CN104865417A - 一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，由绝缘夹、绝缘垫片、电极、压力传感器、导线、插排、插头、螺母螺杆调节机构和控制器主机板组成。在控制器作用下，利用压力传感器实现电极对叶片夹持力的检测，结合螺母螺杆调节机构，实现对夹持力的调节，保证该电极在测量不同植物、不同厚度叶片的电参数时，叶片所受的夹持力一致。本发明智能化程度高、成本低、适应性强、结构简单，可结合LCR测试仪或阻抗分析仪实现叶片电参数的准确、可靠无损检测。

Description

一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极

技术领域

本发明涉及一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数的测试电极，属于智能化无损测试领域，可配合阻抗分析仪、LCR测试仪进行植物叶片电参数的无损测定。

背景技术

植物组织的电特性变化可反映水分情况、养分状态、冻害、成熟度、病害等情况，目前已进行了比较深入的研究。然而，如何有效获取电参数是这些研究中的前提和关键，采取何种测量方式和测试电极直接决定着电参数获取的准确性。测量植物组织电参数的测量方式分为有损检测和无损检测两种。有损检测一般采用针刺式，多用于茎秆植物和果实，如玉米、高粱等作物和马铃薯块茎、香蕉、柑橘、猕猴桃等果实。由于植物组织内部结构复杂，有损检测会对植物器官造成一定的损伤，影响测量结果，另外，有损检测缩短了果实的货架期和外观特征。无损检测大多涉及到平行板电极，以叶片或果实为电介质，通过将叶片或果实夹持到电极板之间进行测量，适用于各种植物。夹持力大小对电参数测量的准确性、可靠性和被测量物损伤有直接影响。由于生产实践中，叶片厚度、大小不同或果实大小、形状各异，因此根据叶片厚度、幼嫩程度和果实大小对夹持力进行调节是无损接触测量中必须解决的关键问题。现有的无损检测采用的平行板传感器，一般将塑料夹子的弹簧通过退火来调节电极的夹持力，但弹簧退火工序复杂，夹持力大小取决于退火温度、保温时间和冷却方式等，对夹持力难于控制，而且一旦退火工序完成，电极夹持力基本保持恒定，不适用于厚度不同叶片或大小不同果实电参数的测量，夹持力不能根据被测物进行在线调控。

在现有技术中，申请号为201310739130.2的中国专利1《一种测量植物叶片电参数的传感器》公开了能对植物叶片电参数进行无损测定的传感器，其特征在于：该传感器由塑料夹、极板、泡沫板和导线组成，两个泡沫板分别粘在塑料夹夹持端与待夹持物接触的两个表面上，以保证待测试叶片受力太大和受力均匀，两个极板镶嵌在夹持端的两个泡沫板内，并从两极板分别引出引线与LCR测试仪连接。但该传感器由于没有能够根据不同厚度的叶片进行受力调节装置，无法用于不同厚度叶片的电参数测量，原因是叶片厚度不同时，叶片受力不同，导致叶片结构损坏，对电参数测量产生极大影响，甚至无法进行电参数测量。论文1(农业机械学报，2014，45（10）)公开了一种《基于电容特性的植物叶片含水量无损测定仪》，其中涉及到植物叶片夹持机构设计，夹持机构由压力传感器、垫片、电容传感器、支撑架和螺母螺杆调节机构组成，电容传感器采用圆形平行板电极结构，电极上极板通过垫片与螺杆连接，下极板经垫片粘贴于压力传感器正中央，并固定在支撑架上。测量时，将叶片放入上、下两极板间，通过压力传感器检测叶片压力，通过螺母螺杆调节机构调节叶片压力。该夹持机构实现了对叶片夹持力的测控，可以适应不同厚度叶片电容的测量，但该夹持机构由于只有一对电极，只能适用于两端子测量，无法适用于四端子测量。论文2(农业工程学报，2008,24（5）)公开了一种《小麦叶片电特性与外加电压和频率的关系研究》，该论文设计了一种平行板叶夹，圆形平板电极采用双面印制板制作成，导线焊接于电极背面，并将两电极固定于塑料夹子上，以保证极片对齐且夹持力一致，塑料夹子的弹簧经退火以免夹持力过大损伤叶片。但该平行板叶夹在测量不同厚度叶片时无法进行夹持力的在线测控，无法对不同厚度叶片电特性的测量。

