一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，包括具有内腔的壳体；均位于壳体内腔中的VOCs传感器模块、信号处理模块和电源模块；以及至少部分位于壳体内腔中的信号输出模块；其中，所述壳体的侧壁上包括有用于与VOCs传感器模块对应的，贯穿所述壳体侧壁内外表面的镂空部；所述VOCs传感器模块与所述信号处理模块电连接；所述信号处理模块与所述信号输出模块电连接；所述电源模块用于为其他模块提供电源。本发明专利技术的装置克服了已有技术的不足之处，实现了实时监测，有助于分析作物的长势情况，为科学预警提供可靠依据。

A crop VOCs real-time monitoring device for crop monitoring and early warning

The invention provides a VOCs real-time monitoring device used for crop crop monitoring and early warning, including a housing having a cavity; VOCs are located in the sensor module, signal processing module and power module in the cavity of the shell; and at least partially in the signal output module in the cavity of the shell; the side wall of the housing includes a the VOCs sensor module corresponding to the hollow part through the inner and outer surface of the side wall of the shell; the VOCs sensor module and the signal processing module is electrically connected; the signal processing module is connected with the signal output module; the power supply module is used to provide power for other modules. The device of the invention overcomes the shortcomings of the existing technology, realizes real-time monitoring, helps to analyze the growth status of crops, and provides reliable basis for scientific early warning.

