[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

说明书

本发明公开了一种基于光电二极管的叶绿素荧光传感器及检测方法，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，将滤光片轮盘依次转为520nm、690nm以及740nm波段的窄带滤光片，得到不同波段下的叶绿素荧光参数F₀、F_m、F和F_m^’。通过上述方式，本发明所述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器及检测方法，具有成本低、体积小、检测精度高和系统开放性高的特点，利用滤光片轮盘与选择性锁相放大器结合，实现了多光谱叶绿素荧光的检测。

技术领域

本发明涉及植物的检测技术领域，特别是涉及一种基于光电二极管的叶绿素荧光传感器及检测方法。

背景技术

植物的检测对植物的健康生长尤为重要，植物的健康程度可以由几种生物和非生物因素反映，因此，应用于植物的检测技术一直是研究热点之一。众所周知，植物受到胁迫会影响植物叶片的光合活性，而光合活性与植物生长发育密切相关。因此，通过能够反映植物光合活性的叶绿素荧光可以准确的研究植物的生理和胁迫状况，并对其进行监测调控。

目前植物叶绿素荧光的检测根据荧光采集设备的不同主要分为相机叶绿素荧光成像技术和光电二极管叶绿素荧光检测技术，其中，相机叶绿素荧光成像技术虽然可以通过高光谱成像直观的看出叶绿素荧光的数值及分布状况，但设备体积大，不易携带，以及其检测过程中采集得到的大量图像数据较难处理，限制了其野外植物检测的应用，同时高昂的设备价格进一步限制了技术的普及；光电二极管叶绿素荧光检测技术主要利用光电二极管采集植物发出的叶绿素荧光，不仅具有体积小、成本低的特点还可以用于实验室研究与野外测量。但目前的光电二极管叶绿素荧光检测仪器大都只能采集单波段的叶绿素荧光，并且在光电二极管的成本与系统开放性还需进一步优化。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于光电二极管的叶绿素荧光传感器及检测方法，降低成本的同时，提高检测精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，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。

在本发明一个较佳实施例中，所述单片机采用STM32单片机。

在本发明一个较佳实施例中，所述滤光片轮盘上设置有520nm、690nm以及740nm波段的窄带滤光片。

在本发明一个较佳实施例中，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。

在本发明一个较佳实施例中，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。

在本发明一个较佳实施例中，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。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种叶绿素荧光的检测方法，采用上述的基于光电二极管的叶绿素荧光传感器，包括以下步骤：