[发明专利]大面积小麦冠层平均温度监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及在线温度监测技术领域，尤其涉及一种大面积小麦观测平均温度监测系统及方法。

背景技术

小麦在我国的农作物中所占比例一直很大。研究小麦的光合作用有利于提高小麦的单位产量，而温度对光合作用的影响十分巨大。因此，对小麦的温度进行在线及时监测，是农业提高经济效益、生产效率的必要途径。

然而，目前尚无针对小麦叶片温度的有效监测方法，目前均采用逐个测量小麦叶片温度的方式对疫情进行判断和预警。传统方法在测温度前需用夹子夹住叶片，逐一对小麦的温度进行测量，这种测量方法不仅费时费工，而且对叶片也有损伤，不易对大片区域小麦进行测量。虽然可以实现小麦温度测量的目的，但有如下缺陷：

(1)费时，测量100小麦叶片温度需要半小时，在大片区域的产麦区使用较难，每天需专人耗费大量时间进行测量；

(2)费力，操作过程较为复杂，对操作人员熟练程度有一定的要求；

(3)每次测量都对小麦有不同程度的损伤，面临测量数量与损伤小麦之间的矛盾。

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：提供一种省时省力、可对大面积小麦冠层平均温度进行快速、准确的监测的大面积小麦冠层平均温度监测系统及方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种大面积小麦冠层平均温度监测系统，该系统包括：红外探测模块，用于探测预设面积的探测区域内的红外辐射信号；信号采集与处理模块，与所述红外探测模块相连，用于串行读出所述红外探测模块输出的电信号，并对其进行处理，输出数字温度信号；数据处理模块，与所述信号采集与处理模块相连，用于根据所述数字温度信号，反演所述探测区域内的平均温度。

优选地，所述红外探测模块进一步包括：红外探测器，置于所述探测区域内的预设位置，用于探测预设面积的探测区域内的红外辐射信号；镜头，设置于所述红外探测器前端，用于调整所述红外探测器的视场角。

优选地，所述红外探测器以多晶硅材料为基底。

优选地，所述信号采集与处理模块进一步包括：信号采集单元，与所述红外探测模块相连，用于串行读出所述红外探测模块输出的电信号；信号处理单元，与所述信号采集单元相连，用于对所述信号采集单元采集到的电信号进行放大及滤波处理，对放大及滤波处理后的信号逐一进行模数转换，输出数字温度信号。

优选地，该装置还包括：控制模块，所述控制模块与所述信号采集及处理模块以及所述数据处理模块均相连，用于向所述信号采集及处理模块发出读出命令，以及接收所述数据处理模块反演得到的所述探测区域内的温度数据。

本发明还提供了一种大面积小麦冠层平均温度监测方法，该方法包括步骤：

S1.将红外探测模块置于探测区域内的预设位置；

S2.串行读取所述红外探测模块输出的电信号，对其进行处理并输出数字温度信号；

S3.采用实时标定的方法，对所述探测区域内部的黑体进行测定和定标，并根据所述数字温度信号以及小麦叶片的发射率，反演所述探测区域内的平均温度。

优选地，步骤S2进一步包括：

S2.1串行读出所述红外探测模块输出的电信号；

S2.2对所述电信号进行放大及滤波处理，对放大及滤波处理后的信号逐一进行模数转换，输出数字温度信号。

优选地，步骤S3进一步包括：

S3.1采用实时定标方式，对所述探测区域内部的黑体进行测定和标定；

S3.2根据所述数字温度信号以及小麦叶片的发射率，获得所述探测区域内小麦的表观温度；

S3.3根据步骤S3.1的定标结果，对步骤S3.2得到的所述表观温度进行辐射率修正，得到所述探测区域内小麦的真实温度，生成探测区域内的平均温度。

优选地，步骤S3中，根据下式对所述探测区域内部的黑体进行标定以及计算小麦叶片的表观温度：

V＝RaεσT⁴＝KT⁴

其中，V为所述数字温度信号，T为小麦叶片的绝对温度，R为红外探测器的灵敏度，a为与大气衰减距离有关的常数，ε为小麦叶片的发射率，标定时ε取1，σ为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。

(三)有益效果

本发明的系统及方法可以以非接触方式，在一定距离(如1.5m)对小麦区域平均温度情况进行监测；不仅能够快速获得小麦叶片的温度，而且不会对小麦有任何的损伤；弥补了原有测温方法的不足，从而对实现不同区域范围的目标进行监测。

附图说明