[發明專利]一種基于阻抗測量的多通道植物缺水監測系統

無效

• 申請號: 200910093912.7
• 申請日: 2009-10-10
• 公開（公告）號: CN101666767A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發明（設計）人: 徐立軍;陳健軍;曹章
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G05B19/418;G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明屬于測量技術領域，特別是一種基于阻抗測量的多通道植物缺水監 測系統。

【背景技術】

水是植物主要的組成成分，植物體的含水量一般為60~80%，有的甚至可 達90%以上，沒有水就沒有生命。水是很多物質的溶劑，土壤中的礦物質、氧、 二氧化碳等都必須先溶于水后，才能被植物吸收和在體內運轉。水還能維持細 胞和組織的緊張度，使植物器官保持直立狀況，以利于各種代謝的正常進行。 水是光合作用制造有機物的原料，它還作為反應物參加植物體內很多生物化學 過程。此外，水由于有較大的熱容量，當溫度劇烈變動時，能緩和原生質的溫 度變化，以保護原生質免受傷害。因此水對植物的生命活動顯得尤為重要。

植物需水量是相當大的，一株玉米一天大約需消耗2千克左右的水，一生 需要200多千克水。夏季一株樹木一天的需水量約等于其全部鮮葉重的5倍。 因此，缺水對植物來說十分嚴重。在長期的進化過程中，植物通過體內水分平 衡即根系吸收水和葉片蒸騰水之間的平衡來適應周圍的水環境。一般而言，在 低溫地區和低溫季節，植物吸水量和蒸騰量小，生長緩慢；反之亦然，此時必 須供應更多的水才能滿足植物對水的需求和獲得較高的產量。因此在監測植物 是否缺水時，植物葉莖含水率和土壤含水率都要全面地監測。

水對植物的不利影響可分為旱害和澇害兩種。旱害主要是由大氣干旱和土 壤干旱引起的，它使植物體內的生理活動受到破壞，并使水分平衡失衡。輕則 使植物生殖生長受阻，產品品質下降，抗病蟲害能力減弱，重則導致植物長期 處于萎蔫狀態而死亡。澇害則是因土壤水分過多和大氣濕度過高引起，淹水條 件下土壤嚴重缺氧、CO₂積累，使植物生理活動和土壤中微生物活動不正常、 土壤板結、養分流失或失效、植物產品質量下降。因此監測植物是否遭受旱災 和澇災，顯得尤為迫切，并且需要長期監測，貫穿植物的整個生長過程。

國外流行采用DTR技術來監測植物的含水率，該技術不但成本高，而且需 要使用DTR波導探針插入植物體內，會對植物造成一定傷害，尤其當監測珍貴 物種時就不易采用。國內也有些采用通過測量植物電阻、電容等特性來監測植 物缺水，最近也出現了通過測量植物電阻抗來監測的，但是他們都采用了探針 來插入植物體內。而本發明采用金屬電極片置于植物體表進行監測，不會對植 物造成任何傷害。

另外，現有的通過測量植物電阻抗來監測植物缺水的技術中，采用了高頻 信號發生器，會對植物造成一定傷害，并且電路復雜。而本發明采用在低頻信 號（1kHz-100kHz）下測量植物阻抗，不會傷害植物，并且在電路設計中無需 專門的信號發生器，簡化了電路，提高了整個系統的可靠性。

目前電學測量方式監測植物缺水對植物體和土壤的監測往往不能實時對多 個部位進行同時監測，而本發明具有可掃頻、高精度、多通道、自動標定、自 動測量、定時測量等特點，可同時對植物體的多個部位和土壤進行長期在線監 測，有利于植物缺水機理的研究。

本發明還考慮到植物缺水，有的是土壤缺水引起的，有的是葉莖蒸騰過多 引起的，因此可針對植物葉莖和土壤分別給出澆灌提示，這樣更有利于植物從 缺水狀態迅速恢復。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種基于阻抗測量的多通道植物缺水監測系統，可同 時對植物葉莖及土壤多個部位進行非侵入式長期缺水監測，顯示植物的缺水狀 況，并分別針對植物葉莖和土壤給出澆灌提示。

為達到上述目的，本發明提供的一種基于多通道、自動阻抗測量的植物缺 水監測系統，采用以下技術方案：

所述系統是由電極、測量引線、阻抗測量單元、USB通訊與控制單元及 PC機組成的便攜式系統。電極采用金屬片，將電極以非侵入方式置于植物葉 莖多個部位或插入土壤中，通過單芯同軸測量引線連接至阻抗測量單元。阻抗 測量單元包括阻抗測量模塊、標定和量程選擇模塊、通道選擇模塊，由USB 數據線供電。USB通訊與控制單元實現阻抗測量單元與PC機的通訊。該系統 在PC機上通過界面程序控制開關的通斷，實現多通道阻抗測量功能，獲取植 物葉莖多個部位及土壤的阻抗隨含水率變化的信息，并在界面上顯示植物的缺 水狀況。該系統可預設時間間隔進行長期監測，使得植物缺水狀況的監測更便 捷。