CN101715551B - 现场植物分析设备、用于跟踪种植的状态或进展的方法以及用于管理植物性处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过光激发和荧光测量对植物进行分析的设备，可在无需对植物进行准备的情况下现场使用该设备。本发明还涉及用于对植物的外皮或表皮中的化合物的含量进行评估的设备。基于该设备的使用，本发明还涉及用于对农作物的生长和成熟度进行评估和监测的方法以及用于对植物处理进行检测和控制的方法。该设备的几何特征在于激发光线的方向和荧光光线的方向彼此不共线。该设备包括具有不同波长的多个发射器组，每个发射器组包括多个发射器，并且该设备可以实现对多个激发-荧光组合的测量。

Description

现场植物分析设备、用于跟踪种植的状态或进展的方法以及用于管理植物性处理的方法
本发明涉及通过光激发和荧光测量对植物进行分析的装置，该装置能够在无需对植物进行准备的情况下使用。
本发明还涉及用于评估植物表皮或外皮中化合物含量的装置。
基于这种装置的使用，本发明还涉及用于评估和监测农作物的生长和成熟的方法、以及用于监测和控制植物处理的方法。
本发明应用于在所谓精确农业范畴内对例如来自植物且更具体地来自农作物的生物组织进行分析和评估的领域。
当寻求例如随时间或根据某地理区域内农作物的当地特性对农作物的状态和生长进行更精确地管理时，使用精确农业这一术语。例如，该术语可以涉及对所获得产品的质量进行优化，或者将处理或供应的营养限制到必要或有益的范围。
直到最近，对植物状态的精确评估如糖含量的分析或光谱学研究在实验室中最经常依赖于对植物的破坏性分析。这样的方法复杂且不实际。而且它们无法在现场使用并不允许实时开展。
文献US2005/0098713提出了通过采用调制和相位检测进行反射比测量并利用叶子中的色素、具体是叶绿素或胡萝卜素对农作物的某些状态进行评估。
该装置使用并排布置的发光二极管网和检测器网，每一个发出或接收由准直光学器件收集并准直的光束。
这种反射比测量技术具有某些缺点，例如，对测量表面的状态或清洁度极为敏感。
在C.Belzile等人发表在SPIE论文集(vol 5271，pp 244-252，2004)中的、题为“用于农作物评估的操作性荧光系统(An operationalfluorescence system for crop assessment)”的出版物中公开了另一测量装置，该装置用于通过测量存在于叶子中的叶绿素的荧光来评估马铃薯植株的某些状态，如水或热应力(thermal stress)。该装置使用以不同波长激发并以不同方式调制的两个发光二极管(LED)以47cm+/-7cm的距离通过准直光学器件对叶子进行照射。通过准直光学器件对荧光进行测量，准直光学器件由位于检测器与滤光器之间对应于待测量荧光波长的组件构成，且其信号相对于激发源被解调。
这种技术并不进行全部有益的测量并具有某些缺点。每一发射波长使用由透镜准直的单一光束所产生的单一源。为了接收所产生的荧光，检测器也使用准直光学器件。
在现有技术中一直存在多种缺点，例如，空间需求、调整问题以及因使用准直光学器件而导致的距离约束。此外，这种源对物体的照射并非一直均匀且不够恒定，特别是在物体具有高起伏性例如水果或蔬菜或草的叶片的情况下。
此外，以确定的波长测量单一的荧光不足以提供某些重要信息，如农作物生长的某些化合物特征的含量。类似地，仅使用两个荧光激发波长限制了这种装置的使用，虽然在该装置中所占体积不显著但其特征使得将该装置安装在车辆上成为必然。
此外，当测量值能够在非常宽的范围内变化时，在选择相同波长的情况下可能无法测量该范围的所有部分。
而且，当所研究的植物中的化学成分随时间变化时，使用给定波长可能无法正确地发挥作用。
能够具有这样的装置也是有益的，这种装置足够紧凑从而能够通过手动方式使用且足够经济而使很多使用者可以获得。
本发明的目的是克服现有技术的缺点，具体是提供以下改进：
-允许现场的无破坏性和快速测量，
-允许仅从待评估植物的一侧进行测量，
-获得对三维物体的测量的良好均匀性，
-减小或优化空间需求，
-改进使用的简易性和系统的强度，
-改善对可用于测量的距离的范围的限制，并允许对一种或多种荧光或非荧光化合物进行测量。
