專利名稱：一種葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種葉片生化參數(shù)檢測的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
基于光譜分析的葉片生化參數(shù)檢測技術(shù)，是目前精細農(nóng)業(yè)應用領(lǐng)域中實現(xiàn)快速無損實時檢測的發(fā)展趨勢。利用光譜分析技術(shù)進行葉片生化參數(shù)的無損檢測，具有響應時間短、無需前期處理的優(yōu)點；并且配合近年來日趨完善的光纖技術(shù)，使得遠距離的現(xiàn)場檢測更加方便容易。利用光譜分析進行葉片生化參數(shù)的檢測，關(guān)鍵在于建立一個高精度、高穩(wěn)定性的校正模型。而影響校正模型精度的三方面因素為真值精度、建模算法和光譜精 度。其中真值精度采用化學方法獲得，在現(xiàn)階段技術(shù)中已經(jīng)能夠達到很高的精確度；建模算法屬于數(shù)學過程，現(xiàn)階段的數(shù)學建模手段也已經(jīng)非常成熟，不容易出現(xiàn)實質(zhì)性的重大改進；所以校正模型的精度主要取決于光譜精度，采集高精度光譜對于所述檢測過程至關(guān)重要。以下列舉兩種相對較完善的檢測方法中國發(fā)明專利CN101625314B公開了一種高等植物生化參數(shù)非接觸監(jiān)測裝置，通過一體化探頭實現(xiàn)了漫反射非接觸測量。該技術(shù)方案應用漫反射光譜，由于葉片是強散射體，漫反射方式收集到的光強信號較大，光譜信噪比高，其光譜精度很高。漫反射光譜檢測的優(yōu)勢在于其攜帶了大量葉片的物理結(jié)構(gòu)，生理特征等信息，對植物種類，葉片結(jié)構(gòu)，植物生長期等數(shù)據(jù)比較敏感；但是其缺點在于這不利于定量分析葉片的化學成分。中國發(fā)明專利CN101852735B公開了一種全譜段透射式植物生化參數(shù)無損檢測裝置及方法，通過可調(diào)穩(wěn)壓驅(qū)動光源電路實現(xiàn)利用透射光譜的測量葉片的生化參數(shù)。透射光譜的測量特點正好與漫反射光譜相反。透射光譜較有利于分析葉片的化學成分，但信號較弱，信噪比較低，反映葉片結(jié)構(gòu)和生長狀態(tài)的信息少。上述兩種光譜檢測方法各有優(yōu)勢和缺陷，但都不能夠同時的展現(xiàn)出葉片結(jié)構(gòu)和生長狀態(tài)的信息以及化學成分參數(shù)兩方面數(shù)據(jù)。也就是說現(xiàn)階段還缺少一種全面、完整、適用性廣泛的光譜檢測方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)及方法。本發(fā)明所述系統(tǒng)分別采集漫反射光譜和透射光譜，并將兩個光譜拼接后共同建立校正模型。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有以下技術(shù)方案一種葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光源模塊，用于提供光譜檢測所需光線；夾具模塊，用于放置葉片，利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；并收集所述透射光和漫反射光，傳導至光譜儀模塊；光譜儀模塊，用于接收所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜；
數(shù)據(jù)處理模塊，用于讀取透射光譜和漫反射光譜，利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜定量分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)值。所述光譜檢測所需的光線包括參考光線和激發(fā)光線，則所述光源模塊包括鹵鎢燈單元，用于提供波長在400_1050nm范圍的光線；穩(wěn)壓電路單元，用于提供不同電壓等級的穩(wěn)定電壓，使鹵鎢燈單元在低電壓下產(chǎn)生參考光線，在高電壓下產(chǎn)生激發(fā)光線或參考光線；聚光透鏡單元，用于將所述光線匯聚為平行光。
