專利名稱：便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電測量裝置，特別是一種便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置。
農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置主要用于對農(nóng)作物生長情況的了解和產(chǎn)量估計，目前對于農(nóng)作物的大面積估產(chǎn)主要是依據(jù)衛(wèi)星拍攝的地表多光譜照片來分析確定，它根據(jù)空間遙感技術通過對農(nóng)作物葉片的光譜反射率的測量來對其長勢進行分析，這種測試技術中的探測器一般自帶校正源，所以它可以不因探測器的衰減而影響測試精度，準確性較高。但它的不足是，只適用于大范圍估產(chǎn)，對小范圍田塊的估產(chǎn)很難應用，且費用昂貴，對一般農(nóng)業(yè)科研單位來說無法普及使用，另外，這種衛(wèi)星遙感測試受氣候影響較大，因為它的測試是以天空亮度為基準，氣候發(fā)生變化就會給測試結果帶來誤差。1989年3月1日，中國專利文獻CN1031424A公開了一種小麥估產(chǎn)技術，通過測量小麥群體的電容量來判斷小麥的長勢與估算產(chǎn)量。其測量方法是利用一組或多組測試板插入麥田內進行測試，獲取電信號，由測試儀接收處理，從而得到小麥群體的電容量值，小麥群體的電容量值主要與小麥的含水量有關，通過小麥的含水量即可對小麥進行估產(chǎn)。這種則量方法最大的不足是它測量的可靠性不高，因為根據(jù)值物研究表明，農(nóng)作物的長勢好壞，不僅與含水量多少有關，更主要的還取決于葉綠素的含量等因素影響，僅以含水量多少這一個因素判定農(nóng)作物的長勢是片面的。另外該測量裝置的測量方法決定了它要具有一定的體積，才能滿足測試要求，才能相對全面地反映一個測試群體，它的測試板所包括的范圍要以米為量級，而且該種測量方法要現(xiàn)場布置測試點，操作較為麻煩。
本實用新型的目的在于提供一種能滿足小范圍監(jiān)測，體積小、實用性強、操作方便的便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置。
本實用新型的目的是采取以下措施實現(xiàn)的。它主要包括光學測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)，其特征是光學測量系統(tǒng)由光源、三個透鏡、電機帶動的多光譜轉盤、分束光纖及兩個光開關、兩個積分球和夾板以及兩個探測器組成。其中一個透鏡是位于光源之后，另兩個透鏡位于兩個積分球的入射窗孔處，在前一透鏡與積分球之間的光路上，依次排列的是多光譜轉盤和分束光纖，多光譜轉盤的轉動由數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)控制，多光譜轉盤上濾光片的中心與前一透鏡的光軸重合，兩個光開關分別設置在分束光纖的兩個分光束上，兩積分球大小相同位于同一中心軸上，其中一個積分球可在外力作用下沿軸向移動，這樣夾有植物葉片的夾板方能插入兩積分球之間，并在彈簧的作用下被壓緊，兩個積分球的通光孔與入射窗孔位于同一軸線且相對設置，夾板位于兩積分球之間，夾板上有與積分球的通光孔大小相同的通孔；兩個探測器分別位于兩個積分球上與入射窗孔和通光孔的連線中心相垂直的測試窗孔處，兩探測器的輸出端分別與數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)相接。本實用新型是將雙積分球光譜測量方法用于農(nóng)作物的長勢監(jiān)測，利用雙積分球獲取農(nóng)作物葉片的光譜反射量與光譜透射量，并將其比值作為光譜特征量輸入數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)進行運算處理，得出農(nóng)作物含水量、葉綠素含量等多個數(shù)值，通過這些值了解農(nóng)作物長勢情況。其具體測量步驟是在田間，將采集的農(nóng)作物葉片放置在積分球之間的夾板中，光源工作后，光束由第一個透鏡會聚，經(jīng)轉盤上濾光片濾光到達分束光纖，此時打開分束光纖的其中一個分光通道，另一個關閉，光束由分束光纖的一個分光通道傳輸至一個積分球的入射窗孔，然后經(jīng)入射窗孔的透鏡會聚，再從通光孔處照射到夾板所夾持的葉片上，光線在葉片表面發(fā)生反射，在積分球的作用下，被位于積分球測試窗孔的探測器接收。同時光線在葉片中還發(fā)生透射，透射光直接進入另一積分球，在另一積分球的作用下，被位于該積分球測試窗孔的探測器所接收，兩個探測器將收到的反射、透射光信號變?yōu)殡娦盘栞斎霐?shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)進行運算，并將運算結果存貯。下一步再關閉以上開通的分束光纖的分光通道，使光束從分束光纖中的另一分光通道傳輸，由另一積分球入射窗孔處的透鏡接收并會聚，再從該積分球的通光孔照射至夾板夾持葉片上，通過和以上相同的原理分別由兩個積分球上的探測器接收到反射和透射光信號轉變?yōu)殡娦盘?，輸給數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)運算處理，得出第二次運算結果，將兩次運算結果進行處理，消除探測器、光源性能變化的影響，就可得出所需的農(nóng)作物長勢監(jiān)測基本數(shù)據(jù)……光譜特征量。然后由電機帶動轉盤每轉動一個位置，變化一個波長，就可得出一個相應的光譜特征量，將這些值進行處理運算就能分析出植物葉片的含水量，葉綠素含量等反映長勢情況的各個基本量。從而判斷農(nóng)作物的生長狀況和進行產(chǎn)量估計。