本发明的另一目的是提高或优化随时间或在完全不同的地理区域内监测植物的可能性，具体地：
-允许超过直接测量范围进行一个或多个发展标准的评估；
-优化在含量范围内的测量连续性或提高该可测量范围的宽度；
-优化在所测量含量以外的化学成分范围内的测量连续性例如根据季节，或提高该可测量范围的宽度。
为此，本发明提出了用于通过荧光测量对植物进行非破坏性分析的设备，该设备包括：
-激发装置，以确定的波段发出激发光，以在目标区域的组织中产生荧光；
-以确定的波段进行检测的检测装置，用于检测所产生的所述荧光，
-用于管理所述激发装置和所述检测装置的管理装置，以及
-处理装置，被布置为使激发装置与检测装置相互关联以对所产生的荧光提供测量。
根据本发明，激发装置和检测装置根据确定的几何被布置为使得一方面的照射所述目标区域的激发光线的方向和另一方面的由检测装置检测的荧光光线的方向彼此不共线。
具体地，检测装置在不经过光学会聚装置的情况下接收由目标区域产生的荧光。
相比使用收集和/或准直光学器件的已知技术，获得了更好的紧凑性以及更大范围的测量距离、较低的成本和更高的制造简易性。检测器无需在位置或定向方面进行非常精确的调整，并且所获得的设备更结实、更易于使用和维护。
在以下描述的实施方式中，测量距离可减小到约5cm或7cm，且一般减小到约10cm或15cm。尽管存在要增加检测距离以节省机械运动的自然倾向，但是这种短的测量距离也具有优点。这种短的测量距离允许测量的更高精度、需要更少的瞄准装置或方法(如图像分析)、并降低了环境光的影响。
优选地，激发装置包括发射器组，发射器组包括至少两个光发射器，至少两个光发射器位于检测装置的两侧并且在彼此不共线的方向上以相同的波段对目标区域进行照射。
具体地，与它们相对于检测器的位置相结合的该多个发射器允许从不同角度对目标进行更均匀地照射。因此，对于具有非均匀的凹凸起伏的物体，由检测器对准并处理的区域无论其空间定向如何都得到了更加恒定的照射。
在优选实施方式中，根据本发明的设备包括：
-根据多个不同波段的激发装置，被确定为允许进行多个荧光测量，和/或
-能够以多个波段检测荧光的检测装置，被确定为允许多个荧光测量。
因此，可以通过同一设备进行多个不同的荧光测量。
这里，不同的荧光测量被限定为每个荧光测量对应于与确定的荧光波段相关联的确定的激发波段的组合。因此，例如，表示为RFG(红荧光-具有绿激发)的荧光测量对应于通过绿激发产生的红荧光辐射的测量。
根据本发明的有利方面，该设备还包括用于从多个可能测量中选择荧光测量的选择装置，所述选择包含激发装置和检测装置的选择以及对应于所选择的荧光测量而将要实施的处理方法的选择。
因此，获得了多功能和灵活的工具，这种工具是支付得起的并可用于多种用途：例如用于小规模和大规模的试验或生产。
根据本发明的特征，管理装置和处理装置被设置为自动地选择并顺序地或择一地实施多个不同的荧光测量。
因而，可将多个不同的测量的获取编排在使用者采取的单一行动中或编排在单一移动过程中。
在有利实施方式中，根据本发明的设备包括具有其自身电源的便携式箱体，便携式箱体具有承载用户界面装置的第一面和指向测量方向的第二所谓测量面。该测量面：
-一方面在其外周包括承载激发装置的表面，
-另一方面在其中心包括在测量方向上延伸的部件。
该延伸部件构成检测模块，检测模块容纳至少部分的检测电子装置并在其测量方向一侧的表面上、优选地以与激发发射器端部相同水平承载检测装置。
这些特征有助于降低该设备的空间需求、重量和成本，该设备可以被制成便携形式从而可由个人徒步以手动方式使用。
由于激发装置和检测装置被组装在设备的单一面上，因此可以在无需采样或处理的情况下在待分析植物的单侧进行测量。因而，可以以无破坏性的方式充分和快速地进行这些测量，并且可以以空中方式并在如种植园或田地或草坪中的多个植物前方移动进行这些测量。
化合物的测量
本发明的优选实施方式包括这样的设备，该设备的管理装置和处理装置被布置和编排为提供至少两个不同的荧光测量，并且该设备的管理装置和处理装置被确定为通过处理装置彼此结合和相关联，以计算存在于目标中的成分含量的测量。