所述夾具模塊具體為所述夾具模塊包括夾具上部和夾具下部，所述夾具上部與夾具下部之間以彈簧連接；所述夾具上部包括一個入射光光纖接口和兩個接收漫反射光光纖接口 ；所述夾具下部包括一個接收透射光光纖接口，接收透射光光纖接口與所述入射光光纖接口光學對準；夾具上部與夾具下部之間存在的空隙為葉片放置區(qū)域，所述葉片放置區(qū)域用橡膠圈密封。所述接收漫反射光光纖接口和接收透射光光纖接口還包括光開關(guān)；當光開關(guān)閉合則對應的光纖接口接收透射光或漫反射光；當光開關(guān)斷開則對應的光纖接口不接收透射光或漫反射光。所述系統(tǒng)還包括輸出模塊，用于將測得的葉片生化參數(shù)數(shù)值輸出。所述系統(tǒng)還包括控制模塊，用于接收用戶的指令，并控制系統(tǒng)各模塊完成檢測流程。一種葉片生化參數(shù)檢測方法，所述方法包括以下步驟利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；采集所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜；利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜定量分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)值。所述方法還包括在不放置葉片的情況下，采集參考透射光、參考漫反射光及暗光；將所述參考透射光、參考漫反射光及暗光轉(zhuǎn)換成參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流，探測參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流的電壓值。所述利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜具體為將透射光轉(zhuǎn)換成透射電信號，探測透射電信號的電壓值，利用透射電信號、參考透射電信號和暗電流的電壓值生成透射光譜；將漫反射光轉(zhuǎn)換成漫反射電信號，探測漫反射電信號的電壓值；利用漫反射電信號、參考漫反射電信號和暗電流的電壓值生成漫反射光譜。所述對多信息光譜進行光譜定量分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)據(jù)具體為對所述多信息光譜進行預處理，并利用預處理后的多信息光譜建立校正模型，利用所述校正模型計算葉片的生化參數(shù)數(shù)據(jù)。根據(jù)以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明存在的有益效果是，所述系統(tǒng)能夠采集漫反射光譜和透射光譜，并將二者合成多信息光譜，使得所述多信息光譜中既包含葉片的生理結(jié)構(gòu)信息又包含化學成分信息，結(jié)合了兩種光譜的優(yōu)勢；從而實現(xiàn)利用所述多信息光譜得到更加精準的校正模型，提高了葉片生化參數(shù)檢測的精確度?？梢姳景l(fā)明通過改良光譜采集的方式實現(xiàn)漫反射光譜檢測與透射光譜檢測的優(yōu)勢互補，所述系統(tǒng)及方法更加全面、完善，能夠廣泛適用于各種應用場景之下，滿足不同的實際檢測要求。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實施例所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明另一實施例所述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例所述夾具模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例所述方法流程圖；圖5為本發(fā)明另一實施例所述方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參照圖I所示，為本發(fā)明所述葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)所公開的一個具體實施例；本實施例中所述系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如下光源模塊，用于提供光譜檢測所需光線；本實施例中所述系統(tǒng)需利用光線照射葉片，從而產(chǎn)生葉片的透射光和漫反射光，并對透射光和漫反射光進行采集。