CN2174687Y - 便携式农作物长势监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式农作物长势监测
装置，它由光学测量和数据处理与控制两部分组成。
其特征是光学测量部分利用了双积分球光谱测量法
来获取农作物叶片光谱反射量与透射量，通过处理运
算得到能反映叶片含水量、叶绿素含量等判断农作物
长势的基本量。本装置所得结果客观可靠，不受光
源、探测器和积分球性能变化的影响，且不带任何校
正源，测量装置体积不足0.05立方米，携带操作方
便，适应于一般农业科研单位。
Description
本实用新型涉及一种光电测量装置，特别是一种便携式农作物长势监测装置。
农作物长势监测装置主要用于对农作物生长情况的了解和产量估计，目前对于农作物的大面积估产主要是依据卫星拍摄的地表多光谱照片来分析确定，它根据空间遥感技术通过对农作物叶片的光谱反射率的测量来对其长势进行分析，这种测试技术中的探测器一般自带校正源，所以它可以不因探测器的衰减而影响测试精度，准确性较高。但它的不足是，只适用于大范围估产，对小范围田块的估产很难应用，且费用昂贵，对一般农业科研单位来说无法普及使用，另外，这种卫星遥感测试受气候影响较大，因为它的测试是以天空亮度为基准，气候发生变化就会给测试结果带来误差。1989年3月1日，中国专利文献CN1031424A公开了一种小麦估产技术，通过测量小麦群体的电容量来判断小麦的长势与估算产量。其测量方法是利用一组或多组测试板插入麦田内进行测试，获取电信号，由测试仪接收处理，从而得到小麦群体的电容量值，小麦群体的电容量值主要与小麦的含水量有关，通过小麦的含水量即可对小麦进行估产。这种则量方法最大的不足是它测量的可靠性不高，因为根据值物研究表明，农作物的长势好坏，不仅与含水量多少有关，更主要的还取决于叶绿素的含量等因素影响，仅以含水量多少这一个因素判定农作物的长势是片面的。另外该测量装置的测量方法决定了它要具有一定的体积，才能满足测试要求，才能相对全面地反映一个测试群体，它的测试板所包括的范围要以米为量级，而且该种测量方法要现场布置测试点，操作较为麻烦。
本实用新型的目的在于提供一种能满足小范围监测，体积小、实用性强、操作方便的便携式农作物长势监测装置。
本实用新型的目的是采取以下措施实现的。它主要包括光学测量系统和数据处理与控制系统，其特征是光学测量系统由光源、三个透镜、电机带动的多光谱转盘、分束光纤及两个光开关、两个积分球和夹板以及两个探测器组成。其中一个透镜是位于光源之后，另两个透镜位于两个积分球的入射窗孔处，在前一透镜与积分球之间的光路上，依次排列的是多光谱转盘和分束光纤，多光谱转盘的转动由数据处理与控制系统控制，多光谱转盘上滤光片的中心与前一透镜的光轴重合，两个光开关分别设置在分束光纤的两个分光束上，两积分球大小相同位于同一中心轴上，其中一个积分球可在外力作用下沿轴向移动，这样夹有植物叶片的夹板方能插入两积分球之间，并在弹簧的作用下被压紧，两个积分球的通光孔与入射窗孔位于同一轴线且相对设置，夹板位于两积分球之间，夹板上有与积分球的通光孔大小相同的通孔；两个探测器分别位于两个积分球上与入射窗孔和通光孔的连线中心相垂直的测试窗孔处，两探测器的输出端分别与数据处理与控制系统相接。本实用新型是将双积分球光谱测量方法用于农作物的长势监测，利用双积分球获取农作物叶片的光谱反射量与光谱透射量，并将其比值作为光谱特征量输入数据处理与控制系统进行运算处理，得出农作物含水量、叶绿素含量等多个数值，通过这些值了解农作物长势情况。其具体测量步骤是：在田间，将采集的农作物叶片放置在积分球之间的夹板中，光源工作后，光束由第一个透镜会聚，经转盘上滤光片滤光到达分束光纤，此时打开分束光纤的其中一个分光通道，另一个关闭，光束由分束光纤的一个分光通道传输至一个积分球的入射窗孔，然后经入射窗孔的透镜会聚，再从通光孔处照射到夹板所夹持的叶片上，光线在叶片表面发生反射，在积分球的作用下，被位于积分球测试窗孔的探测器接收。同时光线在叶片中还发生透射，透射光直接进入另一积分球，在另一积分球的作用下，被位于该积分球测试窗孔的探测器所接收，两个探测器将收到的反射、透射光信号变为电信号输入数据处理与控制系统进行运算，并将运算结果存贮。下一步再关闭以上开通的分束光纤的分光通道，使光束从分束光纤中的另一分光通道传输，由另一积分球入射窗孔处的透镜接收并会聚，再从该积分球的通光孔照射至夹板夹持叶片上，通过和以上相同的原理分别由两个积分球上的探测器接收到反射和透射光信号转变为电信号，输给数据处理和控制系统运算处理，得出第二次运算结果，将两次运算结果进行处理，消除探测器、光源性能变化的影响，就可得出所需的农作物长势监测基本数据……光谱特征量。然后由电机带动转盘每转动一个位置，变化一个波长，就可得出一个相应的光谱特征量，将这些值进行处理运算就能分析出植物叶片的含水量，叶绿素含量等反映长势情况的各个基本量。从而判断农作物的生长状况和进行产量估计。