更具体地，管理装置和处理装置被布置和编排为通过对光激发的遮蔽作用(screening effect)提供发色和非荧光化合物的含量进行测量，该光激发产生待测量化合物以外的另一化合物的荧光。
有益应用的示例是包括对葡萄浆果外皮中的花青素或类黄酮族的化合物、即叶绿素以外的荧光化合物的含量进行测量。
为了在以可变距离进行测量的过程中使测量保持稳定，通过遮蔽作用进行的该测量包括在例如叶绿素等荧光化合物中产生的两个不同的荧光测量。通过使用由目标发色化合物以不同方式吸收(通常用于激发)的波长来选择这两个荧光测量。在这两个测量中，其激发由目标化合物吸收的测量被称作“受影响”测量，而另一个测量则被称作基准测量。通过对这两个荧光测量的进行结合和相互关联的处理，可以通过保持关于测量距离的良好独立性导出已滤除激发光的目标化合物的量。
这里所描述的设备非常适于进行这种含量测量，因为这种含量测量需要两个不同的荧光测量。
同样地，本发明还提出了包括这种分析设备的生物学的或农业的管理系统。
具体地，该系统可包括用于与数字位置确定技术通讯的装置、或用于测量控制的装置、或用于处理控制的装置、或计算机通讯装置、或这些装置的组合。
本发明还提出了用于通过利用该设备对生物学实体、且更具体地是植物的状态进行评估的方法。
具体地，该方法地可以实现通过在同一植物或同一土地地块中随时间对确定化合物进行的多个测量进行比较来实时地监测农作物的生长。
该方法还可以实现通过在所述地块中对确定化合物进行的多个测量进行比较来对在包括多个地块的地理区域中监测农作物的状态。
在农业应用背景下，根据本发明的设备或系统的多功能性和灵活性还可以实现确定对应于待分析植物和/或该待分析植物的生长的、可能是部分经验性的一个或多个指标。
荧光测量组合的示例
简单地讲，通过遮蔽作用进行的含量测量基于获取由待测量化合物而形成的吸光率值，并对应于以下类型的公式：
吸光率＝log(基准荧光/受影响荧光)
这种含量测量的组合表示为：
“(基准荧光激发/受影响荧光激发)”。
因此，表示为“FRFR/FRFG”的测量对应于：
-基准测量：由红激发产生的远红荧光(FRF)
与
-受影响测量：由绿激发产生的远红荧光(FRF)
相互关联。
本发明的不同实施方式通过提供具有相应发射器和检测器波长的设备实现具体对以下化合物或指标的测量：
FRFB/FRFG：花青素和某些类胡萝卜素。
FRFA/FRFG：花青素和某些类胡萝卜素。
FRFR/FRFG：花青素和某些类胡萝卜素。
BGFUV/FRFUV：可相当精确地代表花青素含量且在测量距离变化时还具有良好稳定性的复合指标。该指标对某些类型病原体的存在敏感。通过与有关花青素的另一测量相互关联，该指标可以实现例如在收获期间或为调整处理而验证是否存在病原体。
此外，该指标对双子叶植物类型的阔叶杂草(例如，白藜)在单子叶植物类型的农作物(例如，玉米)中的存在敏感。
YGFB/FRFB：可代表木质素、角质和其它酚醛型聚合物存在的复合指标，该指标具有完全不需要以紫外进行激发的优点，紫外发射器通常笨重并具有小于一般可得到的RGB二极管阵列的范围。
FRFR/FRFUV：类黄酮。
FRFR/FRFB：本质上基于类黄酮但还对类胡萝卜素敏感的复合指标，因此该指标可以通过与另一的类黄酮测量相互关联实现对类胡萝卜素的检测。
FRFB/RFB：叶绿素。
FRFA/RFA：叶绿素。
上述波段对应于以下波长：
UV：300-400nm(紫外)，更具体地360-390nm
B：400-470nm(蓝)
BGF：400-500nm(蓝-绿荧光)
G：510-540nm(绿)
YGF：520-570nm(黄绿荧光)
A：590nm(琥珀色)
R：620-650nm(红)
RF：670-695nm(红荧光)
FRF：705-800nm(远红荧光)
测量范围的改善
根据本发明的设备的多功能性还允许对可能的测量范围和该范围中的测量连续性进行改善和优化。
因此，对于通过遮蔽作用进行的确定化合物的测量，当该化合物大量存在时，对激发的吸收可能过于显著而无法将所产生的荧光从具体为测量环境的噪声中分离。因而，受目标化合物影响的荧光测量的发展不再反映该目标化合物的含量。
针对该问题，根据本发明的设备包括这种可能性，即，当基准测量略微受到目标化合物影响时，通过使用该基准测量的小变化而将基准测量处理为受影响测量。从而，该设备包括定位和引导装置，例如围绕测量面的裙状罩，从而可以实现维持恒定的测量距离。