夾具模塊，用于放置葉片，利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；并收集所述透射光和漫反射光，傳導至光譜儀模塊；本實施例中所述夾具模塊存在多個光纖接口，所述光纖接口用來提供入射光、接收漫反射光或接收透射光。所述光纖接口通過光纖與光源模塊或光譜儀模塊連接。光譜儀模塊，用于接收所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜；數(shù)據(jù)處理模塊，用于讀取透射光譜和漫反射光譜，利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)值。本實施例中，所述光源模塊能夠提供生成透射光需要的光線及生成漫反射光需要的光線；所述夾具模塊能夠收集所述透射光和漫反射光；二者結(jié)合使得實施例所述系統(tǒng)能夠同時采集到透射光譜和漫反射光譜；在數(shù)據(jù)處理的過程中，利用透射光譜和漫反射光譜生成的多信息光譜同時兼具了傳統(tǒng)透射和漫反射光譜檢測的優(yōu)點，既能突顯了葉片的生理結(jié)構(gòu)信息即攜帶信息全面，又能增加光譜變量與化學成分含量的線性關(guān)系即便于光譜定量分析；所以利用本發(fā)明所述多信息光譜進行定量分析葉片生化參數(shù)含量，其預測結(jié)果精度和穩(wěn)定性要優(yōu)于單獨的漫反射或透射光譜。參照圖2所示，為本發(fā)明所述葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)的另一個具體實施例。本實施例中，所述系統(tǒng)具體包括光源模塊，用于提供光譜檢測所需光線；所述光線包括參考光線和激發(fā)光線；所述系統(tǒng)利用激發(fā)光線照射葉片，從而產(chǎn)生葉片的透射光和漫反射光，并對透射光和漫反射光進行采集；另外還需要利用參考光線或激發(fā)光線在不照射葉片的情況下，采集某些參考數(shù)據(jù)；而參考光線和激發(fā)光線的光強不同；所以所述光源模塊可以實現(xiàn)調(diào)整光線的強度等級。本實施例中所述光源模塊能夠提供一個光強較弱的光線作為參考光線，用于米集一部分參考數(shù)據(jù)；還能夠提供一個光強較強的光線作為激發(fā)光線，用于照射葉片產(chǎn)生透射光和漫反射光，還可以用于采集另一部分參考數(shù)據(jù)。
本實施例中所述光源模塊包括鹵鎢燈單元，用于提供波長在400_1050nm范圍的光線；所述光線為形成光譜所需要的混合白光；鹵鎢燈單元為本實施例中實際產(chǎn)生光線的部件；根據(jù)所提供電壓等級的不同，鹵鎢燈單元產(chǎn)生光線的強度也不同；電壓越高，光線強度越強。穩(wěn)壓電路單元，用于提供不同電壓等級的穩(wěn)定電壓，使鹵鎢燈單元發(fā)出穩(wěn)定光線的基礎上，在低電壓下產(chǎn)生參考光線或在高電壓下產(chǎn)生激發(fā)光線；所述穩(wěn)壓電路單元為鹵鎢燈單元輸出不同電壓等級的穩(wěn)定電壓，本實施例中具體設定為0V、2. 7V和5V三個級別的穩(wěn)定電壓。對于所述穩(wěn)壓電路單元中的電路結(jié)構(gòu)，本實施例中不作具體的限定，凡是能夠?qū)崿F(xiàn)類似功能的穩(wěn)壓電路均可以置于本法實施例整體的技術(shù)方案之下。例如，利用三端集成穩(wěn)壓器LM317構(gòu)建穩(wěn)壓電路單元即可實現(xiàn)相應功能。穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)及工作原理均屬于公知常識，在此處不作贅述。本實施例中當穩(wěn)壓電路單兀的輸出電壓為OV，齒鶴燈不發(fā)光；當輸出電壓為
2.7V，鹵鎢燈產(chǎn)生一個光強相對較弱的光線，作為參考光線，用于采集一部分參考數(shù)據(jù)；當輸出電壓為5V，鹵鎢燈產(chǎn)生一個光強相對較強的光線，作為激發(fā)光線，用于照射葉片產(chǎn)生透射光和漫反射光，還可以用于采集另一部分參考數(shù)據(jù)。需要說明的是，所述參考數(shù)據(jù)在生成透射光譜、漫反射光譜的計算過程中起到作用。聚光透鏡單元，用于將所述光線匯聚為平行光；在實際的檢測過程當中，以平行光照射葉片對于光譜的采集來說效果最好，所以本實施例中利用聚光透鏡單元將鹵鎢燈單元發(fā)出的光線匯聚為平行光。