CN220983118U - 一种植物叶片含氮量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种植物叶片含氮量检测装置，属于光谱无损检测领域。解决的技术问题是提供一种低成本、结构简单紧凑、检测稳定性好的植物叶片含氮量检测装置。该装置由遮光罩、按压探头、探头连接装置、控制处理模块、显示屏、功能按键、外壳、蓝牙模块、锂电池、电源开关、挡尘板和光源模块组成。按下功能按键中的测量按键，光源模块发出特定角度的光透过植物叶片后，光信号被传感器模块转换为电信号，通过控制处理模块对电信号进行处理和计算便得到植物叶片的含氮量，并将结果显示在显示屏上，还可以通过蓝牙模块发送至手机上并保存到本地。本实用新型对植物的种植、培养和诊断具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型属于光谱无损检测领域，特别涉及一种植物叶片含氮量检测装置。
背景技术
氮是最容易影响植物营养转换的元素，适当地提高植物中氮元素的含量，不仅可以提高植物的蛋白质和氨基酸含量，还可以使产量稳步提高。植物叶片含氮量的国标检测方法为有损检测，不仅耗时费力，还要使用有害的化学药剂，因此急需一种植物叶片含氮量检测装置，实现对植物叶片含氮量的快速、无损且准确检测。
中国专利公开号CN115327023A，公开日2022年11月11日，发明创造名称为“一种植物叶片氮含量检测方法及***”，该申请公开了“一种植物叶片氮含量检测方法及***”，该***采集的是植物叶片经烘干及粉碎后植物叶片粉末的近红外光谱，基于植物叶片粉末的近红外光谱预测植物叶片的含氮量，因此该***无法实现对植物叶片含氮量的无损和快速检测。
中国专利公开号CN110097535B，公开日2021年5月7日，发明创造名称为“植物叶片含氮量检测方法、装置、计算机设备和存储介质”，该申请公开了“植物叶片含氮量检测方法、装置、计算机设备和存储介质”。该装置通过获取植物叶片的图像的RGB色彩空间模型和各比色卡的图像的RGB色彩空间模型转换为CIELAB色彩空间模型，通过两者的色差值确认比色卡的色彩等级从而确定植物叶片的含氮量。该装置依赖于计算机的计算能力，且色差值受环境光影响较大，难以在田间使用。
综上所述，现有仪器存在携带不便，结构设计复杂，检测对象受限的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种便于携带、能够实现植物叶片含氮量的无损快速检测的植物叶片含氮量检测装置。
本实用新型所采用的技术方案为：植物叶片含氮量检测装置，包括遮光罩、按压探头、探头连接装置、控制处理模块、显示屏、功能按键、外壳、蓝牙模块、锂电池、电源开关、挡尘板和光源模块；所述控制处理模块采用的微处理器，拥有更多的应用接口且体积小，运行速度快，保证了数据处理的效率；所述蓝牙模块采用双模的芯片，其通信距离为75m，通信速率可达10KB/s，可保证数据在高速传输时的稳定性；
所述按压探头包括光电传感器、遮光槽、光学透镜和传感器挡板；所述光电传感器采用的是对可见光和近红外光敏感的数字型光电传感器，拥有更广的检测范围和更高的灵敏度，还可以自动修正增加的红外成分引起的误差；所述探头连接装置包括连接轴和扭簧；所述功能按键包括发送按键和翻页按键；所述光源模块包括一个载物台、四个发光二极管以及检测按键，载物台上开有通光孔，发光二极管的波长和数目分别根据植物叶片透射光谱测量所需的特征波长及特征波长个数设置；所述按压探头和光源模块之间的通光孔，使发光二极管发出的光通过通光孔被光电传感器接收。
作为本实用新型进一步的方案：所述检测装置的四个光源置于5050的封装内等距排列。
作为本实用新型进一步的方案：在通光孔与所述按压探头中的遮光槽处放有光学透镜，所述四个发光二极管置于通光孔的正下方，所述壳体中有用来固定光源的限位槽。
作为本实用新型进一步的方案：所述检测***的电源是可充电锂电池，安装在壳体内的电池槽中，便于拆卸。