这种引导装置有利地包括突出到测量面以外的延伸部，该延伸部足够刚性以允许使用者通过将该引导装置轻置于待测量植物顶部而使该植物弯曲。从而快速且容易地使待测量植物距离测量面适当的距离。该延伸部可以被设置为穿孔构造(open-worked)并围绕部分或全部测量面。具体地，可通过例如由弹性金属丝或模制塑料格构物制成的简单刚性或弹性格构物形成上述裙状罩。
因此，使用者可通过简单地从植物前方经过、并同时将引导装置轻置于这些植物的末端或这些植物所构成的植被的表面上而紧接地或甚至连续地对大量植物进行测量。因而该使用者可通过将麦穗轻轻展平而覆盖小麦田的表面以快速测量大量麦秆末端。还可以对树篱的树叶或草坪或草场中的草叶进行快速检查。
通常的所谓“权威”公式的数学结果遵循下降曲线，而化合物含量却增加。于是，处理装置进行数学校正，该数学校正包括倒转受影响的荧光与基准荧光之间的比率。这种倒转可以实现提供连续增加的数值，这对使用者更有意义并可以实现构成更符合人机工程的准直以提供化合物含量。
为了在没有化合物含量的先验知识的情况下提供测量，该设备可使用另一荧光测量以确定例如为花青素情况下的BGFUV/FRFUV测量的主测量是否饱和。在包括琥珀色光激发发射器组的实施方式中，该设备还可使用YGFA/FRFA测量。琥珀色光源的功率允许以大于用所述UV源的距离进行测量，例如高达约1m。
通过使用不同于该目标化合物的吸收峰的新的激发波长来提供超过化合物初始测量的饱和阈值的另一可能性。该设备的多功能性可以实现当FRFR/FRFG测量饱和时通过FRFA/FRFG测量结合例如用于花青素的第三荧光测量。
此外，所测量含量以外的化学成分的变化可能例如通过生长过程中的pH值的变化并根据季节影响该成分的测量性能。
多个可能的测量组合可以例如在花青素情况下在3个测量FRFB/FRFG、FRFA/FRFG和FRFR/FRFG之间从一种组合变化到另一种。
因此，为了改善化合物成分测量的连续性，或为了扩充可以进行该测量的“外部”化学成分范围，该设备包括根据荧光测量的环境对使用一个或多个不同测量进行选择。这些可能性被编排在该设备的处理装置中，并且允许在不进行新的荧光测量的情况下并通过相同的发射和检测装置实现在化合物测量的更宽范围内更好的测量连续性。
依据季节或根据含量或荧光的第一测量或根据由另一设备提供的信息，这种选择可以是推荐的或自动的。
应用：
本发明应用于多种农业领域或对自然地区的管理。
一种典型的用途是测量叶子表皮或不同类型的蔬菜或水果的外皮中类黄酮或花青素的含量。
通常类黄酮和花青素可与水果例如苹果的营养价值相关。
通常花青素可与水果的成熟并更精确地与酚成熟度相关。
另一令人感兴趣的用途是某地区植被的状态的精确发展，该地区植被具有例如地图形式的某种异质性。该地区可能是如自然公园的野外地区、耕作地区或如高尔夫球场或体育场的受维护地区。
其它化合物如类胡萝卜素可与蔬菜的成熟度相关，例如番茄情况下的番茄素。
具体地，本发明提出了实施这样一种方法，即通过测量水果、具体是葡萄浆果或一串葡萄的外皮中的至少一种花青素或类黄酮型化合物的含量来评估葡萄的成熟度或质量或成分。
在葡萄的情况下，花青素含量(具体在红葡萄的情况下)或类黄酮含量(具体在白葡萄的情况下)的测量可以实现在无需化学分析的情况下获得良好的所谓酚成熟度指标。实际上，这种酚成熟度是可能影响由该葡萄所得到的葡萄酒的质量的重要因素。
因此，本发明可以实现具体在不同的农作物情况下就时间或空间方面对农作物在其生长的不同时间或在不同的地块中的状态或需求获得更好的知识。这种知识可以实现在恰当的时机对如修剪、收获、植物治疗处理或营养供应等不同操作进行组织。
处理的控制
有利地，本发明可被实施以在测量装置经过农作物或收获后农作物经过测量装置时对待评估的多个植物进行专门分析。
这种评估还可以实现按照需要或在需要时对正在进行的操作的特性或所采用的处理或营养的质量进行实时调整。
因此，本发明的用途可以是根据待评估植物的状态对施肥处理进行调整、或根据对病原体及其质量的检测对植物治疗处理进行调整。
本发明的另一用途可以是对收获后的产品质量进行检测、以及对包装过程中的选择或处理进行控制。
