作物根系土壤水分的荧光测定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种作物根系土壤水分的荧光测定装置，涉及土壤水分测量技术领域，所述装置包括：激光器恒流驱动单元、激光器、探测器、以及信号处理单元，所述激光器恒流驱动单元与所述激光器连接，所述探测器与所述信号处理单元连接，所述激光器恒流驱动单元驱动所述激光器发出的光照射至待测作物叶片上，所述探测器接收所述待测作物叶片发出的荧光，并将产生的电信号发送至所述信号处理单元，所述信号处理单元对所述电信号进行处理，以实现所述待测作物根系土壤水分的测定。本实用新型专利技术通过测量植物叶绿素荧光强度，通过标定实验间接测量了土壤的水分含量，且测量结果更准确的反应了作物根系周围的土壤水分含量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及土壤水分测量
，特别涉及一种作物根系土壤水分的荧光测定装置。
技术介绍
水分是植物生长发育所必需的条件，土壤是植物吸收水分的最主要途径。土壤水分是土壤的重要物理参数，它对于植物生长、存活、净生产力等具有极其重要的意义。准确的获取土壤含水量，可以有效的提高灌溉用水的效率，进行精准灌溉可以提高水资源的利用率达到实施节水农业的目的。目前，测量土壤含水量的主要方法包括取样测定法和定点测定法，取样测定法有烘干法、比重法、离心机法等的物理方法和碳化钙法、浸入法、浓硫酸法等的化学方法。定点测定法有电测法、张力计法、热电偶法等的非放射方法和Y射线法、 中子法的放射方法。但是植物根系吸水的范围和深度随着作物的生长而变化，采样和定点测量法只能监测传感器周围的土壤水分情况，无法全面的反应农作物根系周围实际的土壤含水量。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是如何准确测定作物根系土壤含水量。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本技术提供了一种作物根系土壤水分的荧光测定装置，所述装置包括激光器恒流驱动单元、激光器、探测器、以及信号处理单元，所述激光器恒流驱动单元与所述激光器连接，所述探测器与所述信号处理单元连接，所述激光器恒流驱动单元驱动所述激光器发出的光照射至待测作物叶片上，所述探测器接收所述待测作物叶片发出的荧光，并将产生的电信号发送至所述信号处理单元，所述信号处理单元对所述电信号进行处理，以实现所述待测作物根系土壤水分的测定。优选地，所述装置还包括探头，第一光纤和第二光纤均从所述探头的一端伸出，并分别与所述激光二极管和所述探测器相连接。优选地，所述装置还包括遮光盒，所述探头的另一端伸入所述遮光盒中、且固定于所述遮光盒上，所述遮光盒上相对的两侧分别设有用于使待测作物叶片伸入的开口。优选地，所述激光器与所述第一光纤之间设有透镜。优选地，所述探测器与所述第二光纤之间设有滤光镜。优选地，所述激光器的发光中心波长为450nm，所述滤光镜的通过荧光波长为740nmo优选地，所述装置包括电源，所述电源分别与所述激光器恒流驱动单元和所述信号处理单元连接。优选地，所述激光器恒流驱动单元包括依次串联的前级放大电路和压控电流供应电路。优选地，所述信号处理单元包括电流/电压转换电路、仪表放大电路和低通滤波电路。(三)有益效果 本技术通过测量植物叶绿素荧光强度，通过标定实验间接测量了土壤的水分含量，且测量结果更准确的反应了作物根系周围的土壤水分含量。附图说明图I是按照本技术一种实施方式的作物根系土壤水分的荧光测定装置的结构框图；图2是图I所示的装置中的光路系统的结构示意图；图3是图I所示的装置中探头的结构示意图；图4是图I所示的装置中激光器的发光波长和探测器的探测波长的试验结果示意图；图5是图I所示的装置中激光器恒流驱动单元的结构示意图；图6是图I所示的装置中信号处理单元的电流/电压转换电路的结构示意图；图7是图I所示的装置中信号处理单元的仪表放大电路的结构示意图；图8是图I所示的装置中信号处理单元的低通滤波电路的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。图I是按照本技术一种实施方式的作物根系土壤水分的荧光测定装置的结构框图；参照图1，本实施方式的装置包括激光器恒流驱动单元、激光器、探测器、以及信号处理单元，所述激光器恒流驱动单元与所述激光器连接，所述探测器与所述信号处理单元连接，所述激光器恒流驱动单元驱动所述激光器发出的光照射至待测作物叶片上，所述探测器接收所述待测作物叶片发出的荧光，并将产生的电信号发送至所述信号处理单元，所述信号处理单元对所述电信号进行处理，以实现所述待测作物根系土壤水分的测定。