[发明专利]田间玉米植株叶片氮素含量检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱检测作物叶片领域，尤其涉及田间玉米植株叶片氮素含量检测装置。

背景技术

玉米果实含有大量的蛋白质、糖类、脂肪、维生素及微量元素硒、镁等多种营养元素。所以玉米在我国非常受老百姓欢迎，每年的产量很大。在玉米植株生长过程中，叶片氮素是合成蛋白质重要的物质基础，氮素缺乏进而影响玉米产量。监控玉米生长过程中氮素含量指标，分析造成氮素含量指标变化的原因，为玉米种植决策提供依据，对玉米种植合理水肥管理提供科学依据。

玉米叶片氮素含量测定仍然主要是化学方法测定。采用化学方法耗时费力，需要较多的人力成本，分析过程有较多的机械性操作，并且一般不适宜对大量样本进行分析，更不适合活体检测玉米叶片氮素含量，兼顾测定数据的准确性、操作便捷及环保无污染的特性，利用光谱学技术已经得到一定程度的应用。

因玉米叶片生长形态各异，现场测量对光源投射角度和光谱探头入射角度要求很高，现有的玉米叶片氮素含量光谱检测的方法大多采用采摘新叶，装袋碎冰保鲜防止叶片变质以影响氮素含量光谱测量的准确性，对测量氮素含量实时性要求高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供适用于现场检测、测量准确的田间玉米植株叶片氮素含量检测装置和方法。

为达上述目的，本发明采用的技术方案为：田间玉米植株叶片氮素含量检测装置，包括有光谱探头和可见近红外光源，其不同之处在于，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。

较佳地，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，在小车保持不动的情况下，可以对以万向节为圆点，弯刀悬挂臂直线距离为半径的区域叶片进行数据采集和检测。

较佳地，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，使之经久耐用。

较佳地，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，可以对同一株玉米不同高度的叶片进行数据采集和检测，还可以对不同生长期的玉米叶片进行数据采集和检测。

较佳地，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，保证检测设备和人员安全。

较佳地，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，方便工作人员通过液晶显示查看检测结果，电源装置有3组蓄电池组成，安装位置靠近前轮，除了给微型直流电机、光源和数据处理模块供电，还可以起到配重平衡的作用，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。

较佳地，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，使之经久耐用。

较佳地，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；