本发明专利技术公开了一种基于多传感器的作物水分检测装置，包括：信号采集单元、信号转换单元和信号分析单元，所述信号采集单元用于采集土壤的水分含量信号、太阳辐射信号、叶片的温度及叶片周围空气温度信号、环境的温度和湿度信号，信号转换单元用于转换所述信号采集单元采集的信号，信号分析单元通过同型号传感器采集叶片的温度及叶片周围空气温度信号计算叶气温差，消除了传统叶温采集造成的误差，并结合上述其它信号提供了一套基于水在土壤－植物－大气系统中运动趋势的生态数据组，以此为植物水分检测提供数据参考。本发明专利技术能够长期、准确并无损地检测作物水分含量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业信息
，特别涉及一种基于多传感器的作物水分检测装置 及方法。
技术介绍
植物对水分的利用，是水从土壤到植物体，再从植物体到大气的运动过程[1]，其间 蒸腾作用起到了重要的驱动作用，而植物蒸腾作用绝大部分是靠叶片进行的。根据能量平衡原理，叶气温差的变化取决于太阳净辐射的强弱和作物蒸腾量的大 小。当作物获得充分的水分供应时，叶片因蒸腾而冷却，温度下降并低于其在蒸腾抑制时所 能达到的温度；而当水分供应减少时，作物蒸腾的潜热减少，显热增加，叶片温度相应上升。对于传统的接触式测量，有研究认为叶片的下表面温度的不均勻分布能够有效反 应水分胁迫的程度[2]。但对植物叶片温度的接触式测量使用的热电偶存在来自于辐射和热 传导形成的误差，而且，传统的插入式测量会破坏叶片的结构和功能，因此，单纯的叶温在 反映水分蒸发的量上不够精确[3]。在土壤_植物_大气的连续体系[1]当中，叶气温差能够充分反映叶片对水分的蒸 发情况，即植物对水分利用情况，在使用同种型号的传感器时，叶温与气温会包括上述的误 差，且由于型号相同因而误差相同，利用二者的差值可以消除误差。在环境因素中，太阳辐射的数据是必不可少的，它的强度甚至能够成为决定性的 环境因素[5]，而且它也是田间环境建模的重要数据[9]。而近期的研究表明，作物蒸腾量对于碳同化率(光合作用)的影响要甚于太阳辐 射[6]，这也使饱和水汽差、蒸腾速率等反映蒸腾量的指标成为了环境建模的重要参数。空气的温湿度会影响调节叶片气孔的导度，进而影响水分蒸腾的速率和数量[1°]。 空气温度和空气的相对湿度是计算饱和水汽压差的基本数据。饱和水汽压差可以反映冠层 上方的水气压梯度，并提供植物的蒸腾速率的判断指标。太阳净辐射与蒸腾速率共同决定 了叶片与空气的温差[4]。土壤湿度是水分供应是否充足的重要标志，根据湿度的不同，叶气温差对太阳辐 射强度的反映的线性相关也会不同，这点在冬小麦上得到了证实[8]。水分胁迫是植物生理的一个重要的指标，也是生态数据分析的重要方向之一。目 前，对于影响农作物生长的生态数据的采集与研究，已经从一个地区一段时间不同天气的 短期采集，转变为在待测作物的生长周期内对不同地区不同天气的长期采集，依托传感器 网络和无线传输的手段将越发普遍[11]。对于以往的多传感器的数据采集，叶片生态信息的采集一般是以叶温为主，且都 是小面积短时间的采集[4][5][7][11]。现有技术的其不足之处在于没有重视叶气温差对于消除传感器误差的利用价 值，忽略了土壤_植物_大气体系中“植物_大气”这一环节，缺少叶温与气温的联系；小面 积短时间的采集使得研究数据只适用于采集所处的环境，通用性较差；而且插入式的采集会给作物叶片造成损坏。以上
技术介绍
提到的参考文献如下[1]武维华.植物生理学.北京科学出版社。2003 65[2]黄岚等.判别分析法在描述叶温分布与植物水分状况关系上的应用.生物数 学学报 1998，13(3) 389-393[3]Moshe Tarnopolsky. Leaf temperature error from heat conduction along thermocouple wires. Agricultural and Forest Meteorology. 1999(93) : 185-194[4]王成.基于多传感器数据融合及挖掘的作物水分监控方法的研究[博士毕业 论文]北京中国农业大学2009 70-72[5]肖冠云等.基于叶气温差的温室作物水分胁迫指数的试验研究.西北农业学 报 2006，15(6) 101-102[6]James A. Bunce. Effect of water vapor pressure difference on leaf gas exchange in potato and sorghum at ambient and elevated carbon dioxide under field condition. Field Crops Research 2003(82) :37_39[7]彭世彰等.节水灌溉条件下水稻叶气温差变化规律与水分亏缺诊断试验研 究· TK利学报 2006,36(12) 1504-1506[8]张红卫等.不同土壤湿度下小麦叶气温差对光照强度的反应及对蒸腾的影 响·河南农业科学2008(7) 25-28[9]Axel Garcia y Garcia.Impact of generated solar radiation on simulated crop growth and yield. Ecological Modeling 2008(210) :312_313[10]Leiv M. Mortensen. Effects of air humidity on growth, flowering, keeping quality and water relations of four short-day greenhouse species. Scientia Horticulturae 2000(86) :299_310[ll]Christine Renter. Effects of weather variables on sugar beet yield development. Europe. J. Agronomy 2006(24) :62_6
