[發(fā)明專利]一種基于無人機(jī)的果園成熟區(qū)域遙測裝置及方法

在審

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• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108240969A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳濤;張懷林;胡蓉菁;何興道
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 張文杰

本發(fā)明公開了一種基于無人機(jī)的果園成熟區(qū)域遙測裝置及方法，無人機(jī)上安裝有無線通信模塊、GPS系統(tǒng)以及光聲探測設(shè)備，紅外光源經(jīng)調(diào)制后發(fā)射出調(diào)制紅外光，通過擴(kuò)束鏡后，變成擴(kuò)束準(zhǔn)直光，隨后依次經(jīng)第一平面反射鏡和第二平面反射鏡反射后入射到果園上，并與果園產(chǎn)生的乙烯氣體相互作用，光聲探測器將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，最后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡將得到的二次諧波信號傳輸給微控制器，得到果園釋放乙烯濃度，計(jì)算機(jī)獲取氣體探測數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)并經(jīng)處理顯示果園成熟區(qū)域。本發(fā)明方便快捷，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的成熟區(qū)域檢測，提高了檢測效率，可用來檢測其他氣體，也可根據(jù)光聲光譜技術(shù)用來檢測液體和固體種類。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙測技術(shù)，特別涉及一種基于無人機(jī)的果園成熟區(qū)域遙測裝置及方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)技術(shù)早在上世紀(jì)20年代就已經(jīng)出現(xiàn)，近些年來，在軍用和農(nóng)用方面都得到了快速的發(fā)展。然而無人機(jī)在果園上的應(yīng)用卻局限于果園植保（噴灑農(nóng)藥等）和果園維護(hù)（驅(qū)趕飛鳥等）上，對于果園成熟區(qū)域的遙測鮮有報(bào)道。因此研發(fā)果園成熟區(qū)域遙測裝置尤為重要，這將極大方便果園的管理，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

目前，氣體紅外吸收光譜技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用在了水果成熟度檢測上，一般應(yīng)用在水果的儲(chǔ)存室中以預(yù)防水果變質(zhì)，可檢測的范圍十分有限，而對于大面積的果園來說，這顯然滿足不了要求。

光聲光譜技術(shù)是基于光聲效應(yīng)的間接吸收光譜技術(shù)，具有對噪聲免疫和高靈敏性的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在痕量氣體檢測上。將無人機(jī)的高空作業(yè)與光聲光譜的高靈敏氣體探測結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)大面積氣體濃度檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將檢測裝置安裝于無人機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的成熟區(qū)域檢測，克服了氣體紅外吸收光譜技術(shù)中只能小范圍測量的缺點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對果園成熟區(qū)域的管理。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種基于無人機(jī)的果園成熟區(qū)域遙測裝置，無人機(jī)上安裝有無線通信模塊、GPS系統(tǒng)以及光聲探測設(shè)備，

所述光聲探測設(shè)備包括光源控制模塊、光聲探測模塊和信號處理模塊；

所述光源控制模塊包括依次對應(yīng)連接的函數(shù)發(fā)生器、光源控制器、紅外光源以及擴(kuò)束鏡4；

所述光聲探測模塊包括第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、光聲探測器和凹面鏡，凹面鏡的凹面一側(cè)設(shè)置有光聲探測器，光聲探測器的外側(cè)安裝有第二平面反射鏡，第二平面反射鏡的外側(cè)安裝有第一平面反射鏡，第一平面反射鏡相對的一側(cè)裝有擴(kuò)束鏡；

所述信號處理模塊包括依次連接的前置放大器、鎖相放大器和微控制器；

所述無線通信模塊通過無線網(wǎng)與計(jì)算機(jī)相連接；

所述無線通信模塊通過A/D轉(zhuǎn)換接口與信號處理模塊中的微控制器相連接，從而實(shí)現(xiàn)無線通信模塊與光聲探測設(shè)備的連接；

所述GPS系統(tǒng)與信號處理模塊中的微控制器相連接，從而實(shí)現(xiàn)GPS系統(tǒng)與光聲探測設(shè)備的連接，用于同時(shí)記錄氣體探測數(shù)據(jù)和位置信息；

所述平面反射鏡與凹面鏡均鍍有紅外高反膜。

進(jìn)一步，所述前置放大器為低噪聲電流放大器。

進(jìn)一步，所述光聲傳感器為石英音叉，內(nèi)部設(shè)置有微型共振毛細(xì)管，固定于石英音叉的兩側(cè)。

進(jìn)一步，所述光聲傳感器為微音器，內(nèi)部設(shè)置有諧振腔，微音器固定在諧振腔的中間。

進(jìn)一步，所述鎖相放大器通過高速數(shù)據(jù)采集卡與微控制器相連接。

一種采用基于無人機(jī)的果園成熟區(qū)域遙測裝置的遙測方法，其操作步驟如下：

1）首先在無人機(jī)相同飛行高度下，測量無乙烯氣體時(shí)的光聲信號作為背景信號，以便微控制器的后續(xù)處理；控制無人機(jī)飛行于果園上空，使其穩(wěn)定；