[发明专利]一种农作物生物量测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农作物生物量的快速测量方法，特别是涉及一种基于介电频谱的农作物生物量快速测量方法。

背景技术

生物量(biomass)，或对植物专称植物量(phytomass)，是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质(干重)总量或鲜重总量，通常用kg/m²或t/ha表示。生物量的测定在农作物栽培和育种过程中具有重要意义。在农作物精细育种中，单株作物的生物量值可帮助育种学家了解作物的生长状态和光合作用效率，以获得优势作物类型；在农作物栽培过程中，通过作物的生物量测量，可推断作物长势，及时作出施肥、灌溉等决策。

现有的生物量测量方法是收割法(参见非专利文献：植被生物量的研究进展，西北农林科技大学学报(自然科学版)，36卷，第2期，175-182页)，其测量过程为：将测量目标收割后，直接称其鲜重；再将作物在60℃-80℃烘箱中烘干24小时-72小时至恒重，以测量其干重。

现有技术可以对农作物的生物量进行测定，但其有如下缺陷：(1)不能在体对农作物生物量进行测量；(2)测量过程具有不可恢复的破坏性；(3)需对测量样本进行烘干处理，耗时长；(4)收割过程浪费大量的人力；(5)由于是破坏性取样，故不适合时间上的动态观测研究。

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：克服现有技术中需收割、烘干、称重测量农作物生物量的缺陷，实现对农作物生物量的在体、非损伤实时在线测量。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种农作物生物量测量装置，其包括：

箱体，其一面设置为开口状，内部放置被测农作物样品；

平行板电容器，设置在所述箱体相对的两个面上；

信号发生模块，其两极分别与所述箱体两个面上的平行板电容器相连；

温湿度传感器，设置在所述箱体顶部；

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

上述农作物生物量测量装置中，所述信号调理与测量电路模块包括：

电压调节电路单元，与所述信号发生模块连接，对所述信号发生模块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连接，对所述平行板电容器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所测的被测农作物样品的温度值，确定被测农作物样品的生物量。

上述农作物生物量测量装置中，所述平行板电容器周边设置有屏蔽层，平行板电容器与屏蔽层之间由绝缘材料隔开。

上述农作物生物量测量装置中，所述平行板电容器为铝板，所述屏蔽层为铜丝。

本发明还提供了一种基于上述测量装置的农作物生物量测量方法，其包括以下过程：

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

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

S3：所述信号调理与测量电路模块的信号调理电路单元对所述平行板电容器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、以及温湿度传感器所获得的被测农作物样品的温湿度信号，获得介电常数和衰减系数与被测农作物样品的生物量的关系，依此来确定被测农作物样品的生物量。

上述农作物生物量测量方法中，所述过程S1中，所述信号发生模块采用直接数字频率合成芯片产生交流激励信号。

上述农作物生物量测量方法中，所述过程S4中，被测农作物样品的介电常数的获得方法具体为：

(1)将被测农作物样品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产生的激励信号作为扰动函数，所述平行板电容器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；