基于透射光谱检测种子活力的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及种子活力检测技术领域，提供了一种基于透射光谱检测种子活力的装置及其使用方法。该装置包括超连续激光器、小孔光阑、各种形式的夹具、光纤探头、光谱仪和光谱处理分析系统；结构简单、操作方便、光谱一致性好；提供的夹具装置可以检测同时安装的多粒种子的活力，提高了检测效率。其使用方法包括：先建立透射光谱‑活力数据模型，然后获取待测种子的透射光谱信号，最后根据该透射光谱信号和透射光谱‑活力数据模型判断待测种子是否具有活力；该方法无需预处理、对种子无损伤；通过采集种子的透射光谱，能够获得种子内部特征组分信息，从而提高检测结果的准确性，尤其适用于检测籽实较小、稃层较厚的水稻种子的活力。

【技术实现步骤摘要】
基于透射光谱检测种子活力的装置及其使用方法
本专利技术涉及种子活力检测
，更具体而言，涉及一种基于超连续光源的透射光谱检测种子活力的装置及其使用方法。
技术介绍
种子活力是指充分成熟、充实饱满、健康无病虫、完整无损伤、耐贮性好的非休眠种子,在广泛环境条件下,表现出抗逆性强,发芽、出苗快速整齐,茁壮生长,正常发育,能长成健壮整齐的、正常的幼苗,具有实现高产量和品质的潜在能力。因此，在播种之前对种子进行活力检测便成为必不可少的一环，对农业生产起着至关重要的作用。传统的种子活力检测方法如：ATP含量测定、酶活性的测定、葡萄糖代谢的测定、呼吸强度的测定、电导率法、发芽速度测定、幼苗生长测定、冷冻测定和加速老化测定等。这些方法可以准确的检测种子活力，但往往需要浸水预处理、破坏种子结构或通过发芽直接测定，测定后的种子没有继续保存、使用的价值，因此只能作为评价种子活力的检定方法，需要发展非侵入式的光谱检测方法实现种子活力的无损检测。目前国内外针对于种子活力检测的光谱方法主要是基于漫反射光谱的近红外光谱与高光谱图像检测方法，例如CN101911877B公布了一种基于激光漫反射图像技术的种子生命力鉴别装置和方法，CN103636315B公布了一种基于高光谱的种子发芽率在线检测装置及方法，CN104255118B公布了一种基于近红外光谱技术的水稻种子发芽率快速无损测试方法。然而水稻种子籽实较小，且存在厚的稃层，漫反射式光谱探测方法只能探测表面稃层的光谱信息，难以获得种子内部特征组分信息，从而影响种子活力检测的准确度。>
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种基于超连续光源的透射光谱检测种子活力的技术方案。本专利技术的目的可通过以下技术措施来实现：本专利技术第一方面提供了一种基于透射光谱检测种子活力的装置，所述装置包括：超连续激光器，用于发出准直的脉冲宽谱带光束；小孔光阑，用于截取所述脉冲宽谱带光束的中心部分形成第一光束；夹具，用于固定种子；光纤探头，用于接收所述第一光束照射所述种子后产生的透射光束；光谱仪，获取所述透射光束的光谱信号；光谱处理分析系统，根据所述光谱信号判断待测种子是否具有活力。优选地，所述脉冲宽谱带光束的光谱范围为400～2400nm；和/或所述透射光束的光谱信号范围为900～2200nm。优选地，所述小孔光阑上设有通光孔，所述通光孔的直径小于所述种子短轴方向的直径；和/或所述通光孔的直径为0.5～2mm。优选地，所述光纤探头采用多模光纤，所述多模光纤的芯径为20～1000μm。优选地，所述夹具包括用于固定种子的第一不透光板和第二不透光板，两块所述不透光板上均设有一个或多个位置一一对应的通孔；所述第一光束经过所述第一不透光板的通孔后照射所述种子，产生的透射光束经过所述第二不透光板的通孔后被所述光纤探头接收。更优选地，两块所述不透光板之间设有定位板，所述定位板上设有与所述通孔位置一一对应的种子容置孔，用于放置所述种子。优选地，所述通孔的直径小于所述种子短轴方向的直径并大于所述通光孔的直径；和/或所述定位板的厚度为1～3mm；和/或两块所述不透光板通过螺母的方式固定种子；和/或两块所述不透光板和定位板通过螺母的方式将种子固定在所述种子容置孔中。本专利技术第二方面提供了上述装置的使用方法，所述方法包括：建立透射光谱-活力数据模型；获取待测种子的透射光谱信号；根据所述透射光谱信号和所述透射光谱-活力数据模型判断待测种子是否具有活力。优选地，所述透射光谱-活力数据模型通过机器学习方法建立，所述机器学习方法选自主成分分析、偏最小二乘法、支持向量机中的任意一种。优选地，所述获取待测种子的透射光谱信号包括：用所述脉冲宽谱带光束照射所述待测种子；获取所述脉冲宽谱带光束照射所述待测种子后产生的透射光束的光谱信号。与现有技术相比，本专利技术提供的检测装置结构简单，操作方便，光谱一致性好；提供的夹具装置不仅可以检测单粒种子的活力，还可以检测多粒种子的活力，减少了因为安装种子所需花费的时间，提高了检测效率；提供的一种该装置的使用方法无需预处理、对种子无损伤；通过采集种子的透射光谱，能够获得种子内部特征组分信息，从而提高检测结果的准确性，尤其适用于检测籽实较小、稃层较厚的水稻种子的活力。