一种叶绿素荧光自动化监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种叶绿素荧光自动化监测系统，包括传感单元、驱动单元、光谱采集装置和控制单元。其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制单元用于控制所述驱动单元驱动所述传感单元在多个采集点之间进行移动，所述控制单元还用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及叶绿素荧光
，具体涉及一种叶绿素荧光自动化监测系统。
技术介绍
叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，得到了广泛的研究和应用。叶绿素荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等过程有关。几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反映出来，而荧光测定技术不需破碎细胞，不伤害生物体，因此通过研究叶绿素荧光来间接研究光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法。目前，叶绿素荧光在光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等方面得到了广泛的应用。叶绿素吸收的能量大部分用于光合作用，但是有一部分以长波形式混杂在反射能量中，即为叶绿素荧光。叶绿素荧光释放量通常占近红外反射能量的2％-5％，虽然能量较小，但是可以作为植被生理状态监测的重要指针，特别是在碳同化估计和胁迫早期监测方面相比传统光学指标具有明显优势。叶绿素荧光在650nm-800nm都有分布，690nm和760nm是两个能量释放高峰位置，所以，一般将这两个波段作为荧光监测的重要波段。由于在不同位置下生长的植被所处的生长环境不同，所以对植被的叶绿素荧光特性进行研究时，通常需要进行多点观测。为了实现对多个点位下的植被进行观测，目前可采用以下两种方式，第一种是在每个观测点依次进行单点手动观测，这种方式难以在短时间内完成，且需要耗费大量人力，采集效率较差。第二种是利用多个采集装置组成一个采集系统，将各个采集装置分别设置在各个观测点，同步地进行采集，该系统硬件成本较高。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中叶绿素荧光监测系统硬件成本较高的缺陷。有鉴于此，本专利技术提供一种叶绿素荧光自动化监测系统，包括传感单元、驱动单元、光谱采集装置和控制单元。其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制单元用于控制所述驱动单元驱动所述传感单元在多个采集点之间进行移动，所述控制单元还用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数据。优选地，所述驱动单元包括电动旋转台和旋转臂，所述控制单元控制所述电动旋转台驱动所述旋转臂进行转动，所述传感单元设置在所述旋转臂上，所述旋转臂的转动使所述传感单元沿圆形轨迹进行移动，所述多个采集点均位于所述圆形轨迹上。优选地，所述旋转臂包括相互连接的竖杆和横杆，所述竖杆垂直于地面，所述电动旋转台设置在所述竖杆下方控制所述竖杆转动，所述横杆平行于地面，所述传感单元设置在所述横杆上。优选地，所述驱动单元还包括防雨罩，设置在所述电动旋转台上方。优选地，所述控制单元根据预设运动时间控制所述驱动单元进行运动，使所述传感单元在各个采集点上的停留时间相同。优选地，所述控制单元判断所述传感单元是否停留在采集点处，当所述传感单元停留在采集点处时，控制所述光谱采集装置采集所述第一光谱数据和第二光谱数据。优选地，所述控制单元判断当前时间是否在预设时间范围内，如果当前时间在所述预设时间范围内，则控制所述光谱采集装置以第一积分时间将所述传感单元收集到的太阳光辐射转换为第一光谱数据，并控制所述光谱采集装置以第一积分时间将所述传感单元收集到的植被反射辐射转换为第二光谱数据；如果当前时间未在所述预设时间范围内，则控制所述光谱采集装置以第二积分时间将所述传感单元收集到的太阳光辐射转换为第一光谱数据，并控制所述光谱采集装置以第二积分时间将所述传感单元收集到的植被反射辐射转换为第二光谱数据。优选地，所述光谱采集装置包括光谱采集器和校准光源，所述校准光源用于在正式采集光谱数据之前对所述光谱采集器的光路系统进行辐射能量校正。优选地，所述传感单元包括余弦校正器和准直镜，所述余弦校正器通过第一光纤与所述光谱采集装置连接，所述准直镜通过第二光纤与所述光谱采集装置连接；其中，所述余弦校正器垂直向上收集太阳光辐射，所述准直镜垂直向下收集植被反射辐射。优选地，所述系统还包括电子开关，所述光谱采集装置通过所述电子开关与所述第一光纤和第二光纤连接，所述电子开关用于切换所述光谱采集装置与所述第一光纤和第二光纤的连接状态。本专利技术技术方案，具有如下优点：本系统通过控制单元控制驱动单元对一个传感单元进行移动，实现使用一个传感单元对不同点位下的不同生长环境的植被生理的自动化监测，最终利用多个点位采集到的光谱数据计算被测植被的叶绿素荧光。该系统具有灵活稳定的监测效果，且成本较低，同时该系统通过控制单元控制光谱采集装置在不同的时间段内利用不同的积分时间采集光谱数据，以适应不同的光照条件，由此可避免出现光饱和现象，提高数据采集的可靠性，进而提高叶绿素荧光计算的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为叶绿素荧光自动化监测系统结构示意图；图2为叶绿素荧光自动化监测系统具体结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶绿素荧光自动化监测系统，其特征在于，包括：传感单元、驱动单元、光谱采集装置和控制单元，其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制单元用于控制所述驱动单元驱动所述传感单元在多个采集点之间进行移动，所述控制单元还用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数据。

【技术特征摘要】
1.一种叶绿素荧光自动化监测系统，其特征在于，包括：传感单元、
驱动单元、光谱采集装置和控制单元，
其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制
单元用于控制所述驱动单元驱动所述传感单元在多个采集点之间进行移
动，所述控制单元还用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同
的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反
射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计
算叶绿素荧光数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动单元包括电动
旋转台和旋转臂，所述控制单元控制所述电动旋转台驱动所述旋转臂进行
转动，所述传感单元设置在所述旋转臂上，所述旋转臂的转动使所述传感
单元沿圆形轨迹进行移动，所述多个采集点均位于所述圆形轨迹上。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述旋转臂包括相互连
接的竖杆和横杆，所述竖杆垂直于地面，所述电动旋转台设置在所述竖杆
下方控制所述竖杆转动，所述横杆平行于地面，所述传感单元设置在所述
横杆上。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述驱动单元还包括防

\t雨罩，设置在所述电动旋转台上方。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单
元根据预设运动时间控制所述驱动单元进行运动，使所述传感单元在各个
采集点上的停留时间相同。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元判断所述
传感单元是否停留在采集点处，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：武建军，刘雷震，周洪奎，安雪丽，刘京会，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11