夾具模塊，用于放置葉片，利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；并收集所述透射光和漫反射光，傳導至光譜儀模塊；本實施例中所述家具模塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示，具體為所述夾具模塊包括夾具上部31和夾具下部32，所述夾具上部31與夾具下部32之間以彈簧33連接；所述夾具上部包括一個入射光光纖接口 311和兩個接收漫反射光光纖接口 312 ;入射光光纖接口 311通過光纖連接光源模塊，用于傳導光源模塊生成的光線；所述夾具下部32包括一個接收透射光光纖接口 321，為便于接收透射光光纖接口 321接收透射光，在位置關(guān)系上設置接收透射光光纖接口 321與所述入射光光纖接口光學對準311 ;漫反射光光纖接口 312和透射光光纖接口 321均通過光纖連接光譜儀模塊，用于將收集到的漫反射光和透射光傳導至光譜儀模塊。夾具上部31與夾具下部32之間存在的空隙為葉片放置區(qū)域，為減少雜散光對檢測過程的影響，所述葉片放置區(qū)域用橡膠圈密封；所述密封橡膠圈優(yōu)選顏色為黑色。所述接收漫反射光光纖接口和接收透射光光纖接口還包括光開關(guān)；由于接收漫反射光光纖接口和接收透射光光纖接口在檢測過程中并非是隨時都在接收透射光或漫反射光，所以光開關(guān)能夠控制上述兩種光纖接口是否進行接收。即當光開關(guān)閉合則對應的光纖接口接收透射光或漫反射光；當光開關(guān)斷開則對應的光纖接口不接收透射光或漫反射光。事實上，漫反射光和透射光的接收是分時進行的，而不是同時進行的，漫反射光與透射光分別發(fā)送到光譜儀模塊，分別進行處理生成相應的光譜。一般來講，如果當接收漫反射光光纖 接口的光開關(guān)閉合，則接收漫反射光光纖接口開始接收漫反射光并傳導至光譜儀模塊，同時接收透射光光纖接口的光開關(guān)斷開；反之同理。光譜儀模塊，用于接收所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜；實際上在本實施例當中光譜儀模塊主要是包括一個便攜式微型光譜儀設備其波段響應范圍包括400-1050nm。其原理可以簡要的概括為將夾具模塊收集的漫反射光和透射光依次進行分光，并將光信號轉(zhuǎn)化成電信號通過后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)化電路及信號放大電路，最終生成透射光譜和漫反射光譜，將透射光譜和漫反射光譜提供給數(shù)據(jù)處理模塊。本實施例中所述光譜儀模塊屬于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)儀器設備。數(shù)據(jù)處理模塊，用于讀取透射光譜和漫反射光譜，利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)值；一般意義上的光譜都是以圖像的形式呈現(xiàn)；另一方面從數(shù)學角度上來講，所述透射光譜和漫反射光譜以矩陣的形式表示；而無論是圖像的拼接還是矩陣的拼接都可以通過數(shù)學方法直接的進行，無需其他任何形式的處理。透射光譜和漫反射光譜拼接后得到多信息光譜，所述多信息光譜中即包括了二者所反映的所有數(shù)據(jù)信息。漫反射光譜檢測的優(yōu)勢在于其攜帶了大量葉片的物理結(jié)構(gòu)，生理特征等信息，對植物種類，葉片結(jié)構(gòu)，植物生長期等數(shù)據(jù)比較敏感；而透射光譜與化學成分含量的線性關(guān)系明顯，比較有利于分析葉片化學成分的定量分析。所以對本實施例中所述多信息光譜進行光譜分析即可以獲取葉片的物理結(jié)構(gòu)和化學成分兩方面的特征。本實施例中利用多信息光譜進行光譜分析檢測葉片生化參數(shù)的過程同樣是通過建立校正模型。該建模分析過程與傳統(tǒng)方式?jīng)]有實質(zhì)性的區(qū)別。但是本實施例中通過提高光譜的精度改善了模型的精度，使得所建立的校正模型涵蓋的信息更加完善準確。由于上述建模分析的過程為本領(lǐng)域公知，而且不涉及本發(fā)明的創(chuàng)新點，所以不對該過程作具體描述。從硬件的角度上來講，所述數(shù)據(jù)處理模塊可利用嵌入式微處理器DSP實現(xiàn)，并且相應的配置電源、時鐘、RAM、JTAG接口等部件共同構(gòu)成所述數(shù)據(jù)處理模塊。所述數(shù)據(jù)處理模塊的具體物理結(jié)構(gòu)并不唯一，但一般來說現(xiàn)階段用于數(shù)據(jù)處理的功能模塊都屬于類似的結(jié)構(gòu)模式。