[发明专利]一种快速测量作物叶片介电常数的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速检测作物局部叶片介电常数的装置和方法，属于检测仪器技术领域。

背景技术

目前，作物的缺水检测已经成为农业工程的一个重大问题，而传统的烘干减重法虽然能够精确得到作物含水率，但此方法周期长且不能进行活体检测，因此有一定的局限性。近几年，随着科技的快速发展，一些先进的技术应用于作物叶片的含水率检测，包括光谱技术和电特性等技术。就电特性技术而言，介电常数作为物体的一种属性，因此只要确定含水量与介电常数的关系即可通过介电常数来预测样本含水量。本发明正是基于此背景而研究的一种快速检测作物叶片介电常数的装置。

现有技术中，采用人工分割作物叶片使其与平行板电极面积相等，并手工测量叶片的厚度，进而得出作物叶片的介电常数，这种方法对测量仪器精确度要求苛刻，并且分割作物叶片这种方法耗时很大等问题。而就测量介电常数而言，在具体的检测中会出现很多问题，如作物叶片样本很薄且易形变，在实际操作中测量其厚度时因夹持力太大容易破坏样本或夹持力太小不能夹紧样本导致数据不准确。本发明在活体作物且不损坏叶片的情况下能够快速测量其介电常数。本发明可测量玉米、生菜、小麦等农作物的介电常数。

发明内容

为了解决背景技术中提到的对测量仪器精度要求苛刻以及叶片易被夹坏等问题，本发明提出了一种简便快捷测量介电常数的装置，采用的技术方案为：

一种快速测量作物叶片介电常数的装置，包括：作物叶片夹紧装置、作物叶片厚度测量装置、LCR测量仪以及数据处理装置；

所述作物叶片夹紧装置包括：电极板、绝缘陶瓷、支架一、支架二、连接结点、扳手一、扳手二；所述支架一和所述支架二均为半圆形，所述支架一的一端依次胶黏绝缘陶瓷、电极板，所述支架二与支架一对应的一端依次胶黏绝缘陶瓷、电极板，构成平行板电容器；所述支架一和所述支架二的另一端分别与所述扳手一和所述扳手二固定连接，所述扳手一和所述扳手二通过连接结点活动连接；所述扳手二中间一段为缓压弹簧；

所述作物叶片厚度测量装置位于所述支架一和所述支架二的圆周内部，包括：压力传感器和形变弹簧；所述压力传感器的一端与所述形变弹簧的一端固定连接，所述压力传感器的另一端与支架一连接，所述形变弹簧的另一端与支架二连接；

所述LCR测量仪与电极板相连接，用于测量不同频率下电极板间的电容；

所述数据处理装置分别与压力传感器和LCR测量仪相连接，用于处理测量得到的参数，计算介电常数并缓存和输出至显示屏。

进一步，所述数据处理装置采用单片机，所述显示屏安装在所述支架一上。

进一步，所述扳手一和扳手二之间有压力固定装置，所述压力固定装置包括：刻度尺和刻度板；所述刻度尺的一端固定连接扳手一，所述刻度尺上连接所述刻度板。

进一步，所述压力传感器与支架一通过支架三连接，所述形变弹簧与支架二通过支架四连接，所述支架三与压力传感器的总长度与支架四的长度相等。

进一步，所述支架一和所述支架二均为空心金属管、横截面均为圆形。

进一步，所述支架一和所述支架二与所述绝缘陶瓷的连接处分别设有第一小孔，所述支架一和所述支架二的管壁上分别开有第二小孔，所述支架一和所述支架二内部均有导线，所述导线外部依次包有绝缘层和塑料导管，所述导线的一端穿过第一小孔固定焊接在所述电极板上，所述导线的另一端穿过所述第二小孔与LCR测量仪连接。

进一步，所述电极板为圆形，采用铜或铝，尺寸小于作物叶片样本的尺寸。

进一步，所述缓压弹簧可更换。

基于上述装置，本发明还提出了一种快速测量作物叶片介电常数的方法，包括以下步骤：

a.测量前，通过制动扳手一和扳手二使电极板间的压力达到最大，更换调整缓压弹簧，使最大压力在待测叶片可承受的压力范围内，并且在刻度尺上标出待测叶片承受最佳压力值的位置，用刻度板固定该位置；

b.电极板间不夹任何样本，通过制动扳手一和扳手二让两电极板完全接触闭合，记录形变弹簧所受到的压力F1；

c.将待测叶片放置在两电极板间，并完全覆盖两电极板，制动扳手一和扳手二使叶片被夹紧，将扳手二固定在步骤b中刻度板的位置，记录形变弹簧所受到的压力F2；

d.计算因夹持样本而引起的压力差为F＝F1-F2，根据此压力差推衍出电极板由完全闭合到张开一定角度下形变弹簧的形变量，根据杠杆及三角形原理即可推衍出电极板间的距离，即电极板夹紧作物叶片的厚度；

e.利用LCR测量仪测量得到电极板间的电容；