CN104374732A - 作物叶片生理水分监测*** - Google Patents

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许世卫
李灯华
李哲敏
张建华
李干琼
王东杰
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Abstract

本发明涉及作物生理信息无损监测技术领域，公开了一种作物叶片生理水分监测***。该***包括：叶片含水量无损检测模块；其中，所述叶片含水量无损检测模块包括红外线光源发射器、检测样品台和透/反射光光强检测部件；所述检测样品台采用透明玻璃制成，样品台表面设置有窄带滤光片；所述红外线光源发射器发出的红外线投射在样品上，所述透/反射光光强检测部件分别检测所述样品对所述红外线的透/反射光的强度。本发明可快速准确获取作物的水分状况信息，操作简单，可以连续无损检测，具有体积小、灵敏度高、响应快的优点。

Description

作物叶片生理水分监测***
技术领域
本发明涉及作物生理信息无损检测技术领域，具体涉及一种作物叶片生理水分监测***。
背景技术
水分是作物生长的重要物质，同时也是作物生长过程中最大的消耗品。植物叶片的含水量是表征植物体水分信息的重要生理指标，在植物生理和抗旱性研究中有着广泛的应用。如何快速准确获取植物的水分状况信息，尤其是植物叶片含水量，对于研究作物生理生化反应、掌握植物的生长发育过程及指导节水灌溉等均有着非常重要的意义。传统的植物叶片水分测量方法包括烘干法、蒸馏法、滴定法、电测法等，现有方法均需要采集样品后在实验室条件下进行测量，通常耗时比较长、操作复杂、检测成本高、测量数据单一，只具有科研意义，不适用于现场对作物生长情况进行监测和调整。因此，快速、实时、准确测量作物生长的水分状况尤其是植物叶片含水量是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何快速、简便检测作物叶片含水量，实现在线无损检测。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种作物叶片生理水分监测***，其包括：叶片含水量无损检测模块；其中，所述叶片含水量无损检测模块包括红外线光源发射器、检测样品台和透/反射光光强检测部件；所述检测样品台采用透明玻璃制成，样品台表面设置有窄带滤光片；所述红外线光源发射器发出的红外线投射在样品上，所述透/反射光光强检测部件分别检测所述样品对所述红外线的透/反射光的强度。
优选地，所述叶片含水量无损检测模块还包括：放大器及调理电路、模数转换器、微处理器；其中，
所述透/反射光光强检测部件的输出端连接所述放大器及调理电路；所述放大器及调理电路的输出端连接所述模数转换器；所述模数转换器的输出端连接所述微处理器。
优选地，所述红外线光源发射器为红外发光二极管。
优选地，所述透/反射光光强检测部件包括光敏二极管和光信号接收电路。
优选地，所述***还包括：由设置在作物生长环境周围的环境信息传感器节点组成的作物环境信息传感器模块。
优选地，所述传感器模块包括：空气温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、土壤温湿度传感器、叶片温度传感器、径流传感器。
优选地，所述***还包括：主控模块、存储器和显示屏；其中，所述主控模块与所述叶片含水量无损检测模块和所述作物环境信息传感器模块连接，调用获取所述检测模块和所述传感器模块检测的数据，并将数据存储到存储器中。
优选地，所述存储器为FLASH存储器；所述显示屏为LCD液晶显示屏。
优选地，所述***还包括与叶片含水量无损检测模块、作物环境信息传感器模块、主控模块、存储器和显示屏连接的电源模块。
优选地，所述电源模块包括太阳能电池板，以及与太阳能电池板通过电线连接的蓄电池。
上述技术方案的有益效果为：本发明可以实时无损检测作物叶片的水分含量，还可以同步监测与作物含水量密切相关的环境信息，并将所检测数据存储在传感器***的存储器中。该***具有体积小、灵敏度高、响应快的优点，可有效辅助农科科研人员、农技工作者和农户及时现场诊断作物含水量和需缺水状况，指导高效节水灌溉。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中叶片含水量无损检测模块的结构示意图；
图2为本发明的一个优选实施例中作物叶片生理水分监测***总体结构示意图；
图3为本发明的一个实施例中作物环境信息传感器节点和叶片含水量无损检测模块同步检测的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术的叶片水分测量主要通过样品的成分分析实现，通常需要采集样品并对样品进行预处理，对试验环境要求较高。本发明中采用光学方式，通过分析叶片对红外线的透反射性非接触地测定含水量，其方案易于实施且实时性强，可广泛用于现场作业。下文参照图1至图3，对本发明的作物叶片生理水分监测***的结构和功能进行了描述。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，作物叶片生理水分监测***主要包括叶片含水量无损检测模块，其中，所述叶片含水量无损检测模块包括红外线光源发射器、检测样品台和透/反射光光强检测部件；所述检测样品台采用透明玻璃制成，样品台表面设置有窄带滤光片(防止自然光对透射光产生影响)；所述红外线光源发射器发出的红外线投射在样品(作物叶片)上，所述透/反射光光强检测部件分别检测所述样品对所述红外线的透/反射光的强度。本发明通过比对透/反射光光强来测定作物叶片的含水量，其中不同作物叶片含水量与其透/反射光光强的对应关系通过预先的试验测定并校正，本发明实施时***根据所测定的光强和光强-水分对应关系确定当前样品的含水量。
更进一步地，因光强是模拟量，需采用一定手段将其转换为数字量进行处理和定量分析，故图1中的叶片含水量无损检测模块还包括：放大器及调理电路、模数转换器、微处理器；其中，所述透/反射光光强检测部件的输出端连接所述放大器及调理电路，将光强的模拟信号进行放大和调理；所述放大器及调理电路的输出端连接所述模数转换器，将所述模拟信号转换为数字信号；所述模数转换器的输出端连接所述微处理器，对所述数字信号进行处理和定量分析。
优选地，所述红外线光源发射器为红外发光二极管；所述透/反射光光强检测部件包括光敏二极管和光信号接收电路。
再参见图2，本发明的作物叶片生理水分监测***还可进一步对作物的生长环境进一步监测以进行更详细的分析、指导和/或干预。在图2的优选实施例中，本发明的监测***还包括：作物环境信息传感器模块，其由设置在作物生长环境周围的环境信息传感器节点组成，包括：空气温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、土壤温湿度传感器、叶片温度传感器、径流传感器等。各传感器通过***集成，进行综合检测。以水稻作物为例，将所述传感器节点布置于水稻田上方，可同步记录作物环境信息，辅助监测作物环境对叶片生理水分的影响。
图2中还进一步包括：主控模块、存储器和显示屏。其中，所述主控模块与叶片含水量无损检测模块和作物环境信息传感器模块连接，调用获取叶片含水量无损检测模块和各传感器检测的数据，并将数据存储到存储器中。所述存储器为FLASH存储器；所述显示屏为LCD液晶显示屏。
如图3所示，所述监测***还包括与叶片含水量无损检测模块、作物环境信息传感器模块、主控模块、存储器和显示屏连接的电源模块。优选地，所述电源模块包括太阳能电池板，以及与太阳能电池板通过电线连接的蓄电池。
由以上实施例可以看出，本发明的监测***可以实时无损检测作物叶片的水分含量，还可以同步监测与作物含水量密切相关的环境信息，并将所检测数据存储在传感器***的存储器中。该***具有体积小、灵敏度高、响应快的优点，可有效辅助农科科研人员、农技工作者和农户诊断作物含水量和需缺水状况，指导高效节水灌溉。
虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和***并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims (10)

