CN101776577B - 一种植物营养含量检测光谱仪的校正方法 - Google Patents

一种植物营养含量检测光谱仪的校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对植物营养含量检测光谱仪的检测值进行校正的方法，首先不使用校验样本，将植物营养含量检测光谱仪进行满量程校正，得到满量程校正系数；再根据满量程校正系数，运用SPAD值分布均匀且为一固定值的标准校验样本进行样本校正，得到仪器实际读数校正系数；最后运用满量程校正系数和仪器实际读数校正系数，对植物营养含量检测光谱仪的实际检测值进行实际校正。本发明的校正方法可克服光源的光强、测量环境参数、光电传感器的动态特性以及供电电池的电量等因素对植物营养含量检测光谱仪的检测可靠性和精度的影响，与现有的国产检测仪器相比，大大提高了检测仪器的检测精度和可靠性，提高了检测仪器的环境适应能力。

Description

一种植物营养含量检测光谱仪的校正方法
技术领域
本发明涉及一种植物营养含量检测光谱仪(托普仪器TYS-3N)的校正方法，尤其涉及托普仪器TYS-3N植物营养含量检测光谱仪的校正方法。
背景技术
我国是农业大国，精细农业的实施不仅可以大量节省我国资源，也可以减少因农药、化肥过量使用导致的环境污染，具有极其重要的意义。而精细农业的实施基础是对农田作物的养分含量准确判断和检测。因此，我们开发了基于光谱技术的植物营养含量检测光谱仪(托普仪器TYS-3N)，用于植物叶片的叶绿素含量、氮素含量、水分含量检测。相比世界上已经研发出类似的植物营养含量检测仪器，如日本美林达公司生产的SPAD502手持式设备等该仪器不仅价格便宜，检测指标较完全，且性能稳定可靠。它不仅可以检测出植物各种主要养分如水分、叶绿素、氮素的含量大小，也可以测得检测点位置处的GPS定位信息。结合GIS管理系统和决策系统(DDS)能指导农民准确施肥，相对传统的经验式农业而言，既能节省肥料，又可以减小对环境的污染。但目前国产化的仪器仍然面临着一个重要的质量问题，即仪器的测量精度。提高国产仪器的检测精度不仅具有重要的现实意义，也具有重要的战略意义。
由于光谱仪器的检测精度不仅与光源的光强、测量环境参数、光电传感器的动态特性有关，还供电电池的电量有关。根据能量守恒原理，当电池电量不够充足但可以维持仪器继续工作时时，采用恒流源驱动的发光光源的光强也会有所下降。因此，要提高仪器的可靠性和测量精度，必须采用校正方式。
发明内容
本发明提供一种能提高植物营养含量检测光谱仪使用过程中的检测精度和可靠性，降低复杂环境等干扰因素对植物营养含量检测光谱仪检测可靠性和检测精度所产生的影响的对植物营养含量检测光谱仪的校正方法。
一种植物营养含量检测光谱仪的校正方法，包括如下步骤：
1)不使用校验样本，将所述的植物营养含量检测光谱仪进行满量程校正，得到满量程校正系数；
2)根据步骤1)得到的满量程校正系数，运用SPAD值分布均匀且为一固定值的标准校验样本进行样本校正，得到仪器实际读数校正系数；
3)运用满量程校正系数和仪器实际读数校正系数，对所述的植物营养含量检测光谱仪的实际检测值进行实际校正。
步骤1)所述的满量程校正是指植物营养含量检测光谱仪的检测部位无任何校验样本，读出植物营养含量检测光谱仪的满量程检测值；所述的满量程校正模型为：
Vm＝-1.46Vn+280
其中Vm为满量程校正系数，Vn为不使用校验样本时，植物营养含量检测光谱仪所检测到的满量程检测值。
步骤2)所述的样本校正是指SPAD值分布均匀且为一固定值的标准校验样本位于植物营养含量检测光谱仪的检测部位，读出植物营养含量检测光谱仪的标准检测值；所述的样本校正模型为：
c＝Vy0/(Vm-1.46Vp0)
其中Vy0为标准校验样本的SPAD值，Vm为满量程校正系数，Vp0为植物营养含量检测光谱仪所检测到的标准检测值。
步骤3)所述的对植物营养含量检测光谱仪的实际检测值进行实际校正是指实际检测样本位于植物营养含量检测光谱仪的检测部位，读出植物营养含量检测光谱仪的实际检测值，运用实际校正模型进行实际校正；所述的实际校正模型为：
Vy＝c(Vm-1.46Vp)
其中Vy为实际校正后的校正值，Vp为植物营养含量检测光谱仪的实际检测值。
所述的标准校验样本的SPAD值为30。
植物营养含量检测光谱仪开机后必须开始自动校正。开机后，自动进入系统提示校正界面，按相应键确定后，先将植物营养含量检测光谱仪的检测头不夹任何检测样本，系统将执行满量程校正，得到满量程校正系数。之后将系统自动提示用户将标准校验样本置于植物营养含量检测光谱仪的检测部位，继续进行样本校正，得到仪器实际读数校正系数。样本校正完毕后，植物营养含量检测光谱仪可以开始正常工作。
本发明的校正方法可克服光源的光强、测量环境参数、光电传感器的动态特性以及供电电池的电量等因素对植物营养含量检测光谱仪的检测可靠性和精度的影响，与现有的国产检测仪器相比，大大提高了检测仪器的检测精度和可靠性，提高了检测仪器的环境适应能力。
本发明与背景技术相比，具有以下特点：
(1)检测精度大大提高，可克服电池电量充足与否带来的系统误差，降低传感器动态特性所造成的检测误差。
(2)提高环境适应能力，可以使仪器应用于各种气候和工作环境中，通过系统校正后检测精度和可靠性均不会下降。
(3)易于批量生产，国产该类型的仪器批量生产非常困难，每出厂一个仪器均须要对该仪器做大量的校正工作。使用校正方式后，只须提供用户简单的校正方法即可。
(4)具有良好的经济效益，使用校正方案后的仪器在硬件成本上不变，可节省大量的出口时人员校验的人力和物力，并且对多种种类的光谱仪器自校正提供了一种参考方法，可广泛推广，经济效益较好。
具体实施方式
在光源的强度较弱的情况下，对托普仪器TYS-3N植物营养含量检测光谱仪的检测值进行校正。
开机后，自动进入系统提示校正界面，按相应键确定后，先将TYS-3N植物营养含量检测光谱仪的检测头不夹任何检测样本，系统将执行满量程校正，得到满量程校正系数。之后将系统自动提示用户将标准校验样本置于植物营养含量检测光谱仪的检测部位，继续进行样本校正，得到仪器实际读数校正系数。样本校正完毕后，植物营养含量检测光谱仪可以开始正常工作。
将不同实验样本在各种可能的不同环境下行多次实验，每一次实验的环境各不一样。得到的数据如表一，表一中分别列举了在6种不同实验环境中6个实施实例的实验数据。
表一：实施实例数据表
  实例No.   Vn   Vm   Vp0   Vy0   C   Yf   Yn   Y
  1   4.4   273.6   154.1   30.0   0.95   36.6   35.1   35.8
  2   16.0   256.4   178.4   30.0   0.91   47.5   43.5   44.2
  3   2.1   276.9   152.6   30.0   1.02   54.0   55.4   56.5
  4   1.5   277.9   152.8   30.0   1.01   54.7   55.2   54.3
  5   17.3   254.8   161.8   30.0   1.22   18.6   22.7   22.1
  6   22.8   246.8   160.0   30.0   1.39   12.4   17.3   16.8
注：在表中，Vm为满量程校正系数，Vn为不使用校验样本时，植物营养含量检测光谱仪所检测到的满量程检测值。Vp0为植物营养含量检测光谱仪所检测到的标准检测值。Vy0为标准校验样本的SPAD值。C为校正系数；Yf为校正前仪器测量值，Yn为仪器校正后的测量值，Y为日本美能达公司生产的SPAD 502高精度仪测量值。