通过非限制性的实施方式的描述以及附图，本发明的其它特征和优点显而易见，在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的设备；
-图2是从根据本发明的实施方式的设备的测量面一侧观察到的立体图；
-图3是根据本发明的实施方式的设备的简化的侧向剖视图；
-图4示出了用于根据本发明的实施方式的设备的波长谱图；
-图5是示出了根据本发明实施方式的系统的执行的示意图。
图1至3示出了经实际实施和测试的本发明的优选实施方式。
此实施方式基于便携箱体10并由远程设置或集成在手柄中的电池121供电，箱体10设置有测量面14和用户界面，用户界面包括屏幕152和控制器，如按钮或按键101和102。该箱体可由形成手柄12的部件保持，手柄12容纳可更换电池121或用于远程便携电池的连接器。
该箱体10还包括圆柱形部件13，圆柱形部件13朝与界面相反的一侧延伸并在其端部载有测量面。测量面14由护罩130围绕，护罩130几乎是不透明的且可以拆卸，这样可以降低来自环境光的干扰并提供了相对于测量面14的最优测量距离的基准点。
该测量面包括覆盖待测量荧光波长的检测器组40。在这里所描述的实施方式中，该检测器组40包括3个检测器41、42和43，这3个检测器41、42和43彼此邻近且在测量面14的中部以等边三角形的方式聚集在一起。这3个检测器被定向为处于围绕检测轴线140彼此平行、或围绕该检测轴线140极轻微地会聚。这些检测器41、42和43其中每一个包括在此是约2cmx2cm的硅光电二极管420的检测元件并检测分别为蓝-绿、红和远红的确定波段的光。该检测波段通过彩色或高通滤光器和干涉滤光器获得。这两种滤光器的组合允许更好的过滤，这种更好的过滤具体对于防止检测器接收由激发源发出的辐射是必要的。
应当注意，检测器直接接收待测量的荧光而无需使用收集、会聚或准直光学器件。每个检测器仅要求单一检测元件即光电二极管420(图3)被选择为足够大以获得良好灵敏度，这种良好灵敏度可以实现通过收集光学器件进行分配。从而，该检测元件接收源自由激发发射器所照射的所有目标区域91的辐射49。
这种设置可以实现使用相对简单的检测元件以及避免对收集光学器件的需要。除了节约光学器件的成本外，还避免了尺寸要求、调节和场深度约束。
测量面14具有载有多个发射器组的内凹圆锥形外周面，分布在围绕检测器组40的圆中的多个发射器组可发出不同波长的激发光。
这些发射器包括紫外发射器组20，该紫外发射器组20包括6个UV发射器21至26，6个UV发射器21至26以两个相邻发射器为一组间隔120°的3组分布在围绕检测器组40的圆中。
这些源中的每一个包括在这里是紫外LED 27的源，紫外LED 27置于形成约30°的光束的抛物面反射器281中。反射器安装在基座282上，基座282决定反射器的光束关于检测轴线140的位置。可选地，UV发射器还可使用折射设备或折反射设备以改善所发出光束的会聚。
发射器还包括可见光发射器组30，可见光发射器组30包括3个发射器31、32和33，这3个发射器31、32和33分布在与UV发射器组20相同的圆中并与UV发射器相间。这些可见光发射器中的每一个包括含有相间的红、绿和蓝彩色LED阵列的源，该源并入公共部件34中，该公共部件34的两侧测量范围约为4.5cm、功率为3x15W并由形成会聚微透镜的透明塑料板覆盖。该公共部件34安装在形成辐射体的块36上，该块36的形状决定了该源关于检测轴线140的定向。发射器还包括宽带通彩色滤光器，从而可以实现将发射约束在用于检测荧光的波长，具体是朝向远红外。
作为在此所描述的RGB(红-绿-蓝)源的可替换方案，还可使用例如持续具有约200W的高能单色LED阵列形式的琥珀色-彩色源的单色激发源。
对激发发射器进行定向以实现该目标区域91的均匀照射，即使当目标区域91是异质物体和/或三维时。
在短距离应用的实施方式中，例如通过使用UV激发使发射器的光束定向为朝向轴线140或检测器41、42和43的轴线A41、A42和A43会聚。更具体地，激发光束的轴线A22、A32以最优的测量距离彼此相交并在相同点P140与检测轴线140相交。在所述实施方式中，会聚点P140位于与检测器组40相距10到20cm之间、例如约15cm的位置。
