[發明專利]一種作物莖桿直徑微變化檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201210172040.5
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102706269A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 高建民;李俊一
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01B7/12
• 分類號: G01B7/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于農業工程領域的檢測裝置，特指一種作物莖桿直徑微變化檢測裝置及檢測方法。

背景技術

霧化栽培是無土栽培技術中新發展出來的一種模式，它是把植物的根系完全懸于充滿了氣霧化之后的培養液的培養室中，從而使得根系對于氧氣、水份、肥料的吸收得到充分的保證；其中營養液的霧化是通過霧化噴頭實現的，植物的生長的優劣與霧場控制之間的聯系極為緊密。

目前國內霧培中常用的噴霧量控制方法是間歇控制方法，就是在計算機程序中設定與外界環境溫度相關的時間模塊，外界溫度越高，噴霧越頻繁；這種方法是以采集的環境參數為參照來確定噴霧方式與間歇時間，而不考慮作物本身對水的需求，其科學性和精確性都比較差。

以作物生理傳感器采集的數據為基礎，以作物精準生長模式為判斷依據的霧培噴霧先進調控技術正在被發達國家采用；日本的植物工廠通過采用微米級的微位移傳感器夾置于植株的莖稈或葉片上，利用水分變化脹落對莖稈直徑或葉片厚度產生影響的機理來運算確定噴霧強度與時間；當植株失水時會使莖稈甚至是葉片的厚薄發生微位移，再按脹落的幅度參數為參照確定噴霧的強度與時間，以達到精確控制科學供霧的目的，其噴霧的科學性與精確性明顯優于間歇控制方法，這種噴霧調控方式的技術關鍵是莖直徑或葉片厚度微脹落位移的實時精準測量。

與測量葉片厚度脹落微位移相比，測量莖直徑脹落微位移法具有精度高、數據穩定可靠、隨機性小、可連續監測和自動記錄以及簡單易行等特點，在霧培精準噴霧控制中最具應用前景。

目前國內外莖直徑微脹落位移的測量方法主要為非電量電測法、激光測量法、直接測量法以等。非電量電測法（電阻和電感）和直接測量法的測量精度較低，電容測量法的輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大；激光測量的安全性差、成本高、測試精度易受環境干擾，并且光學系統保養使用麻煩。?

除了測試原理的局限性，目前國內外莖直徑微脹落位移測試系統應用在霧培系統噴霧調控中還有以下局限性：

（1）莖直徑微位移數據中包含了作物莖直徑自然生長量，而目前國內外莖直徑微位移測試系統還不能從莖直徑微位移數據中有效剔除莖直徑自然生長量，使莖直徑微脹落位移數據不能準確反映作物需水信息。

（2）大多數霧培作物莖稈比較柔軟，有輕微擾動（如風的吹動和人的接觸）就會發生較大彎曲變形而使莖稈直徑發生變化，會使傳感器產生錯誤的作物需水信息，從而使霧培噴霧控制系統產生錯誤的噴霧調控動作。

因為莖直徑微脹落位移測試原理和測試系統的上述局限性，使得目前實時、準確以及無損采集作物需水信息非常困難，因而也難以根據作物實時需水信息進行精準噴霧調控。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單可靠、成本低、測量精度高、可以實現連續無損檢測的作物莖桿直徑微變化檢測裝置。

本發明采用如下的技術方案：

所述的作物莖桿直徑微變化檢測裝置，如圖2，包括縱彎復合超聲直線電機、單片機、功率放大器和一對限位片，一對限位片串聯后緊貼在待檢測的植物莖稈的兩側之后分為兩路，一路與單片機的A/D口相連，另一路與限流電阻串聯后接地，貼有限位片的植物莖稈應置于超聲直線電機的兩探針旁支之間；縱彎復合超聲直線電機的位于壓電陶瓷片之間的電極片正極經功率放大器與單片機相連，接受單片機產生的由功率放大器放大后的方波電壓輸入信號；縱彎復合超聲直線電機的位于壓電陶瓷片之間的電極片負極接地；縱彎復合超聲直線電機的探針遠離兩探針旁支的一端接+5V電源。

所述的縱彎復合超聲直線電機包括定子和探針，基本結構如圖1；所述定子包括螺母、撥齒，壓軸套、雙頭螺柱軸、電極片、支承柱、壓電陶瓷片組和探針；壓電陶瓷片組通過橡膠套筒套在雙頭螺柱軸上，電極片位于壓電陶瓷片組的壓電陶瓷片之間；螺母依次將撥齒、壓軸套、壓電陶瓷片組緊固在雙頭螺柱軸上；探針位于撥齒上，通過緊固螺釘將探針水平緊固在撥齒上；壓電陶瓷片組共有八片壓電陶瓷片，分為7(a)、7(b)、7(c)和7(d)四組；其中7(b)和7(c)的上下極化方向相同，為拉伸陶瓷片，驅動電壓相位相差180度；7(a)?和7(d)的上下極化方向相反，為彎曲陶瓷片，驅動電壓相位也相差180度；而7(a)?和7(b)的驅動電壓相位相差90度，7(c)?和7(d)的驅動電壓相位相差也90度；采用雙螺母防松鎖緊，通過調整螺母的預緊力，使得定子的各零件很好的聯成一體。