[发明专利]一种作物茎杆直径微变化检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于农业工程领域的检测装置，特指一种作物茎杆直径微变化检测装置及检测方法。

背景技术

雾化栽培是无土栽培技术中新发展出来的一种模式，它是把植物的根系完全悬于充满了气雾化之后的培养液的培养室中，从而使得根系对于氧气、水份、肥料的吸收得到充分的保证；其中营养液的雾化是通过雾化喷头实现的，植物的生长的优劣与雾场控制之间的联系极为紧密。

目前国内雾培中常用的喷雾量控制方法是间歇控制方法，就是在计算机程序中设定与外界环境温度相关的时间模块，外界温度越高，喷雾越频繁；这种方法是以采集的环境参数为参照来确定喷雾方式与间歇时间，而不考虑作物本身对水的需求，其科学性和精确性都比较差。

以作物生理传感器采集的数据为基础，以作物精准生长模式为判断依据的雾培喷雾先进调控技术正在被发达国家采用；日本的植物工厂通过采用微米级的微位移传感器夹置于植株的茎秆或叶片上，利用水分变化胀落对茎秆直径或叶片厚度产生影响的机理来运算确定喷雾强度与时间；当植株失水时会使茎秆甚至是叶片的厚薄发生微位移，再按胀落的幅度参数为参照确定喷雾的强度与时间，以达到精确控制科学供雾的目的，其喷雾的科学性与精确性明显优于间歇控制方法，这种喷雾调控方式的技术关键是茎直径或叶片厚度微胀落位移的实时精准测量。

与测量叶片厚度胀落微位移相比，测量茎直径胀落微位移法具有精度高、数据稳定可靠、随机性小、可连续监测和自动记录以及简单易行等特点，在雾培精准喷雾控制中最具应用前景。

目前国内外茎直径微胀落位移的测量方法主要为非电量电测法、激光测量法、直接测量法以等。非电量电测法（电阻和电感）和直接测量法的测量精度较低，电容测量法的输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大；激光测量的安全性差、成本高、测试精度易受环境干扰，并且光学系统保养使用麻烦。 

除了测试原理的局限性，目前国内外茎直径微胀落位移测试系统应用在雾培系统喷雾调控中还有以下局限性：

（1）茎直径微位移数据中包含了作物茎直径自然生长量，而目前国内外茎直径微位移测试系统还不能从茎直径微位移数据中有效剔除茎直径自然生长量，使茎直径微胀落位移数据不能准确反映作物需水信息。

（2）大多数雾培作物茎秆比较柔软，有轻微扰动（如风的吹动和人的接触）就会发生较大弯曲变形而使茎秆直径发生变化，会使传感器产生错误的作物需水信息，从而使雾培喷雾控制系统产生错误的喷雾调控动作。

因为茎直径微胀落位移测试原理和测试系统的上述局限性，使得目前实时、准确以及无损采集作物需水信息非常困难，因而也难以根据作物实时需水信息进行精准喷雾调控。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单可靠、成本低、测量精度高、可以实现连续无损检测的作物茎杆直径微变化检测装置。

本发明采用如下的技术方案：

所述的作物茎杆直径微变化检测装置，如图2，包括纵弯复合超声直线电机、单片机、功率放大器和一对限位片，一对限位片串联后紧贴在待检测的植物茎秆的两侧之后分为两路，一路与单片机的A/D口相连，另一路与限流电阻串联后接地，贴有限位片的植物茎秆应置于超声直线电机的两探针旁支之间；纵弯复合超声直线电机的位于压电陶瓷片之间的电极片正极经功率放大器与单片机相连，接受单片机产生的由功率放大器放大后的方波电压输入信号；纵弯复合超声直线电机的位于压电陶瓷片之间的电极片负极接地；纵弯复合超声直线电机的探针远离两探针旁支的一端接+5V电源。

所述的纵弯复合超声直线电机包括定子和探针，基本结构如图1；所述定子包括螺母、拨齿，压轴套、双头螺柱轴、电极片、支承柱、压电陶瓷片组和探针；压电陶瓷片组通过橡胶套筒套在双头螺柱轴上，电极片位于压电陶瓷片组的压电陶瓷片之间；螺母依次将拨齿、压轴套、压电陶瓷片组紧固在双头螺柱轴上；探针位于拨齿上，通过紧固螺钉将探针水平紧固在拨齿上；压电陶瓷片组共有八片压电陶瓷片，分为7(a)、7(b)、7(c)和7(d)四组；其中7(b)和7(c)的上下极化方向相同，为拉伸陶瓷片，驱动电压相位相差180度；7(a) 和7(d)的上下极化方向相反，为弯曲陶瓷片，驱动电压相位也相差180度；而7(a) 和7(b)的驱动电压相位相差90度，7(c) 和7(d)的驱动电压相位相差也90度；采用双螺母防松锁紧，通过调整螺母的预紧力，使得定子的各零件很好的联成一体。