所发射的光束并未被准直且形成一定的空隙或发散的事实可以实现对影响测量距离的约束进行限制。事实上，由于在此作为目标的一串葡萄9位于发射器的光束29和39内，因此该目标在其指向检测器组40的不同面上都得到了均匀地照射。因此，向检测器发射的荧光49足够稳定和均匀以提供对所测量区域91的真实测量。
因此，尽管使用UV发射器以约15cm的距离进行测量，但是例如对于花青素的测量，可以仅使用可见光发射器以甚至达到1m的更大距离进行测量。
在其它实施方式中，例如对于以很大距离进行测量的应用，可将来自发射器的光束定向为平行于检测轴线。
图3更具体地图示了本发明的该实施方式中的设备的结构。箱体的圆柱形部件13容纳实质上为环形的电子卡131，该电子卡131包括激发源用的供电电路、激发脉冲的管理电路和形成电流发生器的电路。
检测器和附带的电子装置一起聚集在圆柱形检测模块400中，该圆柱形检测模块400在由激发发射器形成的圆的圆心处被放置在测量面14上并在待分析的目标的方向上延伸。该圆柱体的外端面载有3个检测器41、42和43。
这种设置可以实现将检测器放置在实质上与发射器端部相同的水平，以使检测器具有宽的接收场并因此可以实现靠近目标。
检测模块400包括3个小型电子卡141、142和143，这3个小型电子卡141、142和143本质上相似、实质上呈圆形、沿检测模块400的纵向轴线叠置、并通过小柱状件144固定和隔开。
位于检测模块400的外端面一侧的第一小型电子卡141载有检测元件，在此为硅光电二极管。对于这些检测器中的每一个，硅光电二极管420通过彩色或高通滤光器421和干涉滤光器422接收待检测的光，彩色或高通滤光器421和干涉滤光器422通过锁紧螺母423固定在25.4mm的圆柱形孔中，该圆柱形孔因此可容纳标准的1英寸或25mm滤光器。
在远离测量面14的位置，第二小型电子卡142载有通过负反馈回路进行环境光抑制的电路和放大器。
第三小型电子卡143载有容纳具体为追踪及保存单元的电路和元件。
检测模块400构成紧凑的组件，其可从箱体10上移除以例如进行维护或替换为摄像机模块或包含一个或多个光学的模块。
该检测模块通过位于大型的电子卡131中的孔连接至处理模块151，处理模块151位于界面的侧面并包括全部或部分处理装置：具体如，获取单元和计算装置。
该处理模块被容纳在箱体的、承载屏幕152的部件15中，部件15可以倾斜以实现良好的可读性并可收回到箱体10内的腔室105中。该处理模块可包括可拆除连接，该可拆除连接允许例如为了更新或改变功能而容易地更换处理模块。
因此，与激发有关联的电子装置131、和与监测有关联的电子装置141至143、以及处理模块151布置在不同的和各自的电子模块中，从而使维护简化。此外，这些模块分开一定距离，这里是2厘米并通常至少是1.5cm，从而使所产生的热更好地排散并限制了这些模块所包括的电路之间发生干扰的风险。
在这里所描述的实施方式中，检测与由激发发射器发射的激发同步。具有20微秒脉冲的1kHz激发频率已得到了成功应用并允许在覆盖现场时随着行进而进行实时处理。在测量期间轮流进行为建立含量指标或编程的指标而言必要的不同的荧光测量。
因此对管理装置和处理装置进行设置以：
-发出控制信号以通过脉冲控制发射器；
-检测由这些脉冲产生的荧光峰，检测器内的放大通过负反馈回路产生对环境光的抑制；
-例如通过相同的控制信号控制例如通过追踪及保存单元检测到的荧光峰；以及
-向获取单元提供荧光测量的模拟测量值。
在其它实施方式中，通过在激发与检测之间使用相位调制提供同步的检测。从而，对管理装置和处理装置进行设置以：
-根据包含相位调制的频率控制发射器，
-通过相位解调对荧光检测进行处理并提供荧光测量。
图4示出了所测试的实施方式中的激发波长61、62和63以及荧光检测波长65、66和67的谱图。
根据本发明的设备具体在农业或绿色空间维护和植物科学研究领域具有大量的应用。
这种结合已经实现了在红葡萄的情况下通过测量花青素以及在白葡萄的情况下通过测量类黄酮来监测和评估葡萄的生长和葡萄的酚成熟度。
从7月到10月每周在Champagne地区Epernay的Fort Chabrol试验葡萄园进行了对Pinot Noir、Pinot Meunier和Chardonnay这3个品种的测试。
