[发明专利]一种高精度作物生长信息监测仪及其检测方法

说明书

技术领域

本发明一种高精度作物生长信息监测仪，涉及信息农业中的作物精确诊断，重点针对田间作物信息快速获取，属于作物生长信息智能检测领域。

技术背景

方便快速、准确可靠且低成本地获取农作物生长信息(氮含量、氮积累量、叶面积指数、叶干重)是实施精准农业最基本的问题，是实现作物精确管理调控的关键。长期以来,作物生长信息获取方法是通过田间破坏性采样、室内生化测定，虽然结果较为可靠，但费时费工、污染环境，且在时空尺度上很难满足实时、快速、无损的要求。近年来，基于反射光谱识别物体特征的无损监测技术由于无破坏性，信息获取方便，实时性好等优点,被广泛用于作物生长指标及估产农学机理的研究中，为作物生长信息的快速感知提供了技术支撑。

专利200710019340.9和专利201210214137.8公开了一种以太阳光作为光源的便携式作物生长监测设备，这种设备的光电传感部件由上行光传感器和下行光传感器组成，作物冠层特征光谱反射率值是通过上行光传感器和下行光传感器匹配测量获取的，上行光传感器接收太阳辐射光信息，下行光传感器接收作物冠层反射光信息，在特定的测量环境下，反射率值的稳定性以及误差大小直接与两种传感器相关，任何一种传感器的性能、可靠性都会影响到反射率检测的精度。从原理上说，如果两种传感器的内部结构、参数、元器件性能完全相同，则可以保证测量结果的精度，但实际上难以实现。太阳辐射光与作物冠层反射光各有特征，测量太阳辐射光信息必须要克服太阳高度角变化的影响；测量冠层反射光信息必须要解决视场角与信号强度的矛盾，因此，难以用相同结构的一类传感器获取两种不同特征的光谱信息。即使两种传感器结构相同，但由于加工工艺、公差配给差异，以及内部各元器件性能参数在不同环境下的异样表现都会给测量带来不确定的结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中存在的不足，提供了一种使用单个传感器获取作物生长信息的测量方法和装置。由于使用同一个传感器获取太阳辐射光信息和作物冠层反射光信息，器件本身对两种信息的影响是相同的，而且可测可控，能够较高精度地获取作物氮含量、氮积累量、叶面积指数和叶干重等生长信息。

本发明为了解决上述结束问题采用以下技术方案：

一种高精度作物生长信息监测仪，包括光谱传感器、标准反射率白板、信号采集器、屏蔽导线，以及由水平支架、活动支撑杆组成的支架；其中，所述光谱传感器固定于水平支架的一端，水平支架的另一端与活动支撑杆活动连接，所述信号采集器紧固于活动支撑杆上位于人眼易于观察的高度；所述光谱传感器的输出端通过屏蔽导线串接信号采集器；所述标准反射率白板设置于光谱传感器下方且与光谱传感器垂直。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，还包括一个水平仪，所述水平仪紧固于活动支撑杆上位于信号采集器下方的末端处。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，所述光谱传感器包括光电探测器阵列以及金属外壳；其中：所述光电探测器阵列由一对光电探测器排列组成。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，所述光电探测器由光电二极管、位于光电二极管外层的光谱滤光片，以及位于光谱滤光片外层的滤波圈组成。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，在所述金属外壳上还套有保护玻璃。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，所述光谱滤光片的中心波段为720nm，810nm；所述滤波圈的视场角为25°-30°，孔径为12.8mm。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，所述信号采集器包括前置放大电路、滤波电路、增益可调电路、模数转换电路、单片微型处理器、控制键盘、液晶屏、电源电路、指示电路；其中：所述前置放大电路依次串接滤波电路、增益可调电路、模数转换电路、单片微型处理器；所述控制键盘连接单片微型处理器；所述单片微型处理器与液晶屏连接；所述电源电路与指示电路相连且向整个装置供电。

作为进一步优化方案，本发明的一种高精度作物生长信息监测仪，所述标准反射率白板为边长25cm的矩形板，在720nm处的光谱反射率为99.3%，在810nm处的光谱反射率为99.4%。

本发明还提出一种高精度作物生长信息监测仪的检测方法，采用如下步骤：

步骤1），选择晴朗、少云、无风天气，将光谱传感器连接于水平支架一端的下表面；将水平支架的另一端通过紧固螺丝固定在活动支撑杆的顶部；通过观察水平仪，调节活动支撑杆，设置光谱传感器与水平位置成90°，