Claims (2)

1.一种植物营养含量检测光谱仪的校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)不使用校验样本，将所述的植物营养含量检测光谱仪进行满量程校正，得到满量程校正系数；
2)根据步骤1)得到的满量程校正系数，运用SPAD值分布均匀且为一固定值的标准校验样本进行样本校正，得到仪器实际读数校正系数；
3)运用满量程校正系数和仪器实际读数校正系数，对所述的植物营养含量检测光谱仪的实际检测值进行实际校正；
步骤1)所述的满量程校正是指植物营养含量检测光谱仪的检测部位无任何校验样本，读出植物营养含量检测光谱仪的满量程检测值；所述的满量程校正模型为：
Vm＝-1.46Vn+280
其中Vm为满量程校正系数，Vn为不使用校验样本时，植物营养含量检测光谱仪所检测到的满量程检测值；
步骤2)所述的样本校正是指SPAD值分布均匀且为一固定值的标准校验样本位于植物营养含量检测光谱仪的检测部位，读出植物营养含量检测光谱仪的标准检测值；所述的样本校正模型为：
c＝Vy0/(Vm-1.46Vp0)
其中Vy0为标准校验样本的SPAD值，Vm为满量程校正系数，Vp0为植物营养含量检测光谱仪所检测到的标准检测值；
步骤3)所述的对植物营养含量检测光谱仪的实际检测值进行实际校正是指实际检测样本位于植物营养含量检测光谱仪的检测部位，读出植物营养含量检测光谱仪的实际检测值，运用实际校正模型进行实际校正；所述的实际校正模型为：
Vy＝c(Vm-1.46Vp)
其中Vy为实际校正后的校正值，Vp为植物营养含量检测光谱仪的实际检测值。
2.如权利要求1所述的植物营养含量检测光谱仪的校正方法，其特征在于：所述的标准校验样本的SPAD值为30。
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