作为本实用新型进一步的方案：电源开关安装在壳体侧面，所述检测按键安装在光源模块处，翻页按键和发送按键设置在壳体上部。
作为本实用新型进一步的方案：所述显示屏置于外壳的顶部，所属壳体材质为树脂。
作为本实用新型进一步的方案：所述壳体外形尺寸长×宽×高为161mm×39mm×29mm，其中检测部分的尺寸长×宽×高为40mm×24mm×29mm。
作为本实用新型进一步的方案：所述按压探头包括光电传感器、遮光槽、光学透镜和传感器挡板；所述光电传感器采用的是对可见光和近红外光敏感的数字型光电传感器，拥有更广的检测范围和更高的灵敏度，还可以自动修正增加的红外成分引起的误差；所述探头连接装置包括连接轴和扭簧；所述功能按键包括发送按键和翻页按键；所述光源模块包括一个载物台、四个发光二极管以及检测按键，载物台上开有通光孔，所述发光二极管的波长和数目分别根据植物叶片透射光谱测量所需的特征波长及特征波长个数设置，四个光源波长分别为440-480nm蓝色LED光源、640-680nm和710-730nm两个红色LED光源、960-990nm的近红外LED光源；所述遮光罩安装固定在遮光槽中；所述探头连接装置用于固定外壳与按压探头；所述显示屏和功能按键固定于外壳的上端；所述控制处理模块和蓝牙模块放置在锂电池上方；所述锂电池固定在外壳的底部；所述挡尘板放置在探头连接装置的右侧。
作为本实用新型进一步的方案：所述光电传感器、显示屏、功能按键、蓝牙模块以及光源模块通过导线与控制处理模块以电信号的形式进行数据传输，并受控制处理模块的控制；在所述控制处理模块4的控制下依次点亮光源模块12中的发光二极管12-2，同时，光电传感器将接受的光信号转换为电信号进行运算，将结果发送至控制处理模块并在显示屏上显示，并通过蓝牙模块将数据发送至手机软件上；所述锂电池通过控制处理模块为光电传感器、显示屏、功能按键、蓝牙模块以及光源模块提供电压和工作电流。
作为本实用新型进一步的方案：所述遮光罩为黑色硅胶材质，开口呈圆形，材料柔软不会夹伤叶片，遮光性好，保证光源的稳定性。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1本实用新型光路设计简单，结构小巧，方便携带，更符合人体工学设计；
2本实用新型中，采用透射的方法，选用四个波段下的LED光源，集成在5050封装内，大大减小了检测光源的体积，适用于更多植物叶片含氮量的检测；
整体来看，本实用新型便于携带、能够实现植物叶片含氮量的无损快速检测。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型一种植物叶片含氮量检测装置的植物叶片含氮量检测装置外部示意图。
图2为本实用新型一种植物叶片含氮量检测装置的植物叶片含氮量检测装置内部示意图。
图3为本实用新型一种植物叶片含氮量检测装置的光源组的立体结构示意图。
图4为本实用新型一种植物叶片含氮量检测装置的光源组的俯视图。
附图中：
1、遮光罩；2、按压探头；3、探头连接装置；4、控制处理模块；5、显示屏；6、功能按键；7、外壳；8、蓝牙模块；9、锂电池；10、电源开关；11、挡尘板；12、光源模块；2-1、光电传感器；12-2-1、960-990nm近红外LED光源；12-2-2、710-730nm红色LED光源；12-2-3、640-680nm红色LED光源；12-2-4、440-480nm蓝色LED光源
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：
图1至图4示出了本实用新型一种植物叶片含氮量检测装置的具体实施方式。图1是本实用新型的植物叶片含氮量检测装置外部示意图；图2是本实用新型的植物叶片含氮量检测装置内部示意图；图3是本实用新型的光源组的立体结构示意图；图4是本实用新型的光源组的俯视图。