为了弥补上述不足和实现对不同植物和不同厚度叶片电参数准确、可靠测量的需要，本发明提出了一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数的测试电极。该系统通过对叶片夹持力的在线调控和检测，可实现对不同厚度的叶片电参数测量时，夹持力保持一致，并可根据叶片的幼嫩程度在线调节合适的夹持力，从而实现对电参数的准确可靠测量，具有智能化，适用性强，适用范围宽，使用方便的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数的测试电极，以通过对叶片夹持力的在线调控和检测，实现对不同厚度叶片电参数测量时夹持力的一致，并能根据叶片的幼嫩程度在线调节合适的夹持力，从而实现对电参数的准确可靠测量，为植物叶片电参数的测量提供技术支持。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，由绝缘夹（1）、绝缘垫片（2）、电极（3）、压力传感器（4）、导线（5）、插头（6）、插排（7）、螺母螺杆调节机构（8）和控制器主机板（9）组成，其特征在于：电极(3)是厚度为1 mm直径为7 mm的一对黄铜圆形极片，其中一个黄铜圆形极片通过绝缘胶粘贴在绝缘垫片（2）的正面上，压力传感器（4）的上表面粘贴于绝缘垫片（2）的反面上，压力传感器（4）的下表面粘贴于绝缘夹（1）的一个夹持端；另一个黄铜圆形极片通过绝缘垫片（2）直接粘贴于绝缘夹（1）的另一个夹持端上；导线（5）的一端焊接于电极（3）的圆周上，另一端与插头（6）连接；螺母螺杆调节机构（8）穿过绝缘夹（1）的手持端，通过调节螺母螺杆调节机构（7）实现对被测物夹紧力的调节；控制器通过与插头（6）配套的插排（7）连接，使用时将插头（6）插入插排（7）即可。

所述的控制器主机板（9）由控制器（10）、人机对话装置（11）、人机对话接口（12）、通用I/O接口A （13）、数据存储模块（14）、通用I/O接口B （15）、电源（16）、模拟信号输入通道（17）和通用I/O接口C （18）组成；

通用I/O接口A （13）、通用I/O接口B (15)和通用I/O接口C(18)设置在控制器内；数据存储模块(14)、电源(16)和模拟信号输入通道(17)分别与控制器(10)直接连接；人机对话装置(11)经过人机对话接口(12)与控制器(10)连接；模拟信号输入通道(17)由压力传感器(4)、信号调理电路(20)和A/D转换器(19)组成；数据存储模块(14)为一FLASH存储器(26)；人机对话装置(11)包括键盘及多位开关(23)和LCD接口(25)；人机对话接口(12)由电平转换A(21)、线驱动器(22)和电平转换B (24)组成；

通用I/O接口A (13)依次通过电平转换器A (21)、线驱动器(22)与键盘及多位开关(23)连接， LCD接口(25)通过电平转换B (24)也与通用I/O接口A (13)连接；压力传感器(4)依次通过信号调理电路(20) 、A/D转换器(19)和通用I/O接口C (18)连接；FLASH存储器(26)连接通用I/O接口B (15)。

所述的A/D转换器（19）为TLC2543 A/D转化器，通过SPI总线与控制器连接。

所述压力传感器（4）为FlexiForce 压阻传感器A201。

所述控制器（10）为单片机AT89S52。

所述绝缘垫片（2）为高压绝缘片；所述导线（5）为单芯屏蔽线；所述插排（7）和插头（6）为14芯航空插座组合。

发明具有有益效果。

（1）本发明通过在测试电极上设置螺母螺杆调节机构和压力传感器，实现了对叶片夹持力的在线测控，对不同厚度叶片的测量时仍可保证夹持力的一致，另外根据叶片的幼嫩程度可选择不同的夹持力，从而避免对叶片的损失，影响电参数测量结果，具有适用性强、智能化程度高的优点。

