一种基于光纤传感器的光合作用仪制造技术

本发明专利技术涉及一种基于光纤传感器的光合作用仪。包括一个光纤传感器，它有多个探头，分布在叶室内不同位置，能在不均匀光照环境下精确地测量叶片表面的光质和光强；它还有一个光栅和一个CCD阵列探测器，可测量叶片表面的光谱；包括各种单色和混色LED光源，通过控制系统调节，可在叶室内实现各种光照条件，用于植物特征光谱研究；还包括测量CO2和H2O浓度、温度和空气流量等参数的测量系统和控制这些参数的自动控制系统；能自动作出光谱和光合曲线图。本发明专利技术提供了一种适合教学和科研使用的高精度、便携式、多功能的智能化光合作用仪。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感器的光合作用仪
本专利技术涉及一种光合作用测量系统，特别是一种基于光纤传感器的光合作用仪。
技术介绍
光合作用是绿色植物吸收阳光的能量，同化CO2和水，制造有机物并释放氧的过程，是植物生长的基础，也是研究植物生长的一个重要方面。研究植物光合作用常用的仪器之一是光合作用仪，目前，国内外应用最多最普遍的光合作用仪都有一个光量子传感器，如L1-6400系列光合作用仪使用硅光电池做光量子传感器。外置的光量子传感器探头距离叶室:T5cm，内置的光量子传感器探头距离叶室也有f 2cm，传感器探头直径大约1cm。供植物生长的光源有自然光(如太阳光)和人工光(如LED灯的光)。传统的光合作用仪常用于测量太阳光下植物的光合作用，由于太阳距离我们很遥远，把照到地面的太阳光看成是均匀的，而把照到光量子传感器探头的光看成是照到叶片表面的光是可以的，误差不会太大。但是，近年来被广大研究者用作植物生长灯的LED灯，它点光源的发光特征从理论上决定了它发出的光在空间上是很不均匀的。实验也发现，在LED灯照明空间，相距只有Icm的两点上传统的光合作用仪测得的PAR值(光合有效辐射值，表光强)相差几个到一二十个μ mol.m-2.s 有的甚至更多。在这种情况下，传统的光合作用仪的光量子传感器探头距离叶室的距离太长，测量时把入射到探头的光看成是入射到叶片表面的光是很粗糙甚至是不对的。再有，传统光合作用仪的光量子传感器测定的是入射到叶片表面的总的PAR值，却无法同时测定入射 光在叶片表面的光谱。如果另外使用其它仪器如光谱仪来测叶片表面的光谱，由于很难准确地找到刚测过的叶片表面的点供光谱仪测量，所以很难测到和PAR值对应的点的光谱，因此给研究带来不便。另外，传统光合作用仪提供的光源都是宽波段的，如L1-6400系列光合作用仪提供的是宽波段的红蓝光源，光质单一。大量研究表明，不同光质对植物光合作用和生长有不同的影响。传统光合作用仪无法提供不同的光质，也给这方面的研究带来不便。因此，需要专利技术一种光合作用仪，其光量子传感器距离叶室很近，即使光照不均匀，它也能精确地测定入射到叶片表面的光谱、光质和光强(PAR值)，能用于测量近紫外到近红外所有波段的光对植物的光合作用，还能提供各种光照条件供植物特征光谱研究使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光合作用仪，它的光量子传感器距离叶室很近，且有多个传感器探头，分布在叶室内不同位置，即使光照不均匀，也能通过多点测量后平均的方法，精确地测定入射到叶片表面的光谱、光质和光强(PAR值)，能用于测量近红外到近紫外所有波段的光对植物的光合作用，还能提供各种光照条件供植物特征光谱研究使用。