CN112326585A - 一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置及检测方法，本发明的红外光谱装置，包括具有一突出的枪头和垂直握把以及内有凹槽的外壳，枪头处装有放置测试样品的夹片，所述夹片上有用于闭合的弹簧装置，该弹簧上设有控制伸缩的开关。开关控制激发红外光的激发器，激发器打出的红外光束通过扩束器照入干涉器，通过摆动镜打到样品表面，之后通过狭缝经过透射、反射汇聚到三棱镜的另一侧，通过透镜到达检测器。本发明通过扫描1800‑1500cm‑1波段，在不超过5个波数的光谱狭窄区域内获得特征峰，准确的检测出肉眼无法观测到的草莓白粉病。得到的峰面积比值结合对应的计算公式，对白粉病发病期进行准确的预测。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置及检测方法，属于红外光谱技术领域。
背景技术
检测草莓白粉病的方法类型多样，应用广泛：包括有田间管理、药剂防治、抗性育种和红外光谱技术。田间管理防治措施存在有大量的主客观因素。基于药剂的防治措施其残留的药剂会影响果实品质、危害生态环境。抗病育种虽然没有化学危害，但具有抗原基因选择困难，抗原改良用时长等缺陷，在实际农业生产过程中很难大范围的推广。近年来红外光谱技术被广泛用于复杂微生物的定性研究中，是通过化学键吸收不同波数范围的红外辐射，导致特征波段的缺失从而得出与样品的生化成分直接相关的信息，可以反映样品的结构和组成。但现在的红外光谱装置不容易携带，且操作、对数据的分析能力要求较高，无法立刻对大棚内种植的作物是否染病进行说明，即无法实现即时判定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种方便携带、易于操作且对数据进行简单计算比对就可判定植株染病阶段的用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置及检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，包括外壳，所述外壳一端具有突出的枪头，另一端具有垂直握把；所述枪头处安装有放置测试样品的夹片，所述夹片上方设有摆动镜B；所述垂直握把内设有激发器；所述外壳内设有凹槽，所述凹槽内依次设有干涉器、透镜A、透镜B、三棱镜、透镜C、透镜C，所述干涉器包括滤光片和摆动镜，所述透镜A和透镜B之间设有狭缝，所述三棱镜上方设有摆动镜C，所述干涉器下方设有移动镜B和移动镜A，所述移动镜A一侧设有扩束器和摆动镜A；所述激发器发出的光束通过摆动镜A、扩束器反射到移动镜A，反射到移动镜B后反射到干涉器，通过摆动镜B反射到测试样品表面，之后透过透镜A通过狭缝进入透镜B，通过在三棱镜和摆动镜C的透射、反射汇聚到三棱镜的另一侧，通过透镜C到达检测器。
进一步地，所述夹片与弹簧装置相连接，所述弹簧装置与控制弹簧伸缩的开关A相连接。
进一步地，所述滤光片限定摆动镜B、移动镜B反射的光束，使得从干涉器反馈到检测器的红外光束只显示1800-1500cm-1波段，且波段范围不超过5cm-1。
进一步地，所述滤光片和摆动镜相互对称设置，且与水平面夹角分别呈30°。
进一步地，所述摆动镜A与垂直握把呈45°，移动镜A与外壳的竖直方向呈60°，移动镜B与外壳的竖直方向呈30°。
进一步地，所述摆动镜B与枪头外壁呈45°，摆动镜C与外壳的水平方向呈30°。
进一步地，所述狭缝在透镜A汇聚红外光束的焦点处。
进一步地，通过透镜B和摆动镜C的透射和反射的红外光束汇集到三棱镜另一侧的同一位置。
进一步地，所述夹片固定的材料在距离枪头处3cm处，红外光束在照射样品表面0.5-2mm处采集反馈光谱特征。
本发明还提供一种利用上述的装置检测草莓白粉病的方法，在样品表面0.5-2mm处3-5s内完成光谱波段的采集，通过公式的计算对白粉病感病阶段进行判定，该计算公式为y＝-0.0192x2+0.1036x-0.0809，其中y是染病叶片峰面积比，x是染病阶段代表数值，在显示的1800-1500cm-1波段内，在不超过5个波数的范围内精准检测出草莓白粉病。