而對于本實施例來講，凡是能夠?qū)崿F(xiàn)如上述數(shù)據(jù)處理功能的結(jié)構(gòu)均可以適用于本實施例的整體技術(shù)方案之下。輸出模塊，用于將測得的葉片生化參數(shù)數(shù)據(jù)輸出；控制模塊，用于接收用戶的指令，并控制系統(tǒng)各模塊完成檢測流程；本實施例中，所述控制模塊實現(xiàn)對整個系統(tǒng)工作流程的控制，對各個模塊發(fā)送工作指令、控制信號及通訊 信號，例如，對于夾具模塊中光開關(guān)的控制就是通過控制模塊來實現(xiàn)的；所述控制模塊還可以包括輸入輸出接口與外圍輸入輸出設備的連接，以實現(xiàn)接收用戶控制指令或向所述輸出模塊提供相應的數(shù)據(jù)進行輸出。在本實施例所述系統(tǒng)中，為所述光源模塊中加入了穩(wěn)壓電路單元，通過調(diào)節(jié)電壓等級，使鹵鎢燈單元在低電壓下產(chǎn)生參考光線或在高電壓下產(chǎn)生激發(fā)光線；從而為所述系統(tǒng)采集透射光譜和漫反射光譜提供了前提條件；本實施例中公開的所述夾具模塊的形態(tài)結(jié)構(gòu)是為了實現(xiàn)本發(fā)明中的特定功能而特別設計的，不同于傳統(tǒng)夾具的是，本實施例中夾具模塊能夠分別實現(xiàn)透射光的采集和漫反射光的采集；再利用采集到的透射光和漫反射光進行光電信號轉(zhuǎn)換和后期的數(shù)據(jù)處理，就得到了包含葉片的物理結(jié)構(gòu)和化學成分兩方面特征的多信息光譜。相對于傳統(tǒng)的光譜檢測，本實施例所述系統(tǒng)采集的光譜精確度更好，其檢測結(jié)果也更加全面、完整，所述系統(tǒng)的適用性更加廣泛。相比于圖I所示實施例，本實施例中所述系統(tǒng)對于各部分的結(jié)構(gòu)描述更加具體，技術(shù)方案也更加完整。另外本實施例中優(yōu)選的加入了輸出模塊和控制模塊，使得本實施例所述系統(tǒng)的功能更加完善，進一步的滿足了用戶的需求。參照圖4所示，為本發(fā)明所述葉片生化參數(shù)檢測方法的一個具體實施例，本實施例中所述方法包括以下步驟步驟401、利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；步驟402、采集所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜；步驟403、利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)據(jù)。本實施例為所述方法的一個基礎實施例。事實上，本實施例中所述方法完全對應圖I所示實施例中所述系統(tǒng)。所以本實施例所述方法存在的有益效果是本實施例中所述方法能夠同時采集到透射光譜和漫反射光譜；在數(shù)據(jù)處理的過程中，利用透射光譜和漫反射光譜生成的多信息光譜同時包含了透射光譜和漫反射光譜兩者反映的內(nèi)容；所以利用本發(fā)明所述多信息光譜進行光譜分析而檢測得到的葉片生化參數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合了傳統(tǒng)透射光譜檢測和漫反射光譜檢測的優(yōu)點，既能反映葉片的生理結(jié)構(gòu)信息，也能夠反映化學成分參數(shù)。所以利用本發(fā)明所述多信息光譜進行定量分析葉片生化參數(shù)含量其預測結(jié)果精度和穩(wěn)定性要優(yōu)于單獨的漫反射光譜或透射光譜。參照圖5所示，為本發(fā)明所述方法的另一個具體實施例。本實施例中所述方法為利用圖2所示實施例中所述系統(tǒng)而實現(xiàn)，所以在本實施例中將結(jié)合圖2所示實施例中已經(jīng)公開的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，對所述方法進行更加具體的解釋和說明。所述方法具體包括以下步驟步驟501、在夾具模塊空置或放置標準板的情況下，采集參考透射光、參考漫反射光及暗光；