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是:一种基于光纤传感器的光合作用仪，包括矩形叶室和矩形暗室；所述矩形叶室内设置有一矩形叶片夹放空间，该叶片夹放空间由设置于矩形叶室内的隔离框隔离而成；所述隔离框的外壁周侧设置有若干光纤传感器的传感器探头；所述光纤传感器探头的入光口和叶片平面处于同一高度；所述矩形暗室内设置有球面镜、会聚球面镜以及光纤传感器的光栅和CCD阵列探测器；所述矩形叶室内的传感器探头采集的光经一光纤束传输至矩形暗室中，光纤束出口的光经球面镜反射后变成平行光，该平行光入射至光栅，经光栅反射发生衍射形成衍射光束，衍射光束通过会聚球面镜会聚后，照射于CCD阵列探测器，并由该CCD阵列探测器传输至处理芯片进行处理。在本专利技术一实施例中，所述叶片夹放空间内还设有一用于测量叶片温度并连接至处理芯片的叶温传感器探头；所述叶温传感器探头和叶片平面处于同一高度。在本专利技术一实施例中，所述光纤束出口到球面镜中心的距离为球面镜的一倍焦距，即光纤束出口处为球面镜的焦点。在本专利技术一实施例中，所述CXD阵列探测器包括近紫外CXD探测器、可见光CXD探测器和近红外CXD探测器。在本专利技术一实施例中，所述矩形叶室为宽叶室；所述传感器探头的个数为5个；所述隔离框为由第一隔离片、第二隔离片和第三隔离片以及宽叶室的一壁包围而成的矩形框；设所述宽叶室相邻近矩形暗室的一壁为第一叶室壁；所述第一隔离片平行于第一叶室壁，所述第二隔离片平行于与第一叶室壁相邻的第二叶室壁，所述第三隔离片平行于与第一叶室壁相邻的第三叶室壁；第一传感器探头放置于第一隔离片外壁的中点位置；第二传感器探头和第三传感器探头分别放置于第二隔离片外壁的三分之一处和三分之二处；第四传感器探头和第五传感器探头分别放置于第三隔离片外壁的三分之一处和三分之二处。在本专利技术一实施例中，所述矩形叶室为窄叶室；所述传感器探头的个数为4个；所述隔离框为由第一隔离片、第二隔离片、第三隔离片和第四隔离片包围而成的矩形框；设所述宽叶室相邻近矩形暗室的一壁为第一叶室壁；所述第一隔离片平行于第一叶室壁，所述第二隔离片平行于与第一叶室壁相邻的第二叶室壁，所述第三隔离片平行于与第一叶室壁相邻的第三叶室壁，所述第四隔离片平行于与第一叶室壁相对的第四叶室壁；第一传感器探头和第二传感器探头分别放置于第一隔离片外壁的四分之一处和四分之三处；第三传感器探头和第四传感器探头分别放置于第二隔离片外壁的四分之一处和四分之三处。在本专利技术一实施例中，所述隔离片由透光材料制成。在本专利技术一实施例中，所述隔离片为玻璃片。在本专利技术一实施例中，所述光合作用仪还包括各种单色和混色LED光源。在本专利技术一实施例中，所述光合作用仪还包括用于测量CO2浓度、H2O浓度、温度和空气流量的测量系统以及控制该测量系统的自动控制系统。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果: 1、本专利技术提供的一种光合作用仪，它的光量子传感器距离叶室很近，且有多个传感器探头，分布在叶室内不同位置，即使光照不均匀，也能通过多点测量后平均的方法，精确地测定入射到叶片表面的光谱、光质和光强(PAR值)，能用于测量近红外到近紫外所有波段的光对植物的光合作用，还能提供各种光照条件供植物特征光谱研究使用； 2、本专利技术的光合作用仪包括多种LED光源，通过控制电路调节，可实现各种光质配比，光源为叶室提供从0-3000 μ mol.m_2.s 1连续可调的光照强度，因此，LED光源可为叶室提供各种光照条件用于植物特征光谱研究；3、本专利技术的光合作用仪内置四个独立的高精度非分散的红外线C02/H20传感器，分别测定参比和分析气路中CO2和H2O浓度，传感器可用于开放式或密闭式测定，气温用热敏电阻探头，叶温用辐射探头非接触测定，可自动或手动控制叶室内部的环境条件(0)2和!120浓度、温度等)； 4、本专利技术的光合作用仪具有多个自动测量程序，能自动测量光谱曲线，光响应曲线和二氧化碳响应曲线等光合作用曲线；还包括报警系统，当智能控制系统正常运行却无法使叶室内的环境达到预设的要求时，发出报警。