[发明专利]透射式无损检测植物叶片含水量的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业技术中农作物含水量检测技术领域，特别涉及一种透射式无损检测植物叶片含水量的装置和方法。

背景技术

在农业生产上，含水量条件是一个极其重要的自然条件。含水量是控制植物光合作用、呼吸作用和生物量的主要因素之一，水分亏缺直接影响植物的生理生化过程和形态结构，进而影响植物的生长、产量和品质。

含水量测量的标准方法是烘干法，但烘干法是有损测量，需破坏样品，且测量时间很长，步骤繁琐。于是出现了含水量的仪器测量法，有微波水分法、电容水分法、中子水分法、电极水分法等等。对植物叶片含水量测量的一般方法是烘干法、电容法、电磁波法等，但是这些方法一般都有破坏性、非连续性，并且很费时间。随着光谱技术的发展，用光谱法测量叶片含水量成为一个研究的热点。但用连续光谱(具有多个波长点)来分析叶片含水量，所用仪器体积大、重量重、价格昂贵，只适合在实验室使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种体积小重量轻，而且携带方便的透射式无损检测植物叶片含水量的装置，以快速、无损地检测植物叶片的含水量。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种透射式无损检测植物叶片含水量的装置，包括：单片机、与单片机相连接的信号采集模块、人机交互模块、存储器和串口通讯模块；其中，

所述信号采集模块用于分别将波长为980nm和890nm的单色光照射叶片前和透过叶片后的光信号转换为频率分别与波长为980nm和890nm的单色光的光强成正比关系的采集信号，然后将该采集信号发送到单片机；

所述单片机用于根据采集信号计算叶片在波长为980nm和890nm处的吸光度，并根据叶片的吸光度计算叶片的含水量；

所述人机交互模块用于完成信息的输入、输出和显示；

所述串口通讯模块用于实现所述单片机与外部设备之间的通讯，所述外部设备为个人计算机PC；

所述存储器用于存储样本叶片在波长为980nm和890nm处的吸光度。

优选地，所述信号采集模块包括依次连接的光源、窄带滤光片、样品室和检测器；其中，

所述窄带滤光片用于将光源所产生的光分别过滤成波长为890nm和980nm的单色光，以所述单色光作为穿透样品室中的样品的作用光，所述单色光穿透样品的透射光作为承载样品信息的分析光；

所述样品室用于放置待测叶片样品；

所述检测器用于检测作用光或分析光的光强，并将检测到的作用光或分析光转换为频率与作用光或分析光的光强成正比关系的采集信号发送到单片机。

优选地，所述光源包括两个波长为940nm的发光二极管LED；所述窄带滤光片包括一个中心波长为890nm的窄带滤光片和一个中心波长为980nm的窄带滤光片。

优选地，所述单片机还用于将样本叶片在波长为980nm和890nm处的吸光度信息保存在存储器中，并通过串口通讯模块将所述保存在存储器中的样本叶片在波长为980nm和890nm处的吸光度信息上传到PC上。

优选地，所述单片机进一步包括计数器T0和定时器T1；其中，T0用于对光强转换成的采集信号频率进行计数；T1用于设定T0的计数时间。

优选地，所述人机交互模块包括键盘和显示器；其中，所述键盘用于控制单片机实现对采集信号的测量、存储和显示；所述显示器用于实现对采集信号检测结果的显示。

本发明还提供了一种利用上述装置进行无损检测的方法，该方法包括：

步骤A、信号采集模块分别将波长为980nm和890nm的单色光照射叶片前和透过叶片后的光信号转换为频率分别与波长为980nm和890nm的单色光的光强成正比关系的采集信号，并将该采集信号发送到单片机；

步骤B、单片机根据所述采集信号分别计算叶片在波长为980nm和890nm处的吸光度；

步骤C、单片机根据叶片的吸光度计算叶片的含水量。

优选地，在所述步骤B中，

所述计算叶片在波长为980nm和890nm处的吸光度的公式为：

A＝-log(I/I₀)＝-log(f/f₀)

其中，A为吸光度，I为波长为980nm和890nm的单色光透过叶片的光强，I₀为波长为980nm和890nm的单色光照射叶片前的光强；f为与I成正比的采集信号频率；f₀为与I₀成正比的采集信号频率。