这些测试的结果通过对花青素和以°Brix为指标的糖含量的化学分析得到了验证，并由本发明人公开在正在进行出版的出版物((Z.Cerovic et a1.“New portable optical sensors for the assessment ofwinegrape phenolic maturity based on berry fluorescence(用于基于浆果荧光评估酿酒葡萄的酚成熟度的新型便携式光学传感器)”，InPrecision Agriculture′07，2007))中。
此外，通过相同的设备，还可将基于在UV激发(即，BGFUV/FRFUV)的蓝-绿荧光的测量与基于其它荧光(例如FRFG/FRFR)的结果相互关联，以在收获前或收获期间监测是否存在病原体。
如图5所示，其它实施方式是可能的，这些实施方式包括系统5，系统5包括一个或多个分析设备511至514并安装在结构52上，结构52的形状和尺寸被设置为使得结构52被车辆53沿着大面积植被拖拉，以例如在多个水平和两侧对一排葡萄树50进行连续监测和分析。这些分析设备511至514均可仅包括所采用装置的一部分，例如仅包括发射器和检测器部分及其管理装置，并且这些分析装置511至514均可集中于单一的处理模块51上。
该处理模块51还可结合在一个或多个计算机化装置中或与一个或多个计算机化装置通讯，一个或多个计算机化装置例如位置确定技术装置531、或测量控制装置532、或根据需要以及在需要时用于进行处理的控制装置533、或与一个或多个其它系统进行通讯的装置534。
基于覆盖待处理或待评估的地区的不同类型的车辆例如割草机、或基于用于运送高尔夫球杆的单人小车，还可以形成其它实施方式。
在本描述中，应当注意，不必过于限制地理解农作物的概念，并且毫无疑问，农作物可包含受到监测和/或维护的任何植物，即使这种植物不带来收成，比如草皮，或者这种植物未经人工种植，如受监测或维护的自然地区。
当然，本发明不限于已经描述的示例，并且在不超出本发明范围的情况下可以对这些示例进行多种调整。

Claims (17)

1.一种通过荧光测量对植物进行非破坏性分析的设备(1)，包括：
-激发装置(20、30)，以确定的波段(61、62、63)发出激发光以在目标区域(91)的组织中产生荧光(49)；
-检测装置(40)，以确定的波段(65、66、67)进行检测以检测所产生的所述荧光；
-管理装置，用于管理所述激发装置和所述检测装置；以及
-处理装置，被设置为使所述激发装置与所述检测装置相互关联以对所产生的所述荧光提供测量，
其特征在于，
所述设备(1)包括根据多个不同波段的激发装置和能够以多个波段(65、66、67)检测荧光的检测装置，所述波段被确定为能够进行多个荧光测量；
所述激发装置和所述检测装置根据确定的结构被设置为使得一方面照射所述目标区域(91)的激发光线(29、39)的方向和另一方面由所述检测装置检测的荧光光线(49)的方向彼此不共线；以及
所述激发装置包括发射器组，所述发射器组包括至少两个光发射器(21、24)，所述至少两个光发射器(21、24)位于所述检测装置的两侧或围绕所述检测装置(41、42、43)分布并以相同的波段照射所述目标区域(91)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置(40)包括接收由所述目标区域(91)产生的荧光(49)的至少一个检测器(41、42、43)，所述检测器包括硅光电探测器(420)和至少一个光学滤光器(421)以选择所需荧光波段，所述检测器接收由整个所述目标区域(91)所产生的荧光(49)。