1.一种作物叶片生理水分监测***。其特征在于，所述***包括：叶片含水量无损检测模块；其中，
所述叶片含水量无损检测模块包括红外线光源发射器、检测样品台和透/反射光光强检测部件；
所述检测样品台采用透明玻璃制成，样品台表面设置有窄带滤光片；
所述红外线光源发射器发出的红外线投射在样品上，所述透/反射光光强检测部件分别检测所述样品对所述红外线的透/反射光的强度。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述叶片含水量无损检测模块还包括：放大器及调理电路、模数转换器、微处理器；其中，
所述透/反射光光强检测部件的输出端连接所述放大器及调理电路；所述放大器及调理电路的输出端连接所述模数转换器；所述模数转换器的输出端连接所述微处理器。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述红外线光源发射器为红外发光二极管。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述透/反射光光强检测部件包括光敏二极管和光信号接收电路。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：由设置在作物生长环境周围的环境信息传感器节点组成的作物环境信息传感器模块。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述传感器模块包括：空气温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、土壤温湿度传感器、叶片温度传感器、径流传感器。
7.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述***还包括：主控模块、存储器和显示屏；其中，
所述主控模块与所述叶片含水量无损检测模块和所述作物环境信息传感器模块连接，调用获取所述检测模块和所述传感器模块检测的数据，并将数据存储到存储器中。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述存储器为FLASH存储器；所述显示屏为LCD液晶显示屏。
9.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述***还包括与叶片含水量无损检测模块、作物环境信息传感器模块、主控模块、存储器和显示屏连接的电源模块。
10.如权利要求9所述的***，其特征在于，所述电源模块包括太阳能电池板，以及与太阳能电池板通过电线连接的蓄电池。
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