地插入樹木30中的樹木導管7內，用膠帶把針頭5和樹木30的連接處密封好，樹木液體會通過針頭5由毫米級導管6進入殼體4中。針頭5取液技術成熟，用膠帶綁好就可防止液體漏出。
[0017]參見圖3，在殼體4內部設有電路板9和毫米級通道的微流控芯片8，毫米級通道的微流控芯片8嵌入電路板9中。開關I和USB接口 2均連接電路板9 ο在殼體4的四角處各設一個固定勾24，用四個固定勾24勾住電路板9的四角，使電路板9穩(wěn)固在殼體4內。毫米級導管6從微流控芯片8的主通道引出，并在連接處用固體膠粘連好。毫米級導管6從殼體4上側面上開的上孔28和下側面上開的下孔29中引出，用膠帶固定毫米級導管6，使取液時不會漏液。
[0018]參見圖4，毫米級導管6與微流控芯片8的主通道15相連，樹木液體經過毫米級導管6和主通道15進入微流控芯片8中，在微流控芯片8中開始對液體的檢測。在微流控芯片8的主通道15上部一側設置三個檢測電級，分別是第一檢測電極10、第二檢測電極11和第三檢測電極12，這三個檢測電級沿主通道15的軸向由上至下等距離設置。這三個檢測電級都有部分進入主通道15內。在第三檢測電極12的下方且位于主通道15的另一側設置一個供電電極13。在進行電導檢測前，通過程序選擇相應的檢測電極，選擇好后保存檢測電極位置，以相應的檢測電極和供電電極來檢測這一段距離液體的電導率，從而檢測液體的離子濃度。在微流控芯片8的主通道15下部引出與主通道15垂直的微流控芯片壓力檢測通道16，在壓力檢測通道16的端口設置一個壓力傳感器14，壓力傳感器14的感應端與壓力檢測通道16的端口相連，用于測量壓力檢測通道16內的壓力，從而檢測液體流量。壓力檢測通道16與三個檢測電級位于同一側，在供電電極13的對面?zhèn)龋╇婋姌O13位于壓力檢測通道16和第三檢測電極12之間。第一檢測電極10、第二檢測電極11、第三檢測電極12、供電電極13和壓力傳感器14均連接于電路板9。
[0019]參見圖5，微流控芯片8的主通道15的側壁固定連接壓力檢測通道16—端，壓力檢測通道16另一端連接壓力傳感器14，壓力檢測通道16與主通道15相垂直。壓力傳感器14的感應部分進入壓力檢測通道16中。當樹木液體通過毫米級導管6進入微流控芯片8的主通道15后，由于流量不同，對主通道15壁的壓力也不同，流經壓力檢測通道16時，液體會因為壓力原因進入壓力檢測通道16，液體的進入會引起壓力檢測通道16內的壓力變化。壓力傳感器14通過檢測壓力檢測通道16內的壓力變化，從而可測出樹木導管中的液體流量。液體通過主通道15后，順著主通道15自上而下再通過毫米級導管6流出微流控芯片8。
[0020]參見圖6，電路板9上的各種功能模塊，把毫米級通道的微流控芯片8檢測出的信息分析處理，再根據(jù)需要發(fā)送給用戶。電路板9由單片機部分17、USB接口模塊18、自檢測模塊
19、A/D轉換模塊20、電導檢測電路21、GSM短信模塊22和供電與開關模塊23組成。單片機部分17布置在電路板9中間，單片機部分17通過不同的接口分別與USB接口模塊18、自檢測模塊19、A/D轉換模