[發明專利]一種基于光纖傳感器的光合作用儀

有效

• 申請號: 201410139280.4
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103954562A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 陳美香;劉銀春;徐永
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/25
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種光合作用測量系統，特別是一種基于光纖傳感器的光合作用儀。

背景技術

光合作用是綠色植物吸收陽光的能量，同化CO₂和水，制造有機物并釋放氧的過程，是植物生長的基礎，也是研究植物生長的一個重要方面。研究植物光合作用常用的儀器之一是光合作用儀，目前，國內外應用最多最普遍的光合作用儀都有一個光量子傳感器，如Li-6400系列光合作用儀使用硅光電池做光量子傳感器。外置的光量子傳感器探頭距離葉室3~5cm，內置的光量子傳感器探頭距離葉室也有1~2cm，傳感器探頭直徑大約1cm。供植物生長的光源有自然光（如太陽光）和人工光（如LED燈的光）。傳統的光合作用儀常用于測量太陽光下植物的光合作用，由于太陽距離我們很遙遠，把照到地面的太陽光看成是均勻的，而把照到光量子傳感器探頭的光看成是照到葉片表面的光是可以的，誤差不會太大。但是，近年來被廣大研究者用作植物生長燈的LED燈，它點光源的發光特征從理論上決定了它發出的光在空間上是很不均勻的。實驗也發現，在LED燈照明空間，相距只有1cm的兩點上傳統的光合作用儀測得的PAR值（光合有效輻射值，表光強）相差幾個到一二十個μmol·m^-2·s?^-1，有的甚至更多。在這種情況下，傳統的光合作用儀的光量子傳感器探頭距離葉室的距離太長，測量時把入射到探頭的光看成是入射到葉片表面的光是很粗糙甚至是不對的。

再有，傳統光合作用儀的光量子傳感器測定的是入射到葉片表面的總的PAR值，卻無法同時測定入射光在葉片表面的光譜。如果另外使用其它儀器如光譜儀來測葉片表面的光譜，由于很難準確地找到剛測過的葉片表面的點供光譜儀測量，所以很難測到和PAR值對應的點的光譜，因此給研究帶來不便。

另外，傳統光合作用儀提供的光源都是寬波段的，如Li-6400系列光合作用儀提供的是寬波段的紅藍光源，光質單一。大量研究表明，不同光質對植物光合作用和生長有不同的影響。傳統光合作用儀無法提供不同的光質，也給這方面的研究帶來不便。

因此，需要發明一種光合作用儀，其光量子傳感器距離葉室很近，即使光照不均勻，它也能精確地測定入射到葉片表面的光譜、光質和光強（PAR值），能用于測量近紫外到近紅外所有波段的光對植物的光合作用，還能提供各種光照條件供植物特征光譜研究使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光合作用儀，它的光量子傳感器距離葉室很近，且有多個傳感器探頭，分布在葉室內不同位置，即使光照不均勻，也能通過多點測量后平均的方法，精確地測定入射到葉片表面的光譜、光質和光強（PAR值），能用于測量近紅外到近紫外所有波段的光對植物的光合作用，還能提供各種光照條件供植物特征光譜研究使用。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于光纖傳感器的光合作用儀，包括矩形葉室和矩形暗室；所述矩形葉室內設置有一矩形葉片夾放空間，該葉片夾放空間由設置于矩形葉室內的隔離框隔離而成；所述隔離框的外壁周側設置有若干光纖傳感器的傳感器探頭；所述光纖傳感器探頭的入光口和葉片平面處于同一高度；所述矩形暗室內設置有球面鏡、會聚球面鏡以及光纖傳感器的光柵和CCD陣列探測器；所述矩形葉室內的傳感器探頭采集的光經一光纖束傳輸至矩形暗室中，光纖束出口的光經球面鏡反射后變成平行光，該平行光入射至光柵，經光柵反射發生衍射形成衍射光束，衍射光束通過會聚球面鏡會聚后，照射于CCD陣列探測器，并由該CCD陣列探測器傳輸至處理芯片進行處理。

在本發明一實施例中，所述葉片夾放空間內還設有一用于測量葉片溫度并連接至處理芯片的葉溫傳感器探頭；所述葉溫傳感器探頭和葉片平面處于同一高度。

在本發明一實施例中，所述光纖束出口到球面鏡中心的距離為球面鏡的一倍焦距，即光纖束出口處為球面鏡的焦點。

在本發明一實施例中，所述CCD陣列探測器包括近紫外CCD探測器、可見光CCD探測器和近紅外CCD探測器。

在本發明一實施例中，所述矩形葉室為寬葉室；所述傳感器探頭的個數為5個；所述隔離框為由第一隔離片、第二隔離片和第三隔離片以及寬葉室的一壁包圍而成的矩形框；設所述寬葉室相鄰近矩形暗室的一壁為第一葉室壁；所述第一隔離片平行于第一葉室壁，所述第二隔離片平行于與第一葉室壁相鄰的第二葉室壁，所述第三隔離片平行于與第一葉室壁相鄰的第三葉室壁；第一傳感器探頭放置于第一隔離片外壁的中點位置；第二傳感器探頭和第三傳感器探頭分別放置于第二隔離片外壁的三分之一處和三分之二處；第四傳感器探頭和第五傳感器探頭分別放置于第三隔離片外壁的三分之一處和三分之二處。