[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損檢測電路、裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810563592.6
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108872141B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫俊;唐游;蘆兵;周鑫;武小紅;傅海軍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3559;G01N21/3563
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本發(fā)明提出了一種基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率快速無損檢測電路、裝置及方法。本發(fā)明利用光照射水稻葉片表面，光的一部分被葉片反射，另一部分透過葉片。隨著光波長的增加，光的透入程度有所變化，透射光攜帶有葉片水分的特征信息，通過對透射光的光譜進(jìn)行分析，建立光譜與含水率關(guān)系的預(yù)測模型，以檢測水稻葉片含水率。本發(fā)明的基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率無損檢測裝置及方法可實現(xiàn)水稻葉片含水率快速無損檢測，其檢測速度快、成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含水率測量領(lǐng)域，更具體涉及基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測。

背景技術(shù)

水分是水稻的主要組成成分，水稻的含水率是影響作物生長的重要因素，所以研究水稻含水率及其檢測對于水稻具有重要意義。近年來，國內(nèi)外不少研究人員對作物的含水率檢測方法及檢測儀器進(jìn)行了積極的研究與探索。陳香等人利用基于透射光譜測量含水率的方法，實現(xiàn)了玉米葉片的含水率測量；孫俊等人利用植物冠層光譜特性與含水率關(guān)系建立了水稻葉片含水率模型，實現(xiàn)了水稻葉片含水率的預(yù)測；周超超等人利用基于變介質(zhì)型電容傳感器原理設(shè)計了植物葉片含水率檢測儀，實現(xiàn)了植物葉片含水率的檢測。這些方法或儀器在對植物含水率測量時會對植物造成損傷，并且由于水稻葉片結(jié)構(gòu)的特殊性，這些裝置和方法無法很好地運(yùn)用于水稻葉片的快速無損檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了在不破壞葉片完整性的情況下，對水稻葉片進(jìn)行基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測裝置及方法?，F(xiàn)存的許多測量方法破壞了葉片完整性，測量速度慢且復(fù)雜難操作，本發(fā)明能夠很好地彌補(bǔ)這些不足之處。

本發(fā)明所提供的檢測電路的技術(shù)方案為：一種基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測電路，包括用于檢測葉片的紅外檢測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和控制及數(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模塊、數(shù)據(jù)采集模塊相連；紅外檢測模塊包括驅(qū)動模塊、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)動模塊驅(qū)動發(fā)出紅外光，紅外光透過葉片后被光接收模塊接收；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)送過來的數(shù)據(jù)，并對數(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)。

進(jìn)一步，控制模塊選用32位單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制。

進(jìn)一步，數(shù)據(jù)處理模塊用FPGA系統(tǒng)對采集的高頻信號進(jìn)行處理。

進(jìn)一步，光接收模塊采用光電倍增管接收光信號。

進(jìn)一步，光發(fā)送模塊可采用普通紅外發(fā)光管，經(jīng)濾光片之后的到想要波長的光。

進(jìn)一步，濾光片透光波長為650nm，700nm，730nm，760nm，800nm。

本發(fā)明的裝置的技術(shù)方案為：一種基于近紅外光譜分析的水稻葉片含水率檢測裝置，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電路；

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)動電機(jī)(15)的帶動下能夠水平轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動濾光輪(9)上的濾光片轉(zhuǎn)動，由光發(fā)送模塊(6)產(chǎn)生的紅外光經(jīng)過濾光片的濾光得到單一波長的光，透過葉片后被光接收模塊(7)接收，通過數(shù)據(jù)采集模塊和控制及數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)近紅外光譜分析和水稻葉片含水率檢測。