【技术实现步骤摘要】
一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置
本专利技术涉及农业信息
更具体地，涉及一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置。
技术介绍
我国是农业大国，大田作物在我国农业生产中一直占有举足轻重的地位，大田作物在生长发育环节的信息监测与信息分析，有助于分析作物的长势情况，可以为科学预警提供可靠依据，同时为国家和相关部门适时提供科学决策依据。植物在生长发育过程中，自身会释放挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds,VOCs)，包括醇类、醛类、酮类、酯类、菇烯类和芳香类等，这些挥发物传递着植物身份和其生理状况等信息，在植物、植食性节肢动物及其天敌的相互关系中起到化学通讯物质的作用。不同植物释放的VOCs及其种类存在明显差异；不同生长发育阶段的植物释放不同VOCs；受到病、虫、草害威胁的植物会释放出一些特殊的VOCs“求救”信号。因此，感知大田作物VOCs有助于实时、准确掌握其生长信息，包括作物营养信息、生理生态信息和病、虫、草害胁迫信息等，为大田作物的监测预警工作提供可靠依据。目前，作物VOCs研究及应用主要集中于对害虫的间接防御策略，为作物的基因改良提供理论依据。以大田作物水稻为例，水稻受到害虫威胁后，会释放VOCs引诱天敌来控制害虫的发生，这些VOCs可作为化学信息招引捕食性或者寄生性天敌防御害虫，起到互益素的作用，VOCs主要组分包括菇类化合物、绿叶性气味、含氮化合物以及除绿叶性气味以外的醛、醇、酮酷及其一些吠喃衍生物等。此外，借助于物联网技术、遥感技术、光谱成像技术、图形图像处理技术、预警模型、文献计量等手段是目前实现作物监测的主要途径。大多数监测手段为远程感知方法，不具有时效性和准确性，相比于实时监测技术而言具有滞后性。因此，本专利技术提供了一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，至少解决了上述之一的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置。该装置克服了已有技术的不足之处，实现了实时监测，有助于分析作物的长势情况，为科学预警提供可靠依据。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置的应用。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，包括：具有内腔的壳体；均位于壳体内腔中的VOCs传感器模块、信号处理模块和电源模块；以及至少部分位于壳体内腔中的信号输出模块；其中，所述壳体的侧壁上包括有用于与VOCs传感器模块对应的，贯穿所述壳体侧壁内外表面的镂空部；所述VOCs传感器模块与所述信号处理模块电连接，其中所述VOCs传感器模块用于检测作物释放的挥发性有机化合物，所述信号处理模块用于对VOCs传感器模块的检测信号进行自校准和模数转换，以及对VOCs传感器模块的输出结果进行特征提取、特征选择、学习训练和分类识别；所述信号处理模块与所述信号输出模块电连接，其中所述信号输出模块用于传输并显示信号处理模块的输出信号；所述电源模块用于为其他模块提供电源；所述电源模块采用蓄电池供电形式，通过开关控制，控制开关位于实时监测装置的表面，为整个监测装置的各连通部件提供电源。优选地，所述挥发性有机化合物包括醇类、醛类、酮类、酯类、菇烯类和芳香类挥发性有机化合物。优选地，所述VOCs传感器模块包括至少一个VOC传感器，所述至少一个VOC传感器并行设置。优选地，所述至少一个VOC传感器包括醇类传感器、醛类传感器、酮类传感器、酯类传感器、菇烯类传感器和芳香类传感器中的一种或多种。优选地，所述信号处理模块包括数据预处理模块和模式识别模块；所述数据预处理模块与模式识别模块电连接；其中，所述数据预处理模块将VOCs传感器模块的检测数据处理后输入模式识别模块；所述模式识别模块用于接收数据预处理模块的输出信号并进行模式识别处理；所述模式识别模块采用人工神经网络算法为主同时融合其他算法，消除了伴生气体的交叉敏感性，提高了对作物VOCs检测的准确性。优选地，所述数据预处理模块包括至少一个数据预处理单元，所述至少一个数据预处理单元并行设置；所述数据预处理单元与VOC传感器一一对应电连接，并用于将对应VOC传感器检测数据处理后输入模式识别模块。优选地，每个所述数据预处理单元包括自校准模块、A/D转换模块和微处理功能模块；其中，所述自校准模块采用短接零点校准方法并设定校准时间间隔对VOCs传感器模块进行自校准，保证VOCs传感器模块的准确性；所述A/D转换模块和微处理功能模块用于完成VOCs传感器模块输出信号的模数转换功能。优选地，所述模式识别模块包括嵌入式操作系统和模式识别算法，其中嵌入式操作系统通过提供驱动，完成对整个系统平台的控制；模式识别算法接受数据预处理单元的输出信号后，对传感器阵列的输出结果进行特征提取、特征选择、学习训练和分类识别，将作物VOCs实时监测装置的最终结果输出给信号输出。优选地，所述信号输出模块包括无线数据传输单元和与所述无线数据传输单元电连接的显示终端单元，其中所述无线数据传输单元位于壳体内腔中，所述显示终端单元至少部分暴露出所述壳体；所述无线数据传输单元与所述模式识别模块电连接，为商用无线数据传输模块，用于接收模式识别模块的输出结果，同时将该结果发送到显示终端单元；所述显示终端单元为与无线数据传输单元相匹配的数据显示平台，用于显示无线数据传输单元发送的信息，同时分析作物的长势，为作物监测预警提供信息。优选地，所述无线传输单元包括接收器和与接收器电连接的发射器。其中所述接收器与模式识别模块电连接，用于接收所述模式识别模块的输出结果；所述发射器与显示终端单元电连接，用于将所述模式识别模块的输出结果以无线传输方式输送至显示终端。优选地，所述显示终端单元可以是液晶显示、网络接口、通信接口中的一种或多种。优选地，所述VOC传感器为电阻型化学传感器结构，包括硅衬底层、形成于硅衬底层上的绝缘层、形成于绝缘层上的电极层和形成于电极层上的敏感层；优选地，所述硅衬底层采用N型硅片，便于与其它模块集成。优选地，所述绝缘层的材料为二氧化硅。优选地，所述电极层为叉指结构Ti/Au金属电极层；该叉指电极结构具有对环境气氛灵敏度高、响应稳定、功耗低、可在室温下工作、可实时检测、便于和微电子加工技术兼容等优点；同时，叉指电极器件结构制备工艺简单、成本低，适合大田范围使用。优选地，所述敏感层由对VOC有特异性的敏感材料制成；所述敏感材料为由纳米材料和聚合物材料组成的复合材料体系；所述纳米材料为金属氧化物纳米材料、石墨烯类纳米材料或碳纳米材料；所述聚合物材料为聚苯胺、聚吡咯的衍生物。其中，纳米材料具有比表面积大的优势，为VOC提供了良好的吸附条件，尤其是石墨烯等二维纳米材料，除具有大比表面积外，还具有良好导电性和低电子噪声，有助于制备对VOC具有低浓度检测和快速响应的传感器；聚合物材料分子结构具有宽泛的选择范围可根据需要制备各种形状，制备简单，可室温工作且成本低，借助二者优点在叉指电极器件结构上根据待测VOC结构特点制备具有特异性的敏感薄膜，可获得具有低浓度检测、快速响应的VOC传感器。VOC传感器的基本工作原理是：具有氧化性或还原性的VOC气体与VOC传感器的敏感层接触后，通过捐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，其特征在于，所述用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置包括：具有内腔的壳体；均位于壳体内腔中的VOCs传感器模块、信号处理模块和电源模块；以及至少部分位于壳体内腔中的信号输出模块；其中，所述壳体的侧壁上包括有用于与VOCs传感器模块对应的，贯穿所述壳体侧壁内外表面的镂空部；所述VOCs传感器模块与所述信号处理模块电连接，其中所述VOCs传感器模块用于检测作物释放的挥发性有机化合物，所述信号处理模块用于对VOCs传感器模块的检测信号进行自校准和模数转换，以及对VOCs传感器模块的输出结果进行特征提取、特征选择、学习训练和分类识别；所述信号处理模块与所述信号输出模块电连接，其中所述信号输出模块用于传输并显示信号处理模块的输出信号；所述电源模块用于为其他模块提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，其特征在于，所述用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置包括：具有内腔的壳体；均位于壳体内腔中的VOCs传感器模块、信号处理模块和电源模块；以及至少部分位于壳体内腔中的信号输出模块；其中，所述壳体的侧壁上包括有用于与VOCs传感器模块对应的，贯穿所述壳体侧壁内外表面的镂空部；所述VOCs传感器模块与所述信号处理模块电连接，其中所述VOCs传感器模块用于检测作物释放的挥发性有机化合物，所述信号处理模块用于对VOCs传感器模块的检测信号进行自校准和模数转换，以及对VOCs传感器模块的输出结果进行特征提取、特征选择、学习训练和分类识别；所述信号处理模块与所述信号输出模块电连接，其中所述信号输出模块用于传输并显示信号处理模块的输出信号；所述电源模块用于为其他模块提供电源。2.根据权利要求1所述的一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，其特征在于，所述VOCs传感器模块包括至少一个VOC传感器，所述至少一个VOC传感器并行设置。3.根据权利要求2所述的一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，其特征在于，所述至少一个VOC传感器选自醇类传感器、醛类传感器、酮类传感器、酯类传感器、菇烯类传感器和芳香类传感器中的一种或多种。4.根据权利要求2或3所述的一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，其特征在于，所述VOC传感器为电阻型化学传感器，包括硅衬底层、形成于硅衬底层上的绝缘层、形成于绝缘层上的电极层和形成于电极层上的敏感层。5.根据权利要求4所述的一种用于作物监测预警的作物VOCs实时监测装置，其特征在于，所述硅衬底层采用N型硅片；所述绝缘层的材料为二氧化硅；所述电极层为叉指结构Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娴，许世卫，李哲敏，李灯华，陈威，张超，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业信息研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11