便携式植物叶片色素检测仪制造技术

本发明专利技术涉及一种便携式植物叶片色素检测仪，包括半导体二极管发射光源、接收半导体二极管发射光源光信号的接收器、处理接收器输出信号的单片计算机及提供工作电源的电池。本发明专利技术可无损检测农作物叶片中色素（包括叶绿素和类胡萝卜素等）相对含量，获得叶片中色素（包括叶绿素和类胡萝卜素等）相对含量变化，从而了解外界胁迫条件（如：水分、光照、盐分、微量元素、氮、磷、钾养分等的过量或缺乏）的变化，为采取进一步措施提供参考依据，也可为科学研究提供数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量植物叶片中色素(包括叶绿素和类胡萝卜素等)相对含量的便携式仪器。
技术介绍
精细农业要求能精确掌握气候和土壤的时间和空间演化，以及其对农作物生长的影响，使之能通过肥料、施药等栽培管理手段，进行高效的农业经营与管理，并减少由农业所产生的污染，进而达到提高生产利润、保护生态环境的目标，使农业得以持续、健康的发展。为此，需要对农作物的生长状况进行实时检测，并分析产生不良状况的原因，以便采取相应的措施。传统的采样、样品制备和实验室分析手段对农作物有损害，并且在经济性和实时性方面也存在欠缺。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种可进行无损检测农作物叶片中色素相对含量的便携式植物叶片色素检测仪，通过对叶片中色素(包括叶绿素和类胡萝卜素等)相对含量变化的检测，了解外界胁迫条件(如水分、光照、盐分、微量元素、氮、磷、钾养分等的过量或缺乏)的变化，为采取进一步措施提供参考依据。本专利技术提供的技术方案是便携式植物叶片色素检测仪，包括半导体二极管发射光源、接收半导体二极管发射光源光信号的接收器、处理接收器输出信号的单片计算机及提供工作电源的电池。上述半导体二极管发射光源为多波长半导体二极管发射光源，接收器为波长选择接收器。上述多波长半导体二极管发射光源主要由译码器、反相器、若干个不同发射波长的半导体二极管及对应的半导体二极管驱动电路、柱面透镜、非球面透镜和多模光纤组成；译码器的输出与反相器输入端相连，反相器输出端与半导体二极管驱动电路输入端相连，半导体二极管驱动电路输出端与对应的半导体二极管相连，半导体二极管的光学输出依次经柱面透镜、非球面透镜进入多模光纤。上述波长选择接收器主要由准直透镜、滤光片调整盘、与滤光片调整盘传动联接的步进电机、步进电机驱动器、透射波长与半导体二极管发射波长一一对应的若干个滤光片、会聚透镜、硅半导体探测器、前置放大电路组成；多波长半导体二极管发射光源的光学输出依次经准直透镜、滤光片、会聚透镜进入硅半导体探测器，硅半导体探测器的输出端与前置放大电路输入端相连，前置放大电路输出进入单片计算机，步进电机驱动电路的输入接单片计算机的输出，电机驱动电路输出端与步进电机输入端相连，滤光片分布在滤光片调整盘上。上述滤光片按圆周分布在滤光片调整盘上。本专利技术设有叶片夹具，叶片夹具的二个夹臂上分别设有光路连接的准直透镜和会聚透镜，其中，一夹臂上的准直透镜连接多波长半导体二极管发射光源的多模光纤，另一夹臂上的会聚透镜通过多模光纤连接波长选择接收器。多波长半导体二极管发射光源中半导体二极管为六个，所述六个半导体二极管的工作波长分别为植物叶片长波透过率参考波长950nm、叶绿素a长波端吸收峰660nm、叶绿素a短波端吸收峰430nm、叶绿素b长波端吸收峰640nm、叶绿素b短波端吸收峰460nm和类胡萝卜素吸收峰480nm；对应上述六个半导体二极管的工作波长，波长选择接收器中的滤光片为对应透射波长的六个滤光片。上述单片计算机主要由主机芯片、数据存储电路、外围扩展电路、键盘、8个LED数码显示管组成；数据存储电路包括EPROM、静态RAM芯片和地址锁存器，外围扩展电路包括A/D转换芯片和键盘/显示器接口芯片，键盘和8个LED数码显示管通过8位地址总线和8位数据总线与键盘/显示器接口芯片相连，主机芯片通过16位复用地址总线和8位数据总线及相应片选信号线与数据存储电路、外围扩展电路相连。上述电池为整机提供需要的电源。在进行实际探测前，可将定标专用光学透过率薄片夹在叶片夹具的二个夹臂之间进行系统定标和校正。