本发明所达到的有益效果：本发明体型较小，设计呈手握式，便于携带，可以在温室、大田等各种环境下进行使用；不需要进行取样处理，直接可以对植株进行测定，真正做到了无损检测；得到的数据只需要经过简单的处理带入公式结合曲线就可以判断感病时期，提高了效率；本发明中使用的滤光片，检测器，扩束器等原材料易于获得，且一次投资可多次使用，成本较低，适合温室的测量应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为草莓叶片感染白粉病各阶段的红外光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，包括外壳1，所述外壳1一端具有突出的枪头，另一端具有垂直握把；所述枪头处安装有放置测试样品的夹片2，所述夹片2与弹簧装置3相连接，所述弹簧装置3与控制弹簧伸缩的开关A4相连接。所述夹片2固定的材料在距离枪头处3cm处，红外光束在照射样品表面0.5-2mm处采集反馈光谱特征。
所述夹片2上方设有摆动镜B12；所述垂直握把内设有激发器6；所述外壳1内设有三个凹槽，所述凹槽内依次设有干涉器11、透镜A13、透镜B15、三棱镜16、透镜C18、透镜C18，所述透镜A13和透镜B15之间设有狭缝14，所述狭缝14在透镜A13汇聚红外光束的焦点处。所述三棱镜16上方设有摆动镜C17，所述干涉器11下方设有移动镜B10和移动镜A9，所述移动镜A9一侧设有扩束器8和摆动镜A7。
所述干涉器11包括滤光片20和摆动镜，所述滤光片20限定摆动镜B12、移动镜B10反射的光束，使得从干涉器11反馈到检测器18的红外光束只显示1800-1500cm-1波段，且波段范围不超过5cm-1。所述滤光片20和摆动镜相互对称设置，且与水平面夹角分别呈30°。
所述摆动镜A7与垂直握把呈45°，移动镜A9与外壳1的竖直方向呈60°，移动镜B10与外壳1的竖直方向呈30°。所述摆动镜B12与枪头外壁呈45°，摆动镜C17与外壳1的水平方向呈30°，通过透镜B15和摆动镜C17的透射和反射的红外光束汇集到三棱镜另一侧的同一位置。
所述激发器6发出的光束通过摆动镜A7、扩束器8反射到移动镜A9，反射到移动镜B10后反射到干涉器11，通过摆动镜B12反射到测试样品表面，之后透过透镜A13通过狭缝14进入透镜B15，通过在三棱镜16和摆动镜C17的透射、反射汇聚到三棱镜16的另一侧，通过透镜C18到达检测器19。
本发明的红外光谱装置是将待测样品进行固定，通过滤光片使得到的波段仅显示1800-1500cm-1，在不超过5个波数的光谱范围判断感病阶段。本发明可以对多个不同的样品进行实时测定，保证了测定时的温度湿度相同，避免的因取材造成的损耗，排除了测定时其他因素的干扰，保证了特征图谱的准确性。本发明结合公式计算达到精准检测草莓白粉病的目的。
如图1所示，本发明一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，以不放置样品的情况下运行仪器的结果作为背景值，且保持背景值的有效性在1小时。在4cm-1的光谱分辨率下对每个样品进行扫描，采用红外光谱仪扫描草莓叶片样品的光谱信息，光线入射角为45°。在实验过程中，我们发现在显示的1800-1500cm-1波段内，只有在不超过5个波数的范围内可以准确检测出草莓白粉病，如图2所示。
