[發明專利]透射式無損檢測植物葉片含水量的裝置和方法

無效

• 申請號: 201010276404.5
• 申請日: 2010-09-07
• 公開（公告）號: CN101975759A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 吉海彥;侯瑞
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

1.一種透射式無損檢測植物葉片含水量的裝置，其特征在于，包括：單片機、分別與單片機相連接的信號采集模塊、人機交互模塊、存儲器和串口通訊模塊；其中，

所述信號采集模塊用于分別將波長為980nm和890nm的單色光照射葉片前和透過葉片后的光信號轉換為頻率分別與波長為980nm和890nm的單色光的光強成正比關系的采集信號，然后將該采集信號發送到單片機；

所述單片機用于根據采集信號計算葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度，并根據葉片的吸光度計算葉片的含水量；

所述人機交互模塊用于完成信息的輸入、輸出和顯示；

所述串口通訊模塊用于實現所述單片機與外部設備之間的通訊，所述外部設備為個人計算機PC；

所述存儲器用于存儲樣本葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度。

2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號采集模塊包括依次連接的光源、窄帶濾光片、樣品室和檢測器；其中，

所述窄帶濾光片用于將光源所產生的光分別過濾成波長為890nm和980nm的單色光，以所述單色光作為穿透樣品室中的樣品的作用光，所述單色光穿透樣品的透射光作為承載樣品信息的分析光；

所述樣品室用于放置待測葉片樣品；

所述檢測器用于檢測作用光或分析光的光強，并將檢測到的作用光或分析光轉換為頻率與作用光或分析光的光強成正比關系的采集信號發送到單片機。

3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述光源包括兩個波長為940nm的發光二極管LED；所述窄帶濾光片包括一個中心波長為890nm的窄帶濾光片和一個中心波長為980nm的窄帶濾光片。

4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述單片機還用于將樣本葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度信息保存在存儲器中，并通過串口通訊模塊將所述保存在存儲器中的樣本葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度信息上傳到PC上。

5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述單片機進一步包括計數器T0和定時器T1；其中，T0用于對光強轉換成的采集信號頻率進行計數；T1用于設定T0的計數時間。

6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述人機交互模塊包括鍵盤和顯示器；其中，所述鍵盤用于控制單片機實現對采集信號的測量、存儲和顯示；所述顯示器用于實現對采集信號檢測結果的顯示。

7.一種利用如權利要求1-6中任一項所述裝置進行無損檢測的方法，其特征在于，該方法包括：

步驟A、信號采集模塊分別將波長為980nm和890nm的單色光照射葉片前和透過葉片后的光信號轉換為頻率分別與波長為980nm和890nm的單色光的光強成正比關系的采集信號，并將該采集信號發送到單片機；

步驟B、單片機根據所述采集信號分別計算葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度；

步驟C、單片機根據葉片的吸光度計算葉片的含水量。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟B中，

所述計算葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度的公式為：

A＝-log(I/I₀)＝-log(f/f₀)

其中，A為吸光度，I為波長為980nm和890nm的單色光透過葉片的光強，I₀為波長為980nm和890nm的單色光照射葉片前的光強；f為與I成正比的采集信號的頻率；f₀為與I₀成正比的采集信號頻率。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步驟B中，

所述計算葉片在波長為980nm和890nm處的吸光度的公式為：

A＝-log(n/n₀)

其中，n和n₀分別為f和f₀在同一時間內的計數值。

10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟C中，

所述根據葉片的吸光度計算葉片的含水量的公式為：、

W＝a₁A₉₈₀+a₂A₈₉₀+a₃

其中，W為葉片的含水量，A₉₈₀為葉片在波長為980nm處的吸光度，A₈₉₀為葉片在波長為890nm處的吸光度，a₃為常數項，a₁、a₂為待定系數，通過下述方法確定a₁、a₂和a₃：測量多個已知葉片含水量W的樣本在波長為980nm和890nm處的吸光度A₉₈₀和A₈₉₀，并保存在存儲器中，測量完畢后，將所述多個已知葉片含水量的樣本的含水量W、吸光度A₉₈₀和A₈₉₀數據通過串口通訊模塊發送到PC上，在PC上利用最小二乘法進行數據擬合，建立含水量W與吸光度A₉₈₀和A₈₉₀的數學模型，得出參數a₁、a₂和a₃。