本专利技术做成便携式；多波长半导体二极管发射光源、波长选择接收器、单片计算机、电池组成主机，以背包或挎包形式由测量人员携带；叶片夹具由测量人员持于手中通过夹持待测植物叶片进行测量；主机和叶片夹具之间通过两根光纤相连。单片计算机控制多波长半导体二极管发射光源发射某一波长的调制探测光，同时控制滤光片调整盘调整到同一波长的滤光片上，探测光透过被探测植物叶片后，经过整形、滤光、光电转换处理后，送入单片计算机进行分析和储存，从而获得这一波长的植物叶片透过率；重复这一过程但换用不同的波长，直至完成所有波长的透过率测量，即完成一次完整的植物叶片透过率测量。上述测量步骤可重复进行数次取平均值以提高探测精度。通过上述测量步骤可获得叶片中色素(包括叶绿素和类胡萝卜素等)相对含量变化，从而了解外界胁迫条件(如水分、光照、盐分、微量元素、氮、磷、钾养分等的过量或缺乏)的变化，为采取进一步措施提供参考依据，也可为科学研究提供数据。附图说明图1是本专利技术中测量植物叶片中色素(包括叶绿素和类胡萝卜素等)相对含量的便携式仪器原理框图；图2是本专利技术中多波长半导体二极管发射光源中译码器、反相器、半导体二极管和半导体二极管驱动电路部分结构原理图；图3是本专利技术中多波长半导体二极管发射光源中半导体二极管、柱面透镜、非球面透镜和多模光纤部分结构原理图；图4是本专利技术中叶片夹具部分结构原理图；图5是本专利技术中波长选择接收器主要部分结构原理图；图6是本专利技术中波长选择接收器中滤光片调整盘结构图；图7是本专利技术中波长选择接收器中步进电机部分结构原理图；图8是本专利技术中波长选择接收器中前置放大电路部分结构原理图；图9是本专利技术中单片计算机主要部分结构原理图；图10是本专利技术中整机电源构成结构原理图。具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术作进一步详细的描述。参见图1，本专利技术中的测量植物叶片中色素(包括叶绿素和类胡萝卜素等)相对含量的便携式仪器主要包括多波长半导体二极管发射光源1、叶片夹具2、待测植物叶片3、波长选择接收器4、单片计算机5和可充电电池组6。图2中译码器U1接收来自图9中主机芯片U5(8031)的P1.2、P1.1和P1.0编码控制信号，译码器Y1～Y5的输出信号经反相器U2实施电平反转后，对半导体二极管驱动电路进行顺序点亮控制。半导体二极管驱动电路为相同结构的6路驱动，下面仅介绍Y1驱动的第1路Y1高电平信号导致晶体管Q1饱和导通，使半导体二极管LED1点亮，电阻R1用于限制反相器U2的输出电流，电阻R2用于控制半导体二极管LED1的工作电流。半导体二极管的波长选择为植物叶片长波透过率参考波长950nm、叶绿素a长波端吸收峰660nm、叶绿素a短波端吸收峰430nm、叶绿素b长波端吸收峰640nm、叶绿素b短波端吸收峰460nm、类胡萝卜素吸收峰480nm。为了提高信噪比和测量精度，最好选用高亮度和小发散角的半导体二极管。图3中半导体二极管LED1～LED6呈扇形排列，其输出的发射光经柱面透镜7会聚后，通过非球面透镜8耦合入多模光纤9内部。参见图4，上述叶片夹具2主要由可无损夹持植物叶片的夹具、分别安置于夹具上臂11和夹具下臂13上空间位置对应的经准直透镜10和会聚透镜12。从多模光纤9输出的探测光进入图4中的夹具上臂11，经准直镜10整理成近似平行光后，透过待测植物叶片或定标专用光学透过率薄片3，透射后的信号光经夹具下臂13中的会聚镜12耦合到信号光输出光纤14输出到波长选择接收器。透射后的信号光经图5中的信号光输出光纤14进入波长选择接收器，经准直镜15整理成近似平行光后，经过滤光片调整盘16上相应透射波长的滤光片22，滤光片只让信号光通过而阻止杂散本文档来自技高网...

【技术保护点】
便携式植物叶片色素检测仪，其特征在于：包括半导体二极管发射光源、接收半导体二极管发射光源光信号的接收器、处理接收器输出信号的单片计算机及提供工作电源的电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚威，朱忠敏，马盈盈，郝中豫，刘梦雨，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]