[發(fā)明專利]一種基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率快速無(wú)損檢測(cè)電路、裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810563592.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN108872141B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫俊;唐游;蘆兵;周鑫;武小紅;傅海軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/359
• 分類號(hào): G01N21/359;G01N21/3559;G01N21/3563
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測(cè)裝置，其特征在于，包括不透光密封箱、以及基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測(cè)電路；

其中，基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測(cè)電路包括用于檢測(cè)葉片的紅外檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制及數(shù)據(jù)處理模塊；所述控制及數(shù)據(jù)處理模塊分別和紅外檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊相連；

紅外檢測(cè)模塊包括驅(qū)動(dòng)模塊、光發(fā)送模塊和光接收模塊；葉片位于光發(fā)送模塊和光接收模塊之間，光發(fā)送模塊在控制模塊的控制下，由驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)發(fā)出紅外光，紅外光透過(guò)葉片后被光接收模塊接收；

濾光片透光波長(zhǎng)為650nm，700nm，730nm，760nm，800nm；

數(shù)據(jù)采集模塊包括光功率放大模塊、低通濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊，紅外檢測(cè)模塊中的光接收模塊與數(shù)據(jù)采集模塊的光功率放大模塊相連，光功率放大模塊輸出端連接低通濾波模塊，經(jīng)過(guò)濾波器后與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接；

控制及數(shù)據(jù)處理模塊中包含控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，顯示模塊和按鍵模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出與數(shù)據(jù)處理模塊相連，數(shù)據(jù)處理模塊、按鍵模塊和顯示模塊與控制模塊相連,其中的控制及數(shù)據(jù)處理模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜分析處理，由顯示模塊進(jìn)行含水率檢測(cè)結(jié)果顯示,按鍵模塊用于人機(jī)交互，可選擇設(shè)備的工作模式和工作狀態(tài)；

控制模塊選用32位單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制；數(shù)據(jù)處理模塊用FPGA系統(tǒng)對(duì)采集的高頻信號(hào)進(jìn)行處理；光接收模塊采用光電倍增管接收光信號(hào)；光發(fā)送模塊采用普通紅外發(fā)光管，經(jīng)濾光片之后得到想要波長(zhǎng)的光；

不透光密封箱的一側(cè)面有葉片進(jìn)口，葉片進(jìn)口的上端和下端分別設(shè)有軟滾輪(2)，不透光密封箱的頂面和底面分別固定有光發(fā)送模塊(6)、光接收模塊(7)，水稻葉片經(jīng)兩軟滾輪(2)傳送到位于箱體中部平行放置的上下兩塊透明亞克力薄板(16)之間，上亞克力薄板(16)固定有濾光輪(9)，濾光輪(9)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)的帶動(dòng)下能夠水平轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)濾光輪(9)上的濾光片轉(zhuǎn)動(dòng)，由光發(fā)送模塊(6)產(chǎn)生的紅外光經(jīng)過(guò)濾光片的濾光得到單一波長(zhǎng)的光，透過(guò)葉片后被光接收模塊(7)接收，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊和控制及數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)近紅外光譜分析和水稻葉片含水率檢測(cè)；

所述軟滾輪(2)包括中心轉(zhuǎn)軸(3)、驅(qū)動(dòng)中心轉(zhuǎn)軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)(4)，以及開在不透光密封箱前后側(cè)面的用于支撐中心轉(zhuǎn)軸(3)、電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)軸支撐槽(5)；

所述光發(fā)送模塊(6)、濾光輪(9)上的濾光片、光接收模塊(7)位于同一垂線上。

2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測(cè)裝置的葉片含水率檢測(cè)方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟1，光發(fā)送模塊產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光透過(guò)待檢測(cè)葉片，獲取不同透射程度的光；

步驟2，將透射光經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，并發(fā)送控制及數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行光譜分析；

步驟3，基于光譜與水稻葉片含水率的數(shù)學(xué)模型，獲取當(dāng)前檢測(cè)水稻葉片含水率；

步驟4，步驟3中的數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式為:

y＝-0.933-1.524T₈₀₀+2.912T₇₃₀-0.594DVI_(760,650)

其中y表示水稻葉片含水率，T₇₃₀表示在730波段下的光譜透射率，T₈₀₀表示在800波段下的光譜透射率，DVI(760，650)表示在760和650波段下的差值植被指數(shù)。