3.根据前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括选择装置以从多个可能的测量中选择荧光测量，所述选择装置对应于所选择的荧光测量，对所述激发装置和所述检测装置以及将要实施的处理方法进行选择。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述管理装置和所述处理装置被设置成自动地选择和顺序地或择一地执行多个不同的荧光测量。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光发射器包括基于由会聚反射器(281)围绕的至少一个发光二极管(LED)的一个或多个源(27)。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括带有自身电源(121)的便携式箱体(10)，所述便携式箱体(10)具有承载用户界面装置(152、101、102)的第一面和指向测量方向的测量面，该测量面一方面在其外周包括承载所述激发装置的表面，另一方面在其中心包括在所述测量方向上延伸的部件(400)，所述部件(400)包含至少部分的检测电子装置并在其位于所述测量方向一侧的表面上承载所述检测装置。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述激发装置还包括至少一个激发发射器(30)，所述至少一个激发发射器(30)包括并入于公共元件(34)中多个LED，所述激发发射器(30)固定在辐射元件(36)上，所述辐射元件(36)的形状决定所述激发发射器的位置和定向。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述管理装置被设置成提供至少两个不同的荧光测量，所述至少两个不同的荧光测量被确定成通过所述处理装置彼此结合和相互关联，以通过遮蔽作用对目标中存在的非荧光发色成分含量提供测量。
9.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述管理装置和所述处理装置被设置以：
-通过脉冲控制所述发射器；
-通过经放大的检测器检测由这些脉冲所产生的荧光峰，所述经放大的检测器通过负反馈回路执行对环境光的抑制；
-处理所检测到的荧光信号并提供荧光测量值。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管理装置和所述处理装置被设置以：
-根据包括相位调制的频率控制所述发射器；
-通过相位解调处理荧光检测信号以获得对环境光的抑制并提供荧光测量值。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括护罩或防护罩(130)，所述护罩或防护罩(130)围绕所述设备的测量面(14)并形成测量距离的引导装置或基准装置。
12.一种用于测量植物中的至少一种化合物含量的方法，所述方法使用根据权利要求1至11任一项所述的设备以所述植物的目标区域(91)与所述设备的所述检测装置(40、41、42、43)之间小于20cm的距离进行测量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过如下方式获得的对多个植物进行的空中式测量：
移动所述引导装置(130)使其与所述植物的末端、或由所述植物构成的植被的末端接触，并充分下压所述引导装置以使所述末端的大部分弯曲从而实现对被测量的所述植物的大部分进行定期测量。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法被实施以通过测量水果或蔬菜外皮中花青素或类黄酮或类胡萝卜素型化合物至少之一的含量来测量所述水果或蔬菜的成熟度。
15.一种用于检测植物的状态的方法，包括：
通过实施根据权利要求12所述的方法对所述植物的至少一部分中的至少一种化合物的含量进行现场测量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过如下方式获得的对多个植物进行的空中式测量：
移动所述引导装置(130)使其与所述植物的末端、或由所述植物构成的植被的末端接触，并充分下压所述引导装置以使所述末端的大部分弯曲从而实现对被测量的所述植物的大部分进行定期测量。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述方法被实施以通过测量水果或蔬菜外皮中花青素或类黄酮或类胡萝卜素型化合物至少之一的含量来测量所述水果或蔬菜的成熟度。
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