【附图说明】图1为本专利技术暗室的示意图。图2为本专利技术矩形宽叶室示意图。图3为本专利技术夹放宽叶型小叶片的示意图。图4为本专利技术夹放宽叶型大叶片的示意图。图5为本专利技术长方形窄叶室示意图。图6为本专利技术夹放窄叶型小叶片的示意图。图7为本专利技术夹放窄叶型大叶片的示意图。图8为本专利技术光 合作用仪的结构示意图。图中，14,15为叶室壁，5为隔离框，6-1飞-5、16-广16-4为传感器探头，7、17为叶温传感器探头，8、18为入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤传感器的光合作用仪，其特征在于：包括矩形叶室和矩形暗室；所述矩形叶室内设置有一矩形叶片夹放空间，该叶片夹放空间由设置于矩形叶室内的隔离框隔离而成；所述隔离框的外壁周侧设置有若干光纤传感器的传感器探头；所述光纤传感器探头的入光口和叶片平面处于同一高度；所述矩形暗室内设置有球面镜、会聚球面镜以及光纤传感器的光栅和CCD阵列探测器；所述矩形叶室内的传感器探头采集的光经一光纤束传输至矩形暗室中，光纤束出口的光经球面镜反射后变成平行光，该平行光入射至光栅，经光栅反射发生衍射形成衍射光束，衍射光束通过会聚球面镜会聚后，照射于CCD阵列探测器，并由该CCD阵列探测器传输至处理芯片进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感器的光合作用仪，其特征在于:包括矩形叶室和矩形暗室；所述矩形叶室内设置有一矩形叶片夹放空间，该叶片夹放空间由设置于矩形叶室内的隔离框隔离而成；所述隔离框的外壁周侧设置有若干光纤传感器的传感器探头；所述光纤传感器探头的入光口和叶片平面处于同一高度；所述矩形暗室内设置有球面镜、会聚球面镜以及光纤传感器的光栅和CCD阵列探测器；所述矩形叶室内的传感器探头采集的光经一光纤束传输至矩形暗室中，光纤束出口的光经球面镜反射后变成平行光，该平行光入射至光栅，经光栅反射发生衍射形成衍射光束，衍射光束通过会聚球面镜会聚后，照射于CCD阵列探测器，并由该CXD阵列探测器传输至处理芯片进行处理。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的光合作用仪，其特征在于:所述叶片夹放空间内还设有一用于测量叶片温度并连接至处理芯片的叶温传感器探头；所述叶温传感器探头和叶片平面处于同一高度。3.根据权利要求1所 述的一种基于光纤传感器的光合作用仪，其特征在于:所述光纤束出口到球面镜中心的距离为球面镜的一倍焦距，即光纤束出口处为球面镜的焦点。4.根据权利要求1或3所述的一种基于光纤传感器的光合作用仪,其特征在于:所述CXD阵列探测器包括近紫外CXD探测器、可见光CXD探测器和近红外CXD探测器。5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的光合作用仪，其特征在于:所述矩形叶室为宽叶室；所述传感器探头的个数为5个；所述隔离框为由第一隔离片、第二隔离片和第三隔离片以及宽叶室的一壁包围而成的矩形框；设所述宽叶室相邻近矩形暗室的一壁为第一叶室壁；所述第一隔离片平行...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈美香，刘银春，徐永，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建;35