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于超连续光源的透射光谱的种子活力检测装置示意图。图2是本专利技术一个实施例提供的种子透射光谱信号图。图3是本专利技术实施例提供的第一种单粒种子夹具结构示意图。图4是本专利技术实施例提供的第二种单粒种子夹具结构示意图。图5是本专利技术实施例提供的第一种多粒种子夹具结构示意图。图6是本专利技术实施例提供的第二种多粒种子夹具结构示意图。图7是本专利技术实施例提供的第三种多粒种子夹具结构示意图。图8是本专利技术实施例提供的第四种多粒种子夹具结构示意图。图中：1、超连续激光器；2、小孔光阑；21、通光孔；3、夹具；4、种子；5、光纤探头；6、光谱仪；7、光谱处理分析系统；8、不透光板；9、通孔、10、定位板；11、种子容置孔。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本专利技术的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本专利技术具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。本专利技术提供了一种基于超连续光源的透射光谱检测种子活力的方法，该方法包括：先通过机器学习方法建立透射光谱-活力数据模型；然后用超连续光束照射待测种子，获取超连续光束经过待测种子后产生的透射光束的光谱信号；再对该透射光谱信号预处理获得透射光谱数据，与透射光谱-活力数据模型计算后判断该待测种子是否具有活力。根据本专利技术的一些实施方式，可以选择本领域中任何合适的机器学习方法建立数据模型，例如主成分分析、偏最小二乘法或支持向量机。本专利技术提供的检测方法无需预处理、对种子无损伤；通过采集种子的透射光谱，能够获得种子内部特征组分信息，从而提高检测结果的准确性，尤其适用于判断籽实较小、稃层较厚的水稻种子的活力。本专利技术第二方面提供了实施上述检测方法的装置，如图1所示，该装置包括超连续激光器1、小孔光阑2、夹具3、光纤探头5、光谱仪6、光谱处理系统7，其中，超连续激光器1用于发出准直的脉冲宽谱带光束，该脉冲宽谱带光束的光谱范围为400～2400nm；小孔光阑2上设有通光孔21，用于截取该脉冲宽谱带光束的中心部分形成第一光束；第一光束照射在由夹具3固定的种子4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于透射光谱检测种子活力的装置，其特征在于，所述装置包括：/n超连续激光器，用于发出准直的脉冲宽谱带光束；/n小孔光阑，用于截取所述脉冲宽谱带光束的中心部分形成第一光束；/n夹具，用于固定种子；/n光纤探头，用于接收所述第一光束照射所述种子后产生的透射光束；/n光谱仪，获取所述透射光束的光谱信号；/n光谱处理分析系统，根据所述光谱信号判断待测种子是否具有活力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于透射光谱检测种子活力的装置，其特征在于，所述装置包括：
超连续激光器，用于发出准直的脉冲宽谱带光束；
小孔光阑，用于截取所述脉冲宽谱带光束的中心部分形成第一光束；
夹具，用于固定种子；
光纤探头，用于接收所述第一光束照射所述种子后产生的透射光束；
光谱仪，获取所述透射光束的光谱信号；
光谱处理分析系统，根据所述光谱信号判断待测种子是否具有活力。


2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述脉冲宽谱带光束的光谱范围为400～2400nm；和/或
所述透射光束的光谱信号范围为900～2200nm。


3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述小孔光阑上设有通光孔，所述通光孔的直径小于所述种子短轴方向的直径；和/或
所述通光孔的直径为0.5～2mm。


4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述光纤探头采用多模光纤，所述多模光纤的芯径为20～1000μm。


5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述夹具包括用于固定种子的第一不透光板和第二不透光板，两块所述不透光板上均设有一个或多个位置一一对应的通孔；所述第一光束经过所述第一不透光板的通孔后照射所述种子，产生的透射光束经过所述第二不透光板的通孔后...

【专利技术属性】
技术研发人员：余应弘，阚瑞峰，朱明东，谢红军，汤国华，张佩光，曾晓珊，赵庆磊，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，湖南省水稻研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22