样品测量时，将叶片覆在的夹片中，即可进行红外扫描。每测一个样品前,均进行一次背景扫描。每片叶片扫描3次，取平均值作为草莓染病叶片光谱数据。开关A通过弹簧装置3控制夹片2的闭合，用于固定草莓叶片。在感染草莓白粉病的温室大棚，随即选取草莓叶片，将草莓叶片伸入展开姿态的夹片2，之后通过开关A将叶片轻轻夹住，通过开关B激发红外光源，红外光束打到距离样品表面1.5mm处，反射到干涉器11内的滤光片20后，最终反馈到检测器19，大约4s后松开开关5完成采集。之后得到的数据通过公式y＝-0.0192x2+0.1036x-0.0809进行计算，其中y是染病叶片峰面积比，x是染病阶段代表数值。以染病叶片峰面积比是0.035为例，带入到拟合曲线方程中可得x＝1.707，即可判断该叶片处于的染病阶段。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，包括外壳(1)，所述外壳(1)一端具有突出的枪头，另一端具有垂直握把；所述枪头处安装有放置测试样品的夹片(2)，所述夹片(2)上方设有摆动镜B(12)；所述垂直握把内设有激发器(6)；所述外壳(1)内设有凹槽，所述凹槽内依次设有干涉器(11)、透镜A(13)、透镜B(15)、三棱镜(16)、透镜C(18)、透镜C(18)，所述干涉器(11)包括滤光片(20)和摆动镜，所述透镜A(13)和透镜B(15)之间设有狭缝(14)，所述三棱镜(16)上方设有摆动镜C(17)，所述干涉器(11)下方设有移动镜B(10)和移动镜A(9)，所述移动镜A(9)一侧设有扩束器(8)和摆动镜A(7)；所述激发器(6)发出的光束通过摆动镜A(7)、扩束器(8)反射到移动镜A(9)，反射到移动镜B(10)后反射到干涉器(11)，通过摆动镜B(12)反射到测试样品表面，之后透过透镜A(13)通过狭缝(14)进入透镜B(15)，通过在三棱镜(16)和摆动镜C(17)的透射、反射汇聚到三棱镜(16)的另一侧，通过透镜C(18)到达检测器(19)。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述夹片(2)与弹簧装置(3)相连接，所述弹簧装置(3)与控制弹簧伸缩的开关A(4)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述滤光片(20)限定摆动镜B(12)、移动镜B(10)反射的光束，使得从干涉器(11)反馈到检测器(18)的红外光束只显示1800-1500cm-1波段，且波段范围不超过5cm-1。
4.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述滤光片(20)和摆动镜相互对称设置，且与水平面夹角分别呈30°。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述摆动镜A(7)与垂直握把呈45°，移动镜A(9)与外壳(1)的竖直方向呈60°，移动镜B(10)与外壳(1)的竖直方向呈30°。
6.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述摆动镜B(12)与枪头外壁呈45°，摆动镜C(17)与外壳(1)的水平方向呈30°。
7.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述狭缝(14)在透镜A(13)汇聚红外光束的焦点处。
8.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，通过透镜B(15)和摆动镜C(17)的透射和反射的红外光束汇集到三棱镜另一侧的同一位置。
9.根据权利要求1所述的一种用于快速检测草莓白粉病的红外光谱装置，其特征在于，所述夹片(2)固定的材料在距离枪头处3cm处，红外光束在照射样品表面0.5-2mm处采集反馈光谱特征。
10.一种利用权利要求1-9任意一项所述的装置检测草莓白粉病的方法，其特征在于，在样品表面0.5-2mm处3-5s内完成光谱波段的采集，通过公式的计算对白粉病感病阶段进行判定，该计算公式为y＝-0.0192x2+0.1036x-0.0809，其中y是染病叶片峰面积比，x是染病阶段代表数值，在显示的1800-1500cm-1波段内，在不超过5个波数的范围内精准检测出草莓白粉病。
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