該步驟為所述檢測葉片生化參數(shù)之前，預先采集部分參考參數(shù)的過程。也就是在所述夾具模塊中不放置葉片的情況下，令穩(wěn)壓電路單元分別提供0V、2. 7V和5V的穩(wěn)定電壓。在電壓等級為OV的情況下，光源模塊不提供光線，即以此作為暗光進行采集；電壓等級為2. 7V的情況下，光源提供參考光線，接收透射光光纖接口采集參考光線作為參考透射光；電壓等級為5V的情況下，光源提供激發(fā)光線，接收漫反射光光纖接口采集激發(fā)光線作為參考漫反射光。本實施例中對于采集參考透射光、參考漫反射光及暗光的先后順序不作限定。還需要說明的是，本實施例中，采集暗光和參考透射光是在夾具模塊控制的情況下完成的，采集參考漫反射光是在放置標準板的情況下完成的，因為需要利用激發(fā)光線照射所述標準板發(fā)生漫反射而產(chǎn)生參考漫反射光。所述標準板使光線發(fā)生漫反射的效率在99%以上。步驟502、將所述參考透射光、參考漫反射光及暗光轉(zhuǎn)換成參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流，探測參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流的電壓值；·
結(jié)合圖2所示系統(tǒng)實施例來看，該步驟利用所述光譜儀模塊來實現(xiàn)上述光電信號轉(zhuǎn)換。也就是將參考透射光、參考漫反射光及暗光三個光信號轉(zhuǎn)換成參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流三個電信號。實際上上述三個電信號均以電壓值的形式來反映。本實施例中以Sd表不暗電流電壓值；St,ref表不參考透射電信號電壓值；Sr,ref表不參考漫反射電信號電壓值。在本實施例所述方法中，上述三個參考為參考參數(shù)。步驟503、在所述夾具模塊中放置葉片，利用所述激發(fā)光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光并采集；完成參考參數(shù)的采集之后，自本步驟開始對葉片進行檢測。光源模塊通過夾具模塊中所述入射光光纖接口提供激發(fā)光線對葉片進行照射。所述激發(fā)光線照射葉片能激發(fā)透射光和漫反射光。同樣參照圖2所示實施例來看，激發(fā)光線照射葉片后經(jīng)過散射回到入射表面的光線即所述漫反射光線，所以從光學原理上來說，接收漫反射光光纖接口位于夾具上部，與入射光光纖接口同側(cè)；而激發(fā)光線照射葉片后經(jīng)過吸收、散射穿透葉片從另一側(cè)射出的光線即所述透射光線，所以接收透射光光纖接口位于夾具下部，且與入射光光纖接口光學對準。本實施例中在采集漫反射光和透射光是分時進行的。具體來講需要在接收漫反射光光纖接口和接收透射光光纖接口上設置光開關(guān)，實際采集的過程中，當接收漫反射光光纖接口的光開關(guān)閉合，同時接收透射光光纖接口的光開關(guān)斷開，則此時漫反射光被接收漫反射光光纖接口接收，而透射光不被接收；相反，如果當接收漫反射光光纖接口的光開關(guān)斷開，同時接收透射光光纖接口的光開關(guān)閉合，則此時透射光被接收透射光光纖接口接收，而漫反射光不被接收。本實施例中接收漫反射光和透射光的先后順序?qū)τ谡w方案沒有任何影響。步驟504、將透射光轉(zhuǎn)換成透射電信號，探測透射電信號的電壓值，利用透射電信號、參考透射電信號和暗電流的電壓值生成透射光譜；以St表不透射電信號的電壓值,則根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 光源模塊，用于提供光譜檢測所需光線； 夾具模塊，用于放置葉片，利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；并收集所述透射光和漫反射光，傳導至光譜儀模塊； 光譜儀模塊，用于接收所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜； 數(shù)據(jù)處理模塊，用于讀取透射光譜和漫反射光譜，利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜定量分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜檢測所需的光線包括參考光線和激發(fā)光線，則所述光源模塊包括 鹵鎢燈單元，用于提供波長在400-1050nm范圍的光線； 穩(wěn)壓電路單元，用于提供不同電壓等級的穩(wěn)定電壓，使鹵鎢燈單元在低電壓下產(chǎn)生參考光線，在高電壓下產(chǎn)生激發(fā)光線或參考光線； 