作物茎秆抗倒伏强度测定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种作物茎秆抗倒伏强度测定方法及装置。该装置包括茎秆夹具、信号采集及放大模块、数据处理模块、信号电源模块、按键及显示模块，所述信号采集及放大模块包括拉力传感器、A/D转换器、拉力角度传感器、倾斜角度传感器及AD620；利用该装置在作物茎秆抗倒伏测定的同时获取拉力方向与作物茎秆方向之间的角度数据，将拉力校正到与作物茎秆垂直的方向上。本实用新型专利技术测定装置具有角度不敏感性，从不同角度对作物进行同强度拉力测量时，可获得一致的拉力数据，实现了拉力测量通用化；利用本实用新型专利技术进行作物茎秆抗倒伏强度测定可以明显减少拉力方向不同对测量结果的影响，使作物抗倒伏测量时的抗拉强度测量数据更加准确、可靠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种作物茎秆抗倒伏强度测定方法及装置。该装置包括茎秆夹具、信号采集及放大模块、数据处理模块、信号电源模块、按键及显示模块，所述信号采集及放大模块包括拉力传感器、A/D转换器、拉力角度传感器、倾斜角度传感器及AD620；利用该装置在作物茎秆抗倒伏测定的同时获取拉力方向与作物茎秆方向之间的角度数据，将拉力校正到与作物茎秆垂直的方向上。本技术测定装置具有角度不敏感性，从不同角度对作物进行同强度拉力测量时，可获得一致的拉力数据，实现了拉力测量通用化；利用本技术进行作物茎秆抗倒伏强度测定可以明显减少拉力方向不同对测量结果的影响，使作物抗倒伏测量时的抗拉强度测量数据更加准确、可靠。【专利说明】作物茎秆抗倒伏强度测定装置
本技术涉及强度测量装置，具体涉及一种作物茎杆抗倒伏强度测定装置。
技术介绍
作物倒伏是由外界因素引发的农作物植株茎杆从自然直立状态到永久错位的现象，原因是植物生长时处于风雨等自然条件影响下而形成的一种与植株垂直的弯曲力，导致植株弯曲，甚至折断。当这种弯曲力在一定范围之内时，在自然的生长条件下，还可以进行恢复，但超过一定限度时，便会造成不可恢复的破坏，形成倒伏。倒伏可以根据倒伏发生的部位可将倒伏分为茎倒、节倒和根倒。而多数研究表明倒伏可分为茎倒(折)和根倒。可以将穗以下发生的茎节弯曲、折断称为茎倒，而将植株倾斜角度大于30°或45°，而茎杆可以维持挺直的倒伏称为根倒伏。倒伏现象常见于禾谷类作物如，玉米、水稻、小麦、大豆等。研究表明玉米、小麦、水稻、烟草等作物因倒伏造成作物的产量损失十分巨大，作物茎杆倒伏强度是一个影响作物产量十分重要的指标。培育出来的作物新品种，要确定该品种是否具有优良性能，其中抗倒伏特性的测定十分的重要。为了测得作物抗倒伏强度的数据，针对作物抗倒伏特性的研究，国内外专家做出了一系列的大量的实验，专门对测定技术做出了研究，得出了一系列的力学上的分析及实验研究方法。抗倒伏的力学测定方法有以下几种:(I)茎杆垂直压碎强度和茎杆硬皮穿孔强度:茎杆硬皮穿孔强度是将一定大小的探头，垂直于茎杆方向，刺入茎杆表皮，此时读取茎杆的最大读数。对应的测定仪器有3YJ-1型玉米茎杆硬度计(吉林农科院研制)，YN型作物茎杆抗倒伏强度测定仪(河南农大迅捷测试技术有限公司设计)。(2)茎杆抗拉弯强度测定:具体的方法是在田间人为将植株拉弯，与地面呈30°?45°夹角，此时测得拉力值来判断作物抗倒伏性。该方法能综合评价茎杆的水平抗拉强度，但根系发育不良时不能利用此方法。(3)茎杆横向折断强度测量:王勇等介绍了小麦茎杆抗折力的测定方法。取小麦基部第二节间(去叶鞘)，两端放于高50cm、间隔5cm的支撑木架凹槽内，在其中部挂一弹簧秤，计算茎杆被拉断时的拉力值。(4)根拔力测定:作物根茬从土壤中垂直拔出所需的力，能间接地反映根系发达程度。因土壤结构的变化可能会使结果有很大出入。目前我国有3YC-1型玉米根茬拔出测力仪(吉林农科院研制)。(5)其他测定方法:根强度的测定，茎杆和根强度测定的时期及部位等测定方法。作物的横向折断测量、垂直压碎强度测量及根拔力测量，需要将作物进行破坏性实验，实验测试不具有可重复性，而且需要带回实验室进行操作，无法对同一棵玉米进行生长周期内不同时期的抗倒伏强度进行评估，不符合现在测量工具的非破坏性测量趋势。而作物的抗拉强度测定，可以有效的对自然界风力等因素进行拟，而且对作物的伤害相对较小，但传统的抗拉强度测量方法有明显不足的地方，首先拉力方向不同对测量的结果有不确定性，给测试结果带来一定的误差；其次操作复杂性，测量上需要一人测量作物茎杆被拉弯的角度，另一人同时测量作物所受的拉力，读取弹簧的示数，而且在拉力测量时，人手的抖动也不能保证拉力值与角度值实时的匹配，因此给测量实验带来了数据上的误差和人力的浪费。