[發明專利]植株生長周期葉綠素含量高精度自動化測量裝置及測定方法

有效

• 申請號: 201610075745.3
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105738302B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 劉成良;劉波;貢亮;趙源深;陳前里;張經緯
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/359
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種植株生長周期葉綠素含量高精度自動化測量裝置及測定方法，其包括：支撐平臺、轉盤、暗箱、光源模塊、葉綠素傳感器模塊、控制柜和上位機，所述支撐平臺設置于控制柜的頂部，所述轉盤和暗箱設置于支撐平臺上，所述葉綠素傳感器模塊以及光源模塊設置于暗箱內，所述控制柜內設置有光源控制器、電源模塊、信號采集放大及AD模塊、PLC控制模塊和上位機處理/顯示模塊。該測定方法為：暗箱門打開植株自動運行到暗箱內，暗箱門關閉光源打開上位機通過葉綠素傳感器模塊獲取紅光、紅外光入射、反射、透射值，上位機對獲取的數值進行處理得到植株葉綠素相對含量保存并顯示。本發明能有效的降低人工勞動強度，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種植株生長周期葉綠素含量高精度自動化測量裝置及測定方法，屬于農業機械技術領域。

背景技術

由于農作物一般都有一定時間的生長周期，為了獲取植物生長周期中不同時間段的相關生長狀態，需要對植株的生長狀態定時進行監測，而人工監測費時、費力。葉綠素含量是植物生長狀態的一個重要指標，通過葉綠素含量的測定可以間接的了解植株葉片的氮營養狀況，進而對作物的生長和營養狀態進行初步的判斷。

目前葉綠素測量方法主要分為理化測量、接觸式測量和非接觸測量3大類。理化測量是一種破壞性測量方法。由于葉綠素是一種二羧酸的脂，因此具有親脂性。依據相似相溶的原理，通過將葉綠素溶解于有機溶劑，然后再用相關技術測量葉綠素的含量。該方法操作復雜、需要相關專業設備、價格昂貴且對植株葉片造成破壞。接觸式測量主要是利用了光譜技術，其特點是測量儀器體積小、測量過程不需要試劑、直接讀數。該方法具有無損、實時檢測、操作簡單等優點，但需要保證植株與儀器接觸且需要人工操作，因此效率低。非接觸式測量主要依據葉綠熒光現象、光譜技術、圖像處理技術、遙感技術以及機器視覺技術等。該方法能實現大面積測量，但是測量精度相對較低且測量裝備價格相對昂貴。

現有的葉綠素測量儀方面的專利大多分為兩類：一類是手持式葉片小面積測量，其測量范圍小、價格較高且需要人工操作，如典型的SPAD502測量儀；另一類是地表大面積的植被覆蓋面積測量，其測量精度低且價錢昂貴，如SKYE公司開發SpectroSense2地表植被光譜儀。葉綠素吸收峰是藍光和紅光區域，在綠光區域是吸收低谷，并且在近紅外區域幾乎沒有吸收，兩類測量方法的原理基本基于此。選擇紅光區域和近紅外區域測量葉綠素，第一類是利用由發光二極管發射紅光(峰值波長650nm)和近紅外光(峰值波長940nm)。近紅外光的發射和接收主要是為了消除葉片厚度等方面對測量結果的影響。紅光到達葉片后，一部分被葉片的葉綠素所吸收，少量被反射，剩下的透過葉片被接收器轉換成為相應的電信號，然后通過A/D轉換器轉換為數字信號，微處理器利用這些數字信號計算葉綠素的相對含量。該方法的缺點是測量范圍小、效率低、勞動量大、不適合葉綠素含量自動化測量。第二類利用太陽光而不需要額外光源，利用由于地表植物對紅光的吸收大反射小對近紅外光吸收小反射大的原理，通過測量葉綠素傳感器接收的紅光和紅外光的反射值大小來衡量地表植被指數。該方法單純的利用反射值來衡量葉綠素的相對含量，測量精度低且需要人工測量，不適合葉綠素自動化測量。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種植株生長周期葉綠素含量高精度自動化測量裝置及測定方法。

本發明提供一種植株生長周期葉綠素含量高精度自動化測量裝置及測定方法，該測量方法是將葉綠素測量葉綠素傳感器安裝于植株自動化監測平臺上，該平臺通過PLC控制電機的轉動可同時容納七盆植株的監測，通過上位機控制界面給下位機發送指令并接收葉綠素傳感信號值通過相關處理得到植株葉綠素相對含量并將結果顯示和保存。葉綠素傳感器模塊與自動化監測平臺的結合可以實現葉綠素的自動化測量、簡化操作流程、提高工作效率。具體包括以下兩個方面：