聚光透鏡單元，用于將所述光線匯聚為平行光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)，其特征在于，所述夾具模塊具體為 所述夾具模塊包括夾具上部和夾具下部，所述夾具上部與夾具下部之間以彈簧連接；所述夾具上部包括一個入射光光纖接口和兩個接收漫反射光光纖接口 ；所述夾具下部包括一個接收透射光光纖接口，接收透射光光纖接口與所述入射光光纖接口光學對準；夾具上部與夾具下部之間存在的空隙為葉片放置區(qū)域，所述葉片放置區(qū)域用橡膠圈密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其特征在于 所述接收漫反射光光纖接口和接收透射光光纖接口還包括光開關(guān)；當光開關(guān)閉合則對應的光纖接口接收透射光或漫反射光；當光開關(guān)斷開則對應的光纖接口不接收透射光或漫反射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 輸出模塊，用于將測得的葉片生化參數(shù)數(shù)值輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 控制模塊，用于接收用戶的指令，并控制系統(tǒng)各模塊完成檢測流程。
7.一種葉片生化參數(shù)檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光； 采集所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜； 利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜定量分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，所述方法還包括 在不放置葉片的情況下，采集參考透射光、參考漫反射光及暗光； 將所述參考透射光、參考漫反射光及暗光轉(zhuǎn)換成參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流，探測參考透射電信號、參考漫反射電信號及暗電流的電壓值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述方法，其特征在于，所述利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜具體為將透射光轉(zhuǎn)換成透射電信號，探測透射電信號的電壓值，利用透射電信號、參考透射電信號和暗電流的電壓值生成透射光譜； 將漫反射光轉(zhuǎn)換成漫反射電信號，探測漫反射電信號的電壓值；利用漫反射電信號、參考漫反射電信號和暗電流的電壓值生成漫反射光譜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任意一項所述方法，其特征在于，所述對多信息光譜進行光譜定量分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)據(jù)具體為 對所述多信息光譜進行預處理，并利用預處理后的多信息光譜建立校正模型，利用所述校正模型計算葉片的生化參數(shù)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種葉片生化參數(shù)檢測系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括光源模塊，用于提供光譜檢測所需光線；所述光線包括透射激發(fā)光線和漫反射激發(fā)光線；夾具模塊，用于放置葉片，利用所述光線照射葉片，產(chǎn)生透射光和漫反射光；并收集所述透射光和漫反射光，傳導至光譜儀模塊；光譜儀模塊，用于接收所述透射光和漫反射光，并利用所述透射光和漫反射光生成透射光譜和漫反射光譜；數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收透射光譜和漫反射光譜，利用所述透射光譜和漫反射光譜拼接生成多信息光譜，對所述多信息光譜進行光譜分析從而測得葉片的生化參數(shù)數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N21/27GK102809540SQ20121029145
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者張倩暄, 關(guān)旭春, 崔厚欣 申請人:北京雪迪龍科技股份有限公司