[發(fā)明專利]一種基于正弦波調(diào)制的自動對靶噴霧靶標(biāo)光譜探測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110108056.5
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN102262057A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧巍;趙春江;陳立平;孟志軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01N21/01
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于正弦波調(diào)制的自動對靶噴霧靶標(biāo)光譜探測器。

背景技術(shù)

目前，對靶噴霧是實(shí)現(xiàn)高效、低污染農(nóng)藥噴施的一種重要方法。所謂對靶噴霧就是只對目標(biāo)噴霧，對于非目標(biāo)不噴霧或者盡量少噴霧。對靶噴霧器械中，靶標(biāo)探測器是一個關(guān)鍵部分。

光以電磁輻射的方式在空間傳播，其投射到物體表面的輻射，一部分被物體表面反射，另一部分被物體吸收。反射或吸收輻射的比率因輻射波長、物體的光譜學(xué)特性而異，因此在一定的波段或波長范圍內(nèi)，可利用物體的光譜特征來識別物體。光電探測技術(shù)就是利用光源在目標(biāo)和背景上的反射或目標(biāo)、背景本身輻射電磁波的差異來探測、識別目標(biāo)，并對它們進(jìn)行跟蹤、瞄準(zhǔn)或其他相應(yīng)的處理實(shí)施。

目前，植株靶標(biāo)探測有光電探測技術(shù)、超聲探測技術(shù)、微波探測技術(shù)及圖像探測技術(shù)等。微波探測技術(shù)由于受到通訊控制技術(shù)復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性較差等限制，尚不適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的推廣。圖像處理探測技術(shù)雖然能較好地探測出靶標(biāo)的外形，確定噴施的覆蓋范圍和噴施量，但因其穩(wěn)定性較差、復(fù)雜性和數(shù)據(jù)處理量較大、響應(yīng)速度較慢和成本較高等問題，因此，此技術(shù)大多還處于實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用于在線實(shí)時作業(yè)的較少。超聲探測技術(shù)雖然不復(fù)雜，但其經(jīng)濟(jì)成本比光電探測技術(shù)的高很多。光電探測技術(shù)與其它探測技術(shù)相比，因其響應(yīng)速度快、能實(shí)現(xiàn)非接觸式探測、抗干擾性強(qiáng)、可靠性好、成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于在線實(shí)時檢測和探測中。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)光電探測器探測信號效果示意圖。該探測器包括2組，其具有光信號發(fā)射部件和接收部件，現(xiàn)有技術(shù)中時常發(fā)生1組中的反射信號被2組中的接收部件探測到；而2組的反射信號容易被1組的探測部件接收到，從而形成干擾和誤測，而且光路也會受到空氣中紅外光線的干擾。

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面，采用透反射測樣方式可獲取植物葉片的可見-近紅外光譜，然后對采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后建立植物葉片葉綠素含量與葉片吸收光譜的定量分析模型，最后利用該模型對預(yù)測集樣本進(jìn)行預(yù)測，即利用可見-近紅外光譜技術(shù)無損檢測葉片葉綠素含量等植物靶標(biāo)的其他生物信息，根據(jù)這些生物信息即可得到植物靶標(biāo)的特征，以決策執(zhí)行器件的動作。但農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境大多在室外自然光照條件下，環(huán)境溫度、濕度以及外界光的干擾對探測模塊的干擾較大，進(jìn)而影響了測量精度，尤其當(dāng)需要定量的測量時，就要求系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的靈敏度。

在現(xiàn)有的自動對靶噴霧靶標(biāo)光譜探測器中，為了提高探測系統(tǒng)的抗干擾性能，其收發(fā)系統(tǒng)采用了數(shù)字式的編碼調(diào)制方式，但其抗干擾能力還是較弱，而且由于屬于方波調(diào)制，接收頭調(diào)制頻率較高、輸出功率無法調(diào)節(jié)，使探測距離無法調(diào)節(jié)，且無法用于系統(tǒng)的定量測量。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于正弦波調(diào)制的自動對靶噴霧靶標(biāo)光譜探測器，利用不同光譜波段處反射率的不同，并對不同波段的光譜信號用不同頻率的正弦波進(jìn)行調(diào)制，可有效消除不同探頭之間的相互干擾，可精確計算出樹木/農(nóng)作物枝葉密度指數(shù)等被測植物的生物參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)樹木/農(nóng)作物植株枝葉密度生物信息的光譜探測。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于正弦波調(diào)制的自動對靶噴霧靶標(biāo)光譜探測器，包括：多組依次串聯(lián)的光譜信號發(fā)射電路模塊、光路模塊、光譜信號接收電路模塊以及光譜信號分析模塊；

所述光譜信號發(fā)射電路模塊用于向靶標(biāo)發(fā)射不同頻率的正弦波，并將所述正弦波進(jìn)行放大調(diào)制處理；

所述光路模塊用于過濾所述光譜信號發(fā)射電路模塊發(fā)射的正弦波；并且，其用于使所述光譜信號發(fā)射電路模塊發(fā)射的正弦波光信號和光譜信號接收電路模塊接收到的正弦波光信號均具有收斂性；

所述光譜信號接收電路模塊用于接收從靶標(biāo)反射回來的、并經(jīng)光路模塊處理后的正弦波光信號，并將接收的正弦波光信號進(jìn)行整流濾波處理；

所述光譜信號分析模塊用于根據(jù)所述光譜信號接收電路模塊接收到的光譜信號計算出被測植物的生物參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對被測植物生物參數(shù)的光譜探測。

進(jìn)一步地，所述光譜信號發(fā)射電路模塊包括串聯(lián)連接的正弦波振蕩電路、加法器、壓控電流源電路和LED發(fā)光二極管；所述多組正弦波振蕩電路發(fā)射的正弦波的頻率不同。

進(jìn)一步地，所述光譜信號接收電路模塊包括與多組所述光譜信號發(fā)射電路模塊相對應(yīng)依次串聯(lián)連接的光電池、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波器和整流濾波器。

進(jìn)一步地，所述光路模塊包括依次連接的濾光片和凸透鏡。