[发明专利]一种农作物生物量测量装置及方法

权利要求书

1.一种农作物生物量测量装置，其特征在于，包括：

箱体(1)，其一面设置为开口状，内部放置被测农作物样品(7)；

平行板电容器(6)，设置在所述箱体(1)相对的两个面上；

信号发生模块(3)，其两极分别与所述箱体(1)两个面上的平行板电容器(6)相连；

温湿度传感器(8)，设置在所述箱体(1)顶部；

信号调理与测量电路模块(4)，分别与所述信号发生模块(3)、所述平行板电容器(6)和所述温湿度传感器(8)连接。

2.如权利要求1所述的农作物生物量测量装置，其特征在于，所述信号调理与测量电路模块(4)包括：

电压调节电路单元，与所述信号发生模块(3)连接，对所述信号发生模块(3)产生的信号电压进行放大；

信号调理电路单元，与所述平行板电容器(6)连接，对所述平行板电容器(6)的响应电压进行幅度转换以及模拟滤波；

数据采集单元，分别与所述信号调理电路单元和所述信号发生模块(3)连接，采集所述信号调理电路单元模拟滤波后的模拟信号和所述信号发生模块(3)产生的激励信号；

中央处理器单元，分别与所述数据采集单元和所述温湿度传感器(8)连接，根据所述数据采集单元采集的信号和所述温湿度传感器(8)所测的被测农作物样品(7)的温度值，确定被测农作物样品(7)的生物量。

3.如权利要求1所述的农作物生物量测量装置，其特征在于，所述平行板电容器(6)周边设置有屏蔽层，平行板电容器(6)与屏蔽层之间由绝缘材料隔开。

4.如权利要求3所述的农作物生物量测量装置，其特征在于，所述平行板电容器(6)为铝板，所述屏蔽层为铜丝。

5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的测量装置的农作物生物量测量方法，其特征在于，包括以下过程：

S1：由信号发生模块(3)产生两路激励信号，分别传送给平行板电容器(6)和信号调理与测量电路模块(4)；

S2：所述平行板电容器(6)将所接收的激励信号形成扫频激励电压，使箱体(1)内的被测农作物样品(7)周围激发扫频电场；

S3：所述信号调理与测量电路模块(4)的信号调理电路单元对所述平行板电容器(6)的响应电压进行幅度转换以及模拟滤波；

S4：所述信号调理与测量电路模块(4)的数据采集单元采集所述信号调理电路单元输出的信号，获得所述扫频电场中被测农作物样品(7)的介电常数和衰减系数，并传送至所述信号调理与测量电路模块(4)的中央处理器单元；

S5：所述中央处理器单元根据所述信号发生模块(3)产生的激励信号和所述数据采集单元传送的信号、以及温湿度传感器(8)所获得的被测农作物样品(7)的温湿度信号，获得介电常数和衰减系数与被测农作物样品(7)的生物量的关系，依此来确定被测农作物样品(7)的生物量。

6.如权利要求5所述的农作物生物量测量方法，其特征在于，所述过程S1中，所述信号发生模块(3)采用直接数字频率合成芯片产生交流激励信号。

7.如权利要求5所述的农作物生物量测量方法，其特征在于，所述过程S4中，被测农作物样品(7)的介电常数的获得方法具体为：

(1)将被测农作物样品(7)及其周围的空气等效为一个等效电路，其中所述信号发生模块(3)产生的激励信号作为扰动函数，所述平行板电容器(6)的响应电压作为响应信号；

(2)根据所述扰动函数和响应信号建立频响函数，作为所述等效电路的阻抗；

(3)根据所述等效电路的阻抗的实部、虚部、模值和相位角，获得被测农作物样品(7)的介电常数。

8.如权利要求5所述的农作物生物量测量方法，其特征在于，所述过程S4中，被测农作物样品(7)的衰减系数的获得方法具体为：

(1)确定所述箱体(1)内未放置被测农作物样品(7)的扫频电场的衰减系数K_test；

(2)确定所述箱体(1)内放置被测农作物样品(7)的扫频电场的衰减系数K_space；

(3)确定被测农作物样品(7)的衰减系数K_sample＝K_test-K_space。

9.如权利要求8所述的农作物生物量测量方法，其特征在于，所述过程S5中，确定介电常数和衰减系数与被测农作物样品(7)的生物量关系的具体过程为：

(1)使用若干个质量互不相等的盛水容器作为水样本置于箱体(1)内，在100-700KHZ频段内进行扫频测量，获得分辨所述若干个水样本的频率点；

(2)在所获得的频率点处，将被测农作物样品(7)置于箱体(1)内进行扫频测量，获得此时的衰减系数；

(3)依次切割掉被测农作物样品(7)的一部分，并获得相对应的衰减系数，同时对每次所切割掉的部分被测农作物样品(7)进行烘干称重；

(4)结合所获得的生物量干重及其对应的衰减系数，以及温湿度传感器(8)测得的被测农作物样品(7)的温湿度值，建立农作物生物量与衰减系数的关系，从而确定被测农作物样品(7)的生物量；

(5)根据所测的介电常数、以及所建立的衰减系数与被测农作物样品(7)的生物量的关系，获得介电常数和衰减系数与被测农作物样品(7)的生物量关系，以此来确定被测农作物样品(7)的生物量。