[发明专利]光谱反射率测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感技术与光谱测量技术，尤其用于农作物生长状况的光谱测量技术。

背景技术

植被长势、营养等信息能够反映在光谱反射率上，基于光谱学原理的归一化差异植被指数NDVI(Normalized Difference VegetationIndex)作为可见光红波段和近红外波段两波段的归一化比值，就被广泛用于大田作物长势检测。这类光谱指数一方面反映植被光合作用的有效辐射吸收情况，另一方面能够反映作物群体大小、健康程度情况，是目前应用最为广泛的植被指数。

作物的光谱反射率测量有多种方法。美国ASD(AnalyticalSpectral Devices)公司生产用于测量地物光谱反射率的系列光谱辐射仪，包括全光谱便携式光谱分析仪(波长范围：350-2500 nm)以及手持便携式光谱分析仪(波长范围：300-1100nm)等，这些仪器测量精度和光谱分辨率都很高，但它们的色散元件都是采用全息反射光栅，使得仪器价格昂贵，适用于研究但不适用于生产。

目前，研究人员主要利用地物光谱仪，获取植被光谱反射率曲线，从光谱反射率曲线提取红波段和近红外波段的光谱反射率，然后计算NDVI值以判断大田作物长势检测仪。但野外使用的便携式光谱仪，不仅价格昂贵，而且使用时不能直接判断大田作物长势，工作人员背负近10kg的仪器在现场进行测试，费工费时十分不便，迫切需要开发一种手持式大田作物长势检测仪，其重量轻，适合于手持，现场测试时能直接判断作物生长状态。

所谓基于近地遥感技术的植被反射光谱测量，是指以自然光照作为光源，测量植物冠层或叶片的光谱反射率的方法。该方法由于测量设备不与植物发生直接接触，因此可以实现真正的无损、实时测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光谱反射率测量装置，该测量装置克服了上述测量仪存在的不足之处，以自然光作为光源，利用本发明的光谱反射率测量装置，可直接获得作物植被指数以判断作物长势。

本发明的技术方案是一种光谱反射率测量装置，所述光谱反射率测量装置由光学单元、控制单元和超声波测距单元三个部分组成。

本发明在所述光学单元内有四个光传输的通道，用于测量太阳辐射的光强两个上通道，用于测量冠层反射的光的强度两个下通道，所述上、下对应的两个通道内有相同波长的滤光片和相同材料制成的光敏器件。

本发明所述的两个滤光片的中心波长分别是：610nm和1220nm。

本发明所述两个上通道采用了余弦散射体作为光学窗口，所述两个下通道采用的是K9材料制成的光学玻璃作为窗口。

本发明所述光学单元体有两部分组成，两部分单元体之间用螺钉连接，光学单元体的一端是光学窗口，相隔一段内孔距离后装有滤光片和平凸透镜，在所述滤光片和平凸透镜的两侧加装有密封垫圈，在光学单元体的另一端平凸透镜焦点处装有光敏器件。

本发明所述光敏器件是Si光电池或是InGaAs光电二极管。

本发明所述控制单元是由传感器连接放大器、连接数/模转换器、连接单片机，所述单片机再连接U盘、液晶显示器、键盘。

本发明所述的超声波测距单元是基于压电原理的超声波传感模块。

本发明所产生的技术效果是：

1、反射光与辐射光的同时测量：本发明实现了在测量作物冠层反射光的同时对太阳辐射光进行测量，简化了测量的操作步骤。

2、传感器通道的设计：本发明独立设计了采集太阳辐射光和作物反射光的通道。无论是在光学器件选择，还是在光学通道内部结构、尺寸的设计方面都具有独到之处。

3、测光室的密封性：本发明设计了密闭的光室，避免了其他杂散光的影响，保证了测量结果的准确性。

4、测光波长的有效性：基于本发明所提出的测光波长所建立的作物归一化植被指数，可以有效地反映作物长势状态信息。

5、智能化监控与数据处理软件：作物长势检测仪能够准确测量作物的归一化植被指数，还能根据作物种类和作物生长时期，对作物的长势进行正确的诊断。

6、USB数据存储功能：本发明具备了USB数据存储功能，实现了大量数据的快速存储，并且方便快捷。

7、测量距离的一致性：本发明根据超声波测距原理，利用超声波来测量作物冠层与仪器的距离，保证了仪器距离冠层的高度不变，从而实现了仪器测量范围的一致性。

8、操作简单：本发明操作简单、安全，数据采集控制单元体积较小，方便安装，很适于农田现场使用。

附图说明

图1仪器总体结构图；