如图1和图2所示，本实用新型提供一种植物叶片含氮量检测装置，包括遮光罩1、按压探头2、探头连接装置3、控制处理模块4、显示屏5、功能按键6、外壳7、蓝牙模块8、锂电池9、电源开关10、挡尘板11、和光源模块12；按压探头包括光电传感器2-1、遮光槽2-2、光学透镜2-3和传感器挡板2-4；光电传感器2-1采用的是对可见光和近红外敏感的数字型光电传感器；探头连接装置3包括连接轴3-1和扭簧3-2；功能按键6包括发送按键6-1和翻页按键6-2；光源模块12包括一个载物台12-1、四个发光二极管12-2以及检测按键12-3，载物台12-1上开有通光孔12-1-1，发光二极管的波长和数目分别根据植物叶片透射光谱测量所需的特征波长及特征波长个数设置；按压探头2和光源模块12之间的通光孔，使发光二极管发出的光通过通光孔被光电传感器接收。进一步，检测装置的四个光源置于5050的封装内等距排列。
优选的，按压探头2包括光电传感器2-1、遮光槽2-2、光学透镜2-3和传感器挡板2-4；光电传感器2-1采用的是对可见光和近红外光敏感的数字型光电传感器，拥有更广的检测范围和更高的灵敏度，还可以自动修正增加的红外成分引起的误差；探头连接装置3包括连接轴3-1和扭簧3-2；功能按键6包括发送按键6-1和翻页按键6-2；光源模块12包括一个载物台12-1、四个发光二极管12-2以及检测按键12-3，载物台12-1上开有通光孔12-1-1，发光二极管12-2的波长和数目分别根据植物叶片透射光谱测量所需的特征波长及特征波长个数设置，四个光源波长分别为440-480nm蓝色LED光源、640-680nm和710-730nm两个红色LED光源、960-990nm的近红外LED光源；遮光罩1安装固定在遮光槽2-2中；探头连接装置3用于固定外壳7与按压探头2；显示屏5和功能按键6固定于外壳7的上端；控制处理模块4和蓝牙模块8放置在锂电池9上方；锂电池9固定在外壳7的底部；挡尘板11放置在探头连接装置3的右侧。
优选的，光电传感器2-1、显示屏5、功能按键6、蓝牙模块8以及光源模块12通过导线与控制处理模块4以电信号的形式进行数据传输，并受控制处理模块4的控制；在控制处理模块4的控制下依次点亮光源模块12中的发光二极管12-2，同时，光电传感器2-1将接受的光信号转换为电信号进行运算，将结果发送至控制处理模块4并在显示屏5上显示，并通过蓝牙模块8将数据发送至手机软件上；锂电池9通过控制处理模块4为光电传感器2-1、显示屏5、功能按键6、蓝牙模块8以及光源模块12提供电压和工作电流。
优选的，遮光罩1为黑色硅胶材质，开口呈圆形，材料柔软不会夹伤叶片，遮光性好，保证光源的稳定性。
优选地，四个光源波长分别为960-990nm近红外LED光源12-2-1；710-730nm红色LED光源12-2-2；640-680nm红色LED光源12-2-3；440-480nm蓝色LED光源12-2-4，如图4所示。
优选地，在通光孔12-1-1与按压探头2中的遮光槽2-2处放有光学透镜2-3，四个发光二极管12-2置于通光孔的正下方，壳体中有用来固定光源的限位槽，如图3所示。
优选地，检测***的电源是可充电锂电池9，安装在壳体内的电池槽中，便于拆卸。在本实例中，电池槽设置在外壳7手持握把的空腔内，如图2所示。
优选地，电源开关10安装在外壳7侧面，检测按键12-3安装在光源模块12处，翻页按键6-1和发送按键6-2设置在壳体上部，如图1所示。
优选地，显示屏5置于外壳7的顶部，所属壳体材质为树脂。
优选地，壳体外形尺寸长×宽×高为161mm×39mm×29mm，其中检测部分的尺寸长×宽×高为40mm×24mm×29mm，体积小，便于携带。
检测前先进行校准：光电传感器2-1获取四种波长的入射光原始光强数据；
然后检测透过植物叶片的光强：光电传感器2-1获取四种波长透过植物叶片后的入射光光强数据；
计算并显示：检测装置的芯片根据“光强变化与植物叶片含氮量”数学模型，对上述光强数据进行计算，从而得出相应数值并显示，含氮量的单位是mg/g。