本实用新型与现有测试方法相比其显著的优点是：（1）本监测装置是根据农作物光谱特性，利用双积分球的光谱测量方法，从植物叶片的含水量、叶绿素含量等绪多方面来反映作物的生长情况，所以结论比较客观和可靠；（2）对于反映农作物长势的基本量，即光谱特征量的获得，与探测器、光源、积分球性能变化无关，保证了测试精度；（3）本装置中的测量装置体积不足0.05立方米，使用时只需在不同区域内采集农作物的叶片放置在仪器内测量即可，体积小，质量轻，携带使用均十分方便，适用于小范围田间监测；（4）本装置不使用任何基准源或标准板，所以实用性好，可以广泛普及用于中小型科研院所或农业技术员。
本实用新型的具体结构由以下附图和实施例给出。
附图是本实用新型所述便携式农作物长势监测装置的结构原理示意图。
下面依据附图对本实用新型作进一步详细描述。
根据本实用新型所述的便携式农作物长势监测装置，主要由光学测量系统和数据处理与控制系统两部分构成，光学测量系统由光源1、透镜2、多光谱转盘3、分束光纤4、光开关（5、6）、透镜（7、8）、积分球（9、10）、夹板11和探测器（12、13）组成。光源1采用卤钨灯，透镜2位于光源1之后，它的大小与分束光纤4的入射口径要相匹配，多光谱转盘3位于透镜2和分束光纤4之间，在多光谱转盘3沿圆周方向设置有波长在0.4μm～1.2μm范围内的8块滤光片，转盘3由一个电机带动并在控制系统控制下转动，每个滤光片在转至光路上时，其中心应与透镜2和分束光纤4之间的光轴重合，光开关（5、6）分别装在分束光纤4的两个分光束通道上，以控制光束的传输路线，积分球（9、10）的内径为40mm，每个积分球上都具有入射窗孔、通光孔和测试孔，入射窗孔和通光孔位于同一轴线上，轴线与光轴重合，安装时，两个积分球的通光孔相对，积分球9固定于装置的壳体上，积分球10的底部有一弹簧装置可使积分球10在外力作用下沿轴向位移，透镜（7、8）设置于积分球（9、10）的入射窗孔处，其大小要能满足接收由分束光纤4的分光通道传输的光线，夹板11由两片共3mm厚的铝板组成，其中心有与积分球（9、10）的通光孔大小相同的通孔，夹板11放置在两积分球之间，通孔与两积分球的通光孔相通。探测器（12、13）可为光敏管或光电管，本例采用光敏二极管，它们分别安置在积分球（9、10）上与入射窗孔和通光孔连线中心相垂直的测试孔处，两输出端均与数据处理与控制系统14相接，数据处理与控制系统14可为单板机加计算机接口。
Claims (1)
- 一种便携式农作物长势监测装置，它主要包括光学测量系统和数据处理与控制系统14，其特征是光学测量系统由光源(1)、透镜(2)、电机带动的多光谱转盘(3)、分束光纤(4)、光开关(5、6)、透镜(7、8)、积分球(9、10)、夹板(11)和探测器(12、13)组成；在光源(1)和积分球(9、10)的光路上依次排列透镜(2)、多光谱转盘(3)、分束光纤(4)，多光谱转盘(3)的转动由数据处理与控制系统(14)控制，多光谱转盘(3)上滤光片的中心与透镜(2)的光轴重合，光开关(5、6)分别设置在分束光纤(4)的两个分光束上，透镜(7、8)分别位于积分球(9、10)的入射窗孔处接收分束光纤(4)的两个分光束的光，积分球(9、10)大小相同，位于同一中心轴上，其中一个积分球可在外力作用下沿轴向移动，积分球(9、10)的两个通光孔与入射窗孔位于同一轴线上且相对设置，夹板(11)位于积分球(9、10)之间，夹板(11)上有与积分球的通光孔大小相同的通孔，探测器(12、13)分别位于积球(9、10)上与入射窗孔和通光孔的连线中心相垂直的测试窗孔处，探测器(12、13)的输出端与数据处理与控制系统(14)相接。
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1993
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