优选地，所述装置还包括探头，第一光纤和第二光纤均从所述探头的一端伸出，并分别与所述激光二极管和所述探测器相连接。所述第一光纤和第二光纤构成了本实施方式的光路系统，优选地，所述激光器与所述第一光纤之间设有透镜，优选地，所述探测器与所述第二光纤之间设有滤光镜。优选地，所述装置还包括遮光盒，所述探头的另一端伸入所述遮光盒中、且固定于所述遮光盒上，所述遮光盒上相对的两侧分别设有用于使待测作物叶片伸入的开口。如图2所示，本实施方式的光路系统的主体为一条Y型光纤，激光器I发出的光经透镜2耦合进第一光纤5的一端，通过探头6照射到待测作物叶片9上。测量时探头6和叶片9被同时放在遮光盒7中。叶片发出的荧光通过探头进入第二光纤8，采用滤光片4滤除其他不相关波长的光，最后被探测器3接收，并转换为电信号。探头的结构如图3所示，将第一光纤5和第二光纤8的另一端封装在探头6中。在测量时，将植物叶片9和探头6装入遮光盒7中，这样可以去除环境噪声的干扰。激光器的发光波长和探测器的探测波长需要通过实验进行确定和验证，选用了发光中心波长在450nm的激光器，照射水稻叶片后得到的荧光光谱和背景光谱图如图4所示。图中“I”所示的位置为光源发光的波峰，图中“2”的位置为荧光波峰。从两条光谱的对比上可以看到，在740nm附近(图中“2”所示的位置)有明显的荧光波峰。由此确定激光器诱导波长740nm附近，需要探测的荧光波长应为450nm附近，优选地，本实施方式中，所述激光器的发光中心波长为450nm,所述滤光镜的通过突光波长为740nm。参照图1，优选地，所述装置包括电源，所述电源分别与所述激光器恒流驱动单元和所述信号处理单元连接，本实施方式中，所述电源可以包括串联的集成芯片LM317和集成芯片AS1117。 参照图5，优选地，所述激光器恒流驱动单元包括依次串联的前级放大电路和压控电流供应电路。前级放大电路可以调整输入到压控电流源的电压大小，从而调整驱动电流的大小。前级是由LM324运算放大器组成的负反馈放大电路，通过调整可调电阻R303可以控制输入到压控电流源的电压大小。压控电流源由两个运算放大器构成并在电路的输出端加入NPN三极管进行扩流。图中的LD就是激光器恒流驱动的输出端。优选地，所述信号处理单元包括电流/电压转换电路、仪表放大电路和低通滤波电路。参照图6，电流/电压转换电路将探测器输出的电流信号转换为电压信号，可以利用高性能运算放大器的负反馈原理实现，本实施方式中，所述电流/电压转换电路采用0PA277运放，利用运放虚断的特性，将电流流过RlOl后，转换为电压信号。参照图7，仪表放大电路可以使用专用的仪表放大芯片或利用运算放大器实现，本实施方式中选用了放大倍数可调的仪表放大集成芯片AD620，通过调节电阻R102，就能改变放大倍数。参照图8，低通滤波器是利用0PA2277运放集成芯片设计的四阶低通巴特沃斯，截至频率100Hz。本实施方式的装置的工作原理为当作物缺水时，叶绿素荧光强度会呈减小的趋势，通过Y型的光路系统测量激光诱导下荧光的强度，可以利用传统方法测得的土壤水分含量与植物叶绿素荧光强度建立土壤水分反演模型，对系统进行标定，标定后就可以通过荧光的强度反演土壤中水分的含量，土壤水分反演模型可以通过利用烘干法或电测法测定的土壤水分含量与植物叶绿素荧光强度的相关关系获得。由以上实施方式可以看出，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作物根系土壤水分的荧光测定装置，其特征在于，所述装置包括：激光器恒流驱动单元、激光器、探测器、以及信号处理单元，所述激光器恒流驱动单元与所述激光器连接，所述探测器与所述信号处理单元连接，所述激光器恒流驱动单元驱动所述激光器发出的光照射至待测作物叶片上，所述探测器接收所述待测作物叶片发出的荧光，并将产生的电信号发送至所述信号处理单元，所述信号处理单元对所述电信号进行处理，以实现所述待测作物根系土壤水分的测定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董大明，郑文刚，张石锐，赵贤德，矫雷子，郭瑞，鲍锋，单飞飞，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：实用新型
国别省市：