具体地，进行校准时，开启检测装置的电源开关10，并根据显示屏5上“按压以校准”的字幕提示，按下检测装置的检测按键12-3，从而使四种波长的平行入射光按序依次传过通光孔12-1-1和光学透镜2-3被光电传感器2-1接收，得到四种波长的入射光的原始光强数据。
具体地，检测透过植物叶片的光强时，将被测植物叶片放置在载物台12-1的通光孔12-1-1处，将按压探头2下压时触发检测按键12-3，使四种波长的平行入射光依次穿过通光孔12-1-1，被测植物叶片，遮光槽中的光学玻璃2-3到达光电传感器。
以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种植物叶片含氮量检测装置，其特征在于：包括遮光罩(1)、按压探头(2)、探头连接装置(3)、控制处理模块(4)、显示屏(5)、功能按键(6)、外壳(7)、蓝牙模块(8)、锂电池(9)、电源开关(10)、挡尘板(11)和光源模块(12)；所述控制处理模块(4)采用的微处理器拥有更多的应用接口且体积小，运行速度快，保证了数据处理的效率；所述蓝牙模块(8)采用双模芯片，其通信距离为75m，通信速率可达10KB/s，可保证数据在高速传输时的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种植物叶片含氮量检测装置，其特征在于：所述按压探头(2)包括光电传感器(2-1)、遮光槽(2-2)、光学透镜(2-3)和传感器挡板(2-4)；所述光电传感器(2-1)采用的是对可见光和近红外光敏感的数字型光电传感器，拥有更广的检测范围和更高的灵敏度，还可以自动修正增加的红外成分引起的误差；所述探头连接装置(3)包括连接轴(3-1)和扭簧(3-2)；所述功能按键(6)包括发送按键(6-1)和翻页按键(6-2)；
所述光源模块(12)包括一个载物台(12-1)、四个发光二极管(12-2)以及检测按键(12-3)，载物台(12-1)上开有通光孔(12-1-1)，所述发光二极管(12-2)的波长和数目分别根据植物叶片透射光谱测量所需的特征波长及特征波长个数设置，四个光源波长分别为440-480nm蓝色LED光源、640-680nm和710-730nm两个红色LED光源、960-990nm的近红外LED光源；
所述遮光罩(1)安装固定在遮光槽(2-2)中；所述探头连接装置(3)用于固定外壳(7)与按压探头(2)；所述显示屏(5)和功能按键(6)固定于外壳(7)的上端；
所述控制处理模块(4)和蓝牙模块(8)放置在锂电池(9)上方；所述锂电池(9)固定在外壳(7)的底部；所述挡尘板(11)放置在探头连接装置(3)的右侧。
3.根据权利要求2所述的一种植物叶片含氮量检测装置，其特征在于：所述光电传感器(2-1)、显示屏(5)、功能按键(6)、蓝牙模块(8)以及光源模块(12)通过导线与控制处理模块(4)以电信号的形式进行数据传输，并受控制处理模块(4)的控制；在所述控制处理模块(4)的控制下依次点亮光源模块(12)中的发光二极管(12-2)，同时，光电传感器(2-1)将接受的光信号转换为电信号进行运算，将结果发送至控制处理模块(4)并在显示屏(5)上显示，并通过蓝牙模块(8)将数据发送至手机软件上；所述锂电池(9)通过控制处理模块(4)为光电传感器(2-1)、显示屏(5)、功能按键(6)、蓝牙模块(8)以及光源模块(12)提供电压和工作电流。
4.根据权利要求2所述的一种植物叶片含氮量检测装置，其特征在于：所述遮光罩(1)为黑色硅胶材质，开口呈圆形，材料柔软不会夹伤叶片，遮光性好，保证光源的稳定性。
5.根据权利要求2所述的一种植物叶片含氮量检测装置，其特征在于：所述按压探头(2)被按下时，可以通过扭簧(3-2)使按压探头(2)复位。
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