[发明专利]田间玉米植株叶片氮素含量检测装置和方法

权利要求书

1.田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，包括有可见近红外光源和光谱探头，其特征在于，还包括有悬挂装置、电驱小车和数据处理模块，悬挂装置由直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂组成，万向节固定端和直角伸展臂水平外延端连接，万向节活动端和弯刀悬挂臂顶端连接，弯刀悬挂臂弧形均匀设置一排安装孔，光源和光谱探头根据投射角度和入射角度分别选择其中一个安装孔连接在弯刀悬挂臂上，螺栓固定；电驱小车由车架、电源装置、车轮和微型直流电机组成，车架前端和后端分别安装有1个前轮和2个后轮，微型直流电机安装在前轮内部，电源装置安装在车架上面靠近前轮位置；数据处理模块安装在车架前部一根立杆上；悬挂装置和电驱小车通过连接杆连接。

2.根据权利要求1所述的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，其特征在于，所述的弯刀悬挂臂上均匀分布有15个圆孔，圆孔中心距离10 cm，弯刀悬挂臂通过万向节可以实现全自由度转动，可以实现对自然形态叶片正反两面光谱采集。

3.根据权利要求1所述的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，其特征在于，所述的直角伸展臂长2米，直角之间焊接一块三角板，直角外围焊接一根加强筋，增加直角伸展臂的抗拉抗弯强度。

4.根据权利要求1所述的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，其特征在于，所述的连接杆两端分别与驱动小车的车架中部立杆、悬挂装置的直角伸展臂垂直端螺纹连接，通过转动连接杆实现悬挂装置高度调节，保证不同生长高度的玉米叶片都能被检测到。

5.根据权利要求1所述的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，其特征在于，所述的直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂材质为铝材，连接杆和车架材质为铸铁材料，小车在田间行进和开展检测工作时可以最大限度保持平衡。

6.根据权利要求1所述的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，其特征在于，所述的数据处理模块，液晶显示，安装高度为1.2米，与水平夹角为120度，电源装置有3组蓄电池组成，安装位置靠近前轮，给微型直流电机、光源和数据处理模块供电，微型直流电机驱动前轮向前或向后行进，后轮控制行进方向。

7.根据权利要求1所述的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，其特征在于，所述的电驱小车的车架中部立杆两侧分别安装有一根加强筋，车架中部立杆和车架前部立杆之间焊接有倒T字形连杆，倒T字形连杆顶端和车架中部立杆之间焊接有一根短连接杆，增加驱动小车的结构强度。

8.田间玉米植株叶片氮素含量检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（a）设备准备：将装置牵引或自行至待展开检测工作的位置，启动电源开关，开启光源，预热15分钟，使光源稳定，对装置水平找平，保持稳定；

（b）光谱白板矫正：白板与玉米植株叶片高度平齐放置，进行光谱白板矫正；

（c）光谱采集角度调整：调节直角伸展臂的高度，使玉米植株叶片处于直角伸展臂下方，将光谱探头和光源通过安装孔分别安装在弯刀悬挂臂上，光谱探头和光源的数据线和光纤线分别与数据处理模块和电源装置连接，转动弯刀悬挂臂，获取较佳的检测角度，使光源投射角与叶片检测点平面呈45度，光谱探头接收反射光，反射角与叶片检测点平面呈45度，利用光谱探头采集检测点处的波长为616nm、682nm、810nm、956nm、1026nm、1220nm、1450nm、1518nm、1860nm、1930nm 、2012nm和2228 nm所对应玉米植株叶片的反射率；

（d）理化值计算：将所得反射率输入检测装置，检测装置依据多元线性回归方程：

Y=12.172X1+16.263X2-21.328X3+24.625X4+318.342X5-410.208X6+218.104X7+228.042X8-369.682X9+282.453X10-282.216X11+61.165X12+2.1，计算得到玉米植株叶片的氮素含量，式中Y为玉米植株叶片的氮素含量；X1~X12分别为波长616nm、682nm、810nm、956nm、1026nm、1220nm、1450nm、1518nm、1860nm、1930nm、2012nm和2228 nm所对应的玉米植株叶片的反射率。