[發明專利]田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置和方法

在審

• 申請號: 201510022895.3
• 申請日: 2015-01-17
• 公開（公告）號: CN104483274A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 劉雪梅;王宇航;王曉明
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;劉雪梅
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/359;G01N21/3563;G01N21/55
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，包括有可見近紅外光源和光譜探頭，其特征在于，還包括有懸掛裝置、電驅小車和數據處理模塊，懸掛裝置由直角伸展臂、萬向節和彎刀懸掛臂組成，萬向節固定端和直角伸展臂水平外延端連接，萬向節活動端和彎刀懸掛臂頂端連接，彎刀懸掛臂弧形均勻設置一排安裝孔，光源和光譜探頭根據投射角度和入射角度分別選擇其中一個安裝孔連接在彎刀懸掛臂上，螺栓固定；電驅小車由車架、電源裝置、車輪和微型直流電機組成，車架前端和后端分別安裝有1個前輪和2個后輪，微型直流電機安裝在前輪內部，電源裝置安裝在車架上面靠近前輪位置；數據處理模塊安裝在車架前部一根立桿上；懸掛裝置和電驅小車通過連接桿連接。

2.根據權利要求1所述的田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，其特征在于，所述的彎刀懸掛臂上均勻分布有15個圓孔，圓孔中心距離10?cm，彎刀懸掛臂通過萬向節可以實現全自由度轉動，可以實現對自然形態葉片正反兩面光譜采集。

3.根據權利要求1所述的田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，其特征在于，所述的直角伸展臂長2米，直角之間焊接一塊三角板，直角外圍焊接一根加強筋，增加直角伸展臂的抗拉抗彎強度。

4.根據權利要求1所述的田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，其特征在于，所述的連接桿兩端分別與驅動小車的車架中部立桿、懸掛裝置的直角伸展臂垂直端螺紋連接，通過轉動連接桿實現懸掛裝置高度調節，保證不同生長高度的玉米葉片都能被檢測到。

5.根據權利要求1所述的田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，其特征在于，所述的直角伸展臂、萬向節和彎刀懸掛臂材質為鋁材，連接桿和車架材質為鑄鐵材料，小車在田間行進和開展檢測工作時可以最大限度保持平衡。

6.根據權利要求1所述的田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，其特征在于，所述的數據處理模塊，液晶顯示，安裝高度為1.2米，與水平夾角為120度，電源裝置有3組蓄電池組成，安裝位置靠近前輪，給微型直流電機、光源和數據處理模塊供電，微型直流電機驅動前輪向前或向后行進，后輪控制行進方向。

7.根據權利要求1所述的田間玉米植株葉片氮素含量檢測裝置，其特征在于，所述的電驅小車的車架中部立桿兩側分別安裝有一根加強筋，車架中部立桿和車架前部立桿之間焊接有倒T字形連桿，倒T字形連桿頂端和車架中部立桿之間焊接有一根短連接桿，增加驅動小車的結構強度。

8.田間玉米植株葉片氮素含量檢測的方法，其特征在于：包括如下步驟：

（a）設備準備：將裝置牽引或自行至待展開檢測工作的位置，啟動電源開關，開啟光源，預熱15分鐘，使光源穩定，對裝置水平找平，保持穩定；

（b）光譜白板矯正：白板與玉米植株葉片高度平齊放置，進行光譜白板矯正；

（c）光譜采集角度調整：調節直角伸展臂的高度，使玉米植株葉片處于直角伸展臂下方，將光譜探頭和光源通過安裝孔分別安裝在彎刀懸掛臂上，光譜探頭和光源的數據線和光纖線分別與數據處理模塊和電源裝置連接，轉動彎刀懸掛臂，獲取較佳的檢測角度，使光源投射角與葉片檢測點平面呈45度，光譜探頭接收反射光，反射角與葉片檢測點平面呈45度，利用光譜探頭采集檢測點處的波長為616nm、682nm、810nm、956nm、1026nm、1220nm、1450nm、1518nm、1860nm、1930nm?、2012nm和2228?nm所對應玉米植株葉片的反射率；

（d）理化值計算：將所得反射率輸入檢測裝置，檢測裝置依據多元線性回歸方程：

Y=12.172X1+16.263X2-21.328X3+24.625X4+318.342X5-410.208X6+218.104X7+228.042X8-369.682X9+282.453X10-282.216X11+61.165X12+2.1，計算得到玉米植株葉片的氮素含量，式中Y為玉米植株葉片的氮素含量；X1~X12分別為波長616nm、682nm、810nm、956nm、1026nm、1220nm、1450nm、1518nm、1860nm、1930nm、2012nm和2228?nm所對應的玉米植株葉片的反射率。