[发明专利]植株生长周期叶绿素含量高精度自动化测量装置及测定方法

说明书

本发明提供了一种植株生长周期叶绿素含量高精度自动化测量装置及测定方法，其包括：支撑平台、转盘、暗箱、光源模块、叶绿素传感器模块、控制柜和上位机，所述支撑平台设置于控制柜的顶部，所述转盘和暗箱设置于支撑平台上，所述叶绿素传感器模块以及光源模块设置于暗箱内，所述控制柜内设置有光源控制器、电源模块、信号采集放大及AD模块、PLC控制模块和上位机处理/显示模块。该测定方法为：暗箱门打开植株自动运行到暗箱内，暗箱门关闭光源打开上位机通过叶绿素传感器模块获取红光、红外光入射、反射、透射值，上位机对获取的数值进行处理得到植株叶绿素相对含量保存并显示。本发明能有效的降低人工劳动强度，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种植株生长周期叶绿素含量高精度自动化测量装置及测定方法，属于农业机械技术领域。

背景技术

由于农作物一般都有一定时间的生长周期，为了获取植物生长周期中不同时间段的相关生长状态，需要对植株的生长状态定时进行监测，而人工监测费时、费力。叶绿素含量是植物生长状态的一个重要指标，通过叶绿素含量的测定可以间接的了解植株叶片的氮营养状况，进而对作物的生长和营养状态进行初步的判断。

目前叶绿素测量方法主要分为理化测量、接触式测量和非接触测量3大类。理化测量是一种破坏性测量方法。由于叶绿素是一种二羧酸的脂，因此具有亲脂性。依据相似相溶的原理，通过将叶绿素溶解于有机溶剂，然后再用相关技术测量叶绿素的含量。该方法操作复杂、需要相关专业设备、价格昂贵且对植株叶片造成破坏。接触式测量主要是利用了光谱技术，其特点是测量仪器体积小、测量过程不需要试剂、直接读数。该方法具有无损、实时检测、操作简单等优点，但需要保证植株与仪器接触且需要人工操作，因此效率低。非接触式测量主要依据叶绿荧光现象、光谱技术、图像处理技术、遥感技术以及机器视觉技术等。该方法能实现大面积测量，但是测量精度相对较低且测量装备价格相对昂贵。

现有的叶绿素测量仪方面的专利大多分为两类：一类是手持式叶片小面积测量，其测量范围小、价格较高且需要人工操作，如典型的SPAD502测量仪；另一类是地表大面积的植被覆盖面积测量，其测量精度低且价钱昂贵，如SKYE公司开发SpectroSense2地表植被光谱仪。叶绿素吸收峰是蓝光和红光区域，在绿光区域是吸收低谷，并且在近红外区域几乎没有吸收，两类测量方法的原理基本基于此。选择红光区域和近红外区域测量叶绿素，第一类是利用由发光二极管发射红光(峰值波长650nm)和近红外光(峰值波长940nm)。近红外光的发射和接收主要是为了消除叶片厚度等方面对测量结果的影响。红光到达叶片后，一部分被叶片的叶绿素所吸收，少量被反射，剩下的透过叶片被接收器转换成为相应的电信号，然后通过A/D转换器转换为数字信号，微处理器利用这些数字信号计算叶绿素的相对含量。该方法的缺点是测量范围小、效率低、劳动量大、不适合叶绿素含量自动化测量。第二类利用太阳光而不需要额外光源，利用由于地表植物对红光的吸收大反射小对近红外光吸收小反射大的原理，通过测量叶绿素传感器接收的红光和红外光的反射值大小来衡量地表植被指数。该方法单纯的利用反射值来衡量叶绿素的相对含量，测量精度低且需要人工测量，不适合叶绿素自动化测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种植株生长周期叶绿素含量高精度自动化测量装置及测定方法。

本发明提供一种植株生长周期叶绿素含量高精度自动化测量装置及测定方法，该测量方法是将叶绿素测量叶绿素传感器安装于植株自动化监测平台上，该平台通过PLC控制电机的转动可同时容纳七盆植株的监测，通过上位机控制界面给下位机发送指令并接收叶绿素传感信号值通过相关处理得到植株叶绿素相对含量并将结果显示和保存。叶绿素传感器模块与自动化监测平台的结合可以实现叶绿素的自动化测量、简化操作流程、提高工作效率。具体包括以下两个方面：