[发明专利]一种基于光电二极管的叶绿素荧光传感器及检测方法

权利要求书

1.一种基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，其特征在于，包括：PN型光电二极管、二向色镜、滤光片轮盘、LED光源模块、I/V转换模块、选择性锁相器放大器、高精度ADC采样模块和单片机，所述LED光源模块包括LED控制模块及与LED控制模块相连接的第一LED光源和第二LED光源，所述单片机与LED控制模块相连接，进行第一LED光源和第二LED光源的切换和参数控制，所述第一LED光源和第二LED光源指向二向色镜的入光端，所述滤光片轮盘设置在二向色镜的透射出光端，所述PN型光电二极管设置在滤光片轮盘上，所述PN型光电二极管、I/V转换模块、选择性锁相器放大器、高精度ADC采样模块和单片机依次串联。

2.根据权利要求1所述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，其特征在于，所述单片机采用STM32单片机。

3.根据权利要求1所述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，其特征在于，所述滤光片轮盘上设置有520nm、690nm以及740nm波段的窄带滤光片。

4.根据权利要求1所述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，其特征在于，所述第一LED光源的功率为1W，所述第二LED光源的功率为20W，所述LED控制模块中包括PWM模块。

5.根据权利要求1所述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，其特征在于，所述二向色镜反射经45度角射入的波长为 460nm的光，透射520nm到800nm波段的光。

6.根据权利要求1所述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，其特征在于，所述选择性锁相放大器的频率与第一LED光源在测量过程中发出的测量光频率一致。

7.一种叶绿素荧光的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

阶段1：通过单片机控制LED光源模块中的第一LED光源，发出波长460nm的测量光，光强1μmol/m²/s，频率5HZ，脉宽20ms，此时得到叶绿素荧光参数F₀，暗适应状态下最小荧光；

通过单片机控制LED光源模块中的第二LED光源，发出波长460nm的饱和脉冲光，光强：4000，频率10HZ，脉宽90ms；

然后通过单片机控制第一LED光源发出波长460nm的测量光，光强1μmol/m²/s，频率50HZ，脉宽2ms，此时得到叶绿素荧光参数F_m，暗适应状态下最大荧光；

阶段2：通过单片机控制LED光源模块中的第二LED光源发出波长460nm的光化光，光强300-2000，频率10HZ，脉宽30-50ms；

然后控制第一LED光源发出波长460nm、功率1W的测量光，光强1，频率5HZ，脉宽20ms，此时得到叶绿素荧光参数F，光适应状态下稳态荧光；

然后控制第二LED光源发出波长460nm的饱和脉冲光，光强4000，频率10HZ，脉宽90ms；

最后控制第一LED光源发出波长460nm的测量光，光强1，频率50HZ，脉宽2ms，此时得到叶绿素荧光参数F_m^’,光适应状态下最大荧光;

阶段2循环执行，直至叶绿素荧光参数F和叶绿素荧光参数F_m^’稳定得到最终的结果；

将滤光片轮盘依次转为520nm、690nm以及740nm波段的窄带滤光片，分别进行阶段1和阶段2的测量，通过PN型光电二极管在对应阶段的步骤中得到电流值，电流值通过I/V转换模块转为电压值，再经过选择性锁相放大器大幅度滤除干扰信号并将微弱的荧光信号放大输出至高精度ADC采样模块中，通过高精度ADC采样模块输出叶绿素荧光参数至单片机，得到不同波段下的叶绿素荧光参数F₀、F_m、F和F_m^’。

8.根据权利要求7所述的叶绿素荧光的检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过计算得到F_v= F_m - F₀，暗适应状态下的可变荧光；

F_v/ F_m =( F_m - F₀)/ F_m，PSⅡ的最大光合效率；

Y(II)=( F_m^’-F)/ F_m^’， PSⅡ的实际光合效率。