[實用新型]一種主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置

有效

• 申請號: 201320263969.9
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN203275286U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 丁永前;朱艷;曹衛星;李楊;王致情;譚星祥;徐志剛
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

技術領域

?本實用新型涉及一種基于主動光源的作物冠層反射光譜無損檢測裝置光路系統的結構設計，屬于幾何光學技術設計領域，但其具備特殊應用領域的特殊特征，尤其是其聚光的形式、檢測單元的組合形式和結構形式，體現出農業信息無損檢測領域的特證，具體地說是一種能將窄帶LED主動光匯集成具有特殊幾何特征、適合作物冠層檢測的帶狀光，并將冠層反射光轉換成便于檢測的光電信號的光學檢測機構。結合作物生長信息模型，測量值可以轉化為各種作物生長指標，實現對作物生長信息的診斷，可在作物營養狀況診斷和精確農業變量施肥領域應用，是當前現代化農業迫切需要的農業信息裝備。

背景技術

目前，利用作物冠層漫反射光譜獲取作物生長信息是農業信息領域的重要研究方向，國內外學者對漫反射光譜和相關作物生長信息之間的機理關系已經有了十分深入和廣泛的研究，大量研究表明：利用冠層光譜分析技術可以有效實現作物生長特征和植株營養狀況的動態監測，其中差值植被指數、歸一化植被指數和比值植被指數等光譜指數被廣泛應用于植物葉面積指數、干物質生產、葉片氮含量和氮積累量、葉片碳氮比和產量估測，相比于傳統的物理和生化方法研究作物的營養狀況，冠層光譜分析技術具有快速、便攜、無損、不受時空限制等突出優點，是農業信息化領域迫切需要的技術手段。但將冠層光譜反射信息和作物生長信息之間的機理關系進行工程化實現并應用于田間實時測量和實時指導農業生產是目前的薄弱環節，基本處于研究階段和試用化階段，尚未在實際農業生產中得到有效的應用。

采用冠層反射光譜傳感技術（Ground-based?Canopy?Reflectance?Sensing）來獲取作物的生長信息指標是當前該領域研究的熱點和重要手段，該類技術的實現形式主要有兩種：被動光源式和主動光源式。被動光源式測量儀器利用太陽光作為檢測光源，其最大的局限性是其使用受到太陽光照強度、太陽入射角等因素的影響，其測量值也會因自然光環境的變化而變化，一般需要在晴好天氣且具有較大太陽角時使用，陰雨天則無法使用。主動光源式儀器自帶能發射特定波長的光源，光源的發光經過高頻調制，能消除外部光環境的影響，可以在任何天氣條件和自然光照條件下使用，主動光源式儀器是目前的主流形式。

發明內容

本實用新型的目的在于實現基于主動光源的冠層反射光譜的測量，提出一種主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置，利用該結構可以實現主動光源的光路參數可調，以適應對不同尺度冠層反射光譜的測量，增強了測量裝置的可操作性。

本實用新型的技術方案是：

一種主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置，它包括光路系統安裝基座、LED安裝定位器、柱面鏡安裝架和柱面鏡構成的光路發射單元，以及至少一組由光譜檢測光路安裝孔、平凸透鏡、濾光片和光電敏感器件構成的光路檢測單元，其中濾光片的類型與LED發光陣列的波長匹配；所述的光路系統安裝基座上設置有平行的光譜檢測光路安裝孔和光帶整形槽，平凸透鏡安裝在光譜檢測光路安裝孔內，LED安裝定位器設置在光路系統安裝基座背面的定位器安裝槽上，該LED安裝定位器為板狀結構，內置若干個用于安裝LED發光陣列的LED安裝孔，柱面鏡安裝架嵌入設置在光路系統基座正面的光帶整形槽的下方槽內，柱面鏡設置在柱面鏡安裝架上；所述的光譜檢測光路安裝孔內平凸透鏡的后端依次設置濾光片和光電敏感器件，所述的光電敏感器件輸出電壓信號供給后級處理設備。

本實用新型的光路系統安裝基座和光帶整形槽之間夾裝調節墊片，通過夾裝不同厚度的調節墊片能夠調節光路系統的結構參數。

本實用新型的LED安裝孔為具有一定傾角的斜孔；LED發光陣列通過LED安裝孔安裝在光路系統安裝基座上。

本實用新型的光路檢測單元為兩組，能夠接收對應的波長LED發光陣列的光信號；各組光路檢測單元的濾光片與對應LED發光陣列的波長匹配。

本實用新型的光電敏感器件為光電池。

本實用新型的有益效果：

本實用新型主動光源的光路參數可調，通過改變主動光源的發射角或增減發射光帶的數量的方法，在不改變測量高度的情況下改變測量光帶的幾何尺寸，適應不同尺度冠層反射光譜的測量，提高了系統的信噪比、靈活性和適應性。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的光路系統安裝基座正面視圖

圖3是本實用新型的光路系統安裝基座背面視圖

圖4是本實用新型的LED安裝定位器

圖5是本實用新型的光路系統總裝圖