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何长期、准确并无损地检测作物水分含量。( 二 )技术方案一种基于多传感器的作物水分检测装置，包括信号采集单元、信号转换单元和信 号分析单元，所述信号采集单元包括支架；位于支架底部的土壤湿度传感器，用于采集作物所种植的土壤的水分含量信号；位于支架顶部的太阳辐射传感器，用于采集太阳辐射信号；位于所述太阳辐射传感器下方的红外测温器、第一热敏电阻、第二热敏电阻和温 湿度集成传感器，所述红外测温器用于采集作物待测叶片的温度及叶片周围环境温度信号；所述第一热敏电阻用于采集所述待测叶片温度信号；5所述第二热敏电阻用于采集所述待测叶片周围空气温度信号；所述温湿度集成传感器用于采集温室空气的温度和湿度信号，所述信号转换单元用于转换所述信号采集单元采集的信号，并将转换后的信号发 送至所述信号分析单元；所述信号分析单元用于处理转换后的信号，并根据所记录的转换后的信号描述叶 气温差与各环境参数的数值上的对应关系，以此提供植物含水情况的数据参考，所述环境 参数为太阳辐射度、土壤湿度和温室空气温度及湿度。其中，所述第二热敏电阻位于所述红外测温器的发射头的一侧。其中，所述红外测温器、第一热敏电阻和温湿度集成传感器位于同一水平高度。其中，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻采用圆环夹片封装。其中，所述红外测温器的外壳采用抗化学腐蚀和耐热材料制成。其中，所述信号处理单元包括信号放大电路，用于放大第一热敏电阻、第二热敏电阻、太阳辐射传感器和土壤湿 度传感器采集的信号，并将放大后的信号发送到信号调理电路；信号调理电路，用于调理所述信号放大器发来的信号、红外测温器及温湿度集成 传感器采集的信号。一种基于多传感器的作物水分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多传感器的作物水分检测装置，其特征在于，包括：信号采集单元、信号转换单元和信号分析单元，所述信号采集单元包括：支架；位于支架底部的土壤湿度传感器，用于采集作物所种植的土壤的水分含量信号；位于支架顶部的太阳辐射传感器，用于采集太阳辐射信号；位于所述太阳辐射传感器下方的红外测温器、第一热敏电阻、第二热敏电阻和温湿度集成传感器，所述红外测温器用于采集作物待测叶片的温度及叶片周围环境温度信号；所述第一热敏电阻用于采集所述待测叶片温度信号；所述第二热敏电阻用于采集所述待测叶片周围空气温度信号；所述温湿度集成传感器用于采集温室空气的温度和湿度信号，所述信号转换单元用于转换所述信号采集单元采集的信号，并将转换后的信号发送至所述信号分析单元；所述信号分析单元用于处理转换后的信号，并根据所记录的转换后的信号描述叶气温差与各环境参数的数值上的对应关系，以此提供植物含水情况的数据参考，所述环境参数为：太阳辐射度、土壤湿度和温室空气温度及湿度。
【技术特征摘要】
一种基于多传感器的作物水分检测装置，其特征在于，包括信号采集单元、信号转换单元和信号分析单元，所述信号采集单元包括支架；位于支架底部的土壤湿度传感器，用于采集作物所种植的土壤的水分含量信号；位于支架顶部的太阳辐射传感器，用于采集太阳辐射信号；位于所述太阳辐射传感器下方的红外测温器、第一热敏电阻、第二热敏电阻和温湿度集成传感器，所述红外测温器用于采集作物待测叶片的温度及叶片周围环境温度信号；所述第一热敏电阻用于采集所述待测叶片温度信号；所述第二热敏电阻用于采集所述待测叶片周围空气温度信号；所述温湿度集成传感器用于采集温室空气的温度和湿度信号，所述信号转换单元用于转换所述信号采集单元采集的信号，并将转换后的信号发送至所述信号分析单元；所述信号分析单元用于处理转换后的信号，并根据所记录的转换后的信号描述叶气温差与各环境参数的数值上的对应关系，以此提供植物含水情况的数据参考，所述环境参数为太阳辐射度、土壤湿度和温室空气温度及湿度。2.如权利要求1所述的基于多传感器的作物水分检测装置，其特征在于，所述第二热 敏电阻位于所述红外测温器的发射头的一侧。3.如权利要求1所述的基于多传感器的作物水分检测装置，其特征在于，所述红外测 温器、第一热敏电阻和温湿度集成传感器位于同一水平高度。4.如权利要求1所述的基于多传感器的作物水分检测装置，其特征在于，所述第一热 敏电阻和第二热敏电阻采用圆环夹片封装。5.如权利要求1 4中任一项所述的基于多传感器的作物水分检测装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：王忠义，秦杨，黄岚，文星，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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