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种具有角度不敏感的作物茎杆抗倒伏强度测定装置，可实现从不同方向进行拉力测量时，将拉力进行校正到同一方向，得到可靠一致的通用测量结果。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是:设计一种作物茎杆抗倒伏强度测定装置，包括茎杆夹具、信号采集及放大模块、数据处理模块、信号电源模块、按键及显示模块，所述信号采集及放大模块包括拉力传感器、A/D转换器、以及:至少一个拉力角度传感器，用于测量拉力相对于水平方向的角度α ；至少一个倾斜角度传感器，固定在所述茎杆夹具上，用于测量作物茎杆相对于水平方向的倾斜角度β ;及:运算放大器AD620。该装置还包括 无线数据传输模块NRF2401和角度信号采集和处理的微处理器模块，用于将所述倾斜角度传感器采集到的茎杆的倾斜的角度信号传送至所述数据处理模块。所述拉力传感器为JLBS拉力传感器。所述拉力角度传感器或倾斜角度传感器为SCA60C角度传感器。所述数据处理模块包括中央处理器S3C6410。设计一种利用上述测定装置进行作物茎杆抗倒伏强度的测定方法，包括如下步骤:(I)将权利要求1所述作物茎杆抗倒伏强度测定装置中的倾斜角度传感器与所述茎杆夹具固定在一起，然后将它们固定在待测作物茎杆上；(2)并将所述拉力传感器经由茎杆夹具与之对应的传导绳/杆连接固定在待测作物茎杆上；(3)再将所述拉力角度传感器固定在传导绳/杆连接或拉力传感器上；(4)所述拉力传感器、倾斜角度传感器、拉力角度传感器分别采集对应时刻的拉力F信息、α角度信息、β夹角信息经由信号放大处理后送至数据处理模块根据如下方程进行数据处理得茎杆垂直方向上的力F'，以其作为判定作物茎杆抗倒伏强度的依据:F' = FXsin(a +β)(I)在进行测量时，可先以如下方法对拉力传感器进行标定:对拉力传感器施加一系列已知拉力值(N)的拉力，同时记录拉力传感器采集并经A/D转换器转换处理所得的对应的A/D值，以A/D值作为横坐标输入，以拉力值(N)为纵坐标作为输出，将拉力值与A/D值进行线性回归得:y = AXx+B(2)其中，y表示实际转化输出的拉力值(N)，X表示接收到的A/D转换值的大小，而B代表拟合曲线的截距，A为斜率。在进行测量时，可先以如下方法对角度传感器进行标定:在角度传感器标识的-90°方向进行缓慢的方向上的改变，再对测量所得到的电压信息多次进行求平均，计算出电压信号的最小值；同样，在传感器默认的+90°方向附近，进行缓慢方向上的变化，找出输出电压信号的最大值；由最大值和最小值及角度变化时候电压的线性变化关系，拟合出角度值与A/D输出值的对应关系，以A/D作为输入，以角度做为输出，对应的输入输出关系如下:j' =A' Xx' +B'(3)其中y,代表经转换之后输出的角度值，X'为角度传感器经电路传送至A/D之后输出的值，而B'代表拟合曲线的截距，A'为斜率。在所述步骤(4)中，所述拉力传感器、倾斜角度传感器、拉力角度传感器分别采集对应时刻的拉力F信息、α角度信息、β夹角信息经由信号放大处理后由数据处理模块按如下方法进行处理:(I)夹角计算:由拉力方向与水平方向的夹角α，及茎杆求出拉力方向与作物茎杆垂直方向之间的夹角β，计算出拉力方向与作物茎杆之间夹角Θ，θ = α + β(4) (2)计算初始拉力值:由拉力对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作物茎秆抗倒伏强度测定装置，包括茎秆夹具、信号采集及放大模块、数据处理模块、信号电源模块、按键及显示模块，所述信号采集及放大模块包括拉力传感器、AD转换器，其特征在于，所述信号采集及放大模块还包括：至少一个拉力角度传感器，用于测量拉力相对于水平方向的角度α；至少一个倾斜角度传感器，固定在所述茎秆夹具上，用于测量作物茎秆相对于水平方向的倾斜角度β；及运算放大器AD620。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建东，李云东，侯金博，曹顺新，陈阳，王满苹，曹百穹，穆琳瑛，孙晓辉，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：新型
国别省市：河南;41