本實用新型與現(xiàn)有測試方法相比其顯著的優(yōu)點是(1)本監(jiān)測裝置是根據(jù)農(nóng)作物光譜特性，利用雙積分球的光譜測量方法，從植物葉片的含水量、葉綠素含量等緒多方面來反映作物的生長情況，所以結論比較客觀和可靠；(2)對于反映農(nóng)作物長勢的基本量，即光譜特征量的獲得，與探測器、光源、積分球性能變化無關，保證了測試精度；(3)本裝置中的測量裝置體積不足0.05立方米，使用時只需在不同區(qū)域內采集農(nóng)作物的葉片放置在儀器內測量即可，體積小，質量輕，攜帶使用均十分方便，適用于小范圍田間監(jiān)測；(4)本裝置不使用任何基準源或標準板，所以實用性好，可以廣泛普及用于中小型科研院所或農(nóng)業(yè)技術員。
本實用新型的具體結構由以下附圖
和實施例給出。
附圖是本實用新型所述便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置的結構原理示意圖。
下面依據(jù)附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
根據(jù)本實用新型所述的便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置，主要由光學測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)兩部分構成，光學測量系統(tǒng)由光源1、透鏡2、多光譜轉盤3、分束光纖4、光開關(5、6)、透鏡(7、8)、積分球(9、10)、夾板11和探測器(12、13)組成。光源1采用鹵鎢燈，透鏡2位于光源1之后，它的大小與分束光纖4的入射口徑要相匹配，多光譜轉盤3位于透鏡2和分束光纖4之間，在多光譜轉盤3沿圓周方向設置有波長在0.4μm～1.2μm范圍內的8塊濾光片，轉盤3由一個電機帶動并在控制系統(tǒng)控制下轉動，每個濾光片在轉至光路上時，其中心應與透鏡2和分束光纖4之間的光軸重合，光開關(5、6)分別裝在分束光纖4的兩個分光束通道上，以控制光束的傳輸路線，積分球(9、10)的內徑為40mm，每個積分球上都具有入射窗孔、通光孔和測試孔，入射窗孔和通光孔位于同一軸線上，軸線與光軸重合，安裝時，兩個積分球的通光孔相對，積分球9固定于裝置的殼體上，積分球10的底部有一彈簧裝置可使積分球10在外力作用下沿軸向位移，透鏡(7、8)設置于積分球(9、10)的入射窗孔處，其大小要能滿足接收由分束光纖4的分光通道傳輸?shù)墓饩€，夾板11由兩片共3mm厚的鋁板組成，其中心有與積分球(9、10)的通光孔大小相同的通孔，夾板11放置在兩積分球之間，通孔與兩積分球的通光孔相通。探測器(12、13)可為光敏管或光電管，本例采用光敏二極管，它們分別安置在積分球(9、10)上與入射窗孔和通光孔連線中心相垂直的測試孔處，兩輸出端均與數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)14相接，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)14可為單板機加計算機接口。
權利要求一種便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置，它主要包括光學測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)14，其特征是光學測量系統(tǒng)由光源(1)、透鏡(2)、電機帶動的多光譜轉盤(3)、分束光纖(4)、光開關(5、6)、透鏡(7、8)、積分球(9、10)、夾板(11)和探測器(12、13)組成；在光源(1)和積分球(9、10)的光路上依次排列透鏡(2)、多光譜轉盤(3)、分束光纖(4)，多光譜轉盤(3)的轉動由數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(14)控制，多光譜轉盤(3)上濾光片的中心與透鏡(2)的光軸重合，光開關(5、6)分別設置在分束光纖(4)的兩個分光束上，透鏡(7、8)分別位于積分球(9、10)的入射窗孔處接收分束光纖(4)的兩個分光束的光，積分球(9、10)大小相同，位于同一中心軸上，其中一個積分球可在外力作用下沿軸向移動，積分球(9、10)的兩個通光孔與入射窗孔位于同一軸線上且相對設置，夾板(11)位于積分球(9、10)之間，夾板(11)上有與積分球的通光孔大小相同的通孔，探測器(12、13)分別位于積球(9、10)上與入射窗孔和通光孔的連線中心相垂直的測試窗孔處，探測器(12、13)的輸出端與數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)(14)相接。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式農(nóng)作物長勢監(jiān)測裝置，它由光學測量和數(shù)據(jù)處理與控制兩部分組成。其特征是光學測量部分利用了雙積分球光譜測量法來獲取農(nóng)作物葉片光譜反射量與透射量，通過處理運算得到能反映葉片含水量、葉綠素含量等判斷農(nóng)作物長勢的基本量。本裝置所得結果客觀可靠，不受光源、探測器和積分球性能變化的影響，且不帶任何校正源，測量裝置體積不足0.05立方米，攜帶操作方便，適應于一般農(nóng)業(yè)科研單位。
文檔編號G01D21/00GK2174687SQ93237680
公開日1994年8月17日 申請日期1993年9月27日 優(yōu)先權日1993年9月27日
發(fā)明者周建勛, 黃建元, 何祖源, 馬剛, 王慶寶 申請人:南京理工大學