（2）本发明的一对电极单独适用可适用于二端测量需要，将两对电极联合适用，可满足四端测量的需要，具有适用范围广的优点。

附图说明

图1 为本发明结构示意图；

图2为本发明控制器主机板结构示意图；

图3为本发明的控制器主机板原理框图；

其中：1-绝缘夹1；2-绝缘垫片；3-电极；4-压力传感器；5-导线；6-插头；7-插排；8-螺母螺杆调节机构；9-控制器主机板；10-控制器；11-人机对话装置；12-人机对话接口；13-通用I/O接口A； 14-数据存储模块；15-通用I/O接口B；16- 电源；17-模拟信号输入通道；18-通用I/O接口C ；19- A/D转换器；20-信号调理电路；21-电平转换A；22-线驱动器；23-键盘及多位开关；24-电平转换B；25- LCD接口；26-FLASH存储器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数的测试电极由由绝缘夹1、绝缘垫片2、电极3、压力传感器4、导线5、插头6、插排7、螺母螺杆调节机构8和控制器主机板9组成。 电极3为厚度为1 mm直径为7 mm的一对黄铜圆形极片，其中一个极片通过绝缘胶粘贴到绝缘垫片2的正面，压力传感器4上表面粘贴到绝缘垫片2的反面，压力传感器4下表面粘贴于绝缘夹1的夹持端。另一个极片通过绝缘垫片2直接粘贴到绝缘夹1的另一个夹持端上。导线5一端焊接到电极3圆周上，另一端与插头6连接；螺母螺杆调节机构8穿过绝缘夹1的手持端，通过手段调节螺母螺杆调节机构8即可实现对被测物夹紧力的调节。控制器通过与插头6配套的插排7连接，使用时将插头6插入插排7即可。

其中，所述的控制器主机板9由控制器10、人机对话装置11、人机对话接口12、通用I/O接口A 13、数据存储模块14、通用I/O接口B 15、电源16、模拟信号输入通道17和通用I/O接口C 18组成。

压力传感器4为FlexiForce 压阻传感器A201。

绝缘垫片2为高压绝缘片。

导线5为单芯屏蔽线。

插排6和插头7为14芯航空插座组合。

控制器10采用单片机AT89S52。

如图2所示，植物叶片电参数测试电极控制器主机板9由控制器10、人机对话装置11、人机对话接口12、通用I/O接口A 13、数据存储模块14、通用I/O接口B 15、电源16、模拟信号输入通道17和通用I/O接口C 18组成。通用I/O接口A 13、通用I/O接口B 15和通用I/O接口C18设置在控制器内；数据存储模块14、电源16和模拟信号输入通道17分别与控制器10直接连接；人机对话装置11经过人机对话接口12与控制器10连接。根据图3所示，模拟信号输入通道17由压力传感器4、信号调理电路20和A/D转换器19组成，用于对电极2夹持力的检测。数据存储模块14为一FLASH存储器26。人机对话装置11包括键盘及多位开关和LCD接口。人机对话接口12由电平转换A21、线驱动器22和电平转换B 24组成。

如图3所示，数字信号控制器AT89S52芯片集成通用I/O接口A 13、通用I/O接口B 15和通用I/O接口C 18。通用I/O接口A 13依次通过电平转换器A 21、线驱动器22与键盘及多位开关23连接，另外，LCD接口25通过电平转换B 24也与通用I/O接口A 13连接。压力传感器4依次通过信号调理电路20 、A/D转换器19和通用I/O接口C 18连接。FLASH存储器26连接通用I/O接口B 15。

所述的A/D转换器19为TLC2543 A/D转化器，通过SPI总线与控制器连接。

本发明的工作过程如下：接通电源16，控制器进行开机自检并显示正常后，通过手动调节螺母螺杆调节机构使两电极间的距离略大于待测叶片厚度，然后将叶片放于两电极之间，然后缓慢调节螺母螺杆调节机构并通过LCD接口观测夹持力的大小，待夹持力满足预定要求后，将本发明电极和LCR仪或阻抗分析仪连接并接通电源，进行电参数的测试。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，由绝缘夹（1）、绝缘垫片（2）、电极（3）、压力传感器（4）、导线（5）、插头（6）、插排（7）、螺母螺杆调节机构（8）和控制器主机板（9）组成，其特征在于：电极(3)是厚度为1 mm直径为7 mm的一对黄铜圆形极片，其中一个黄铜圆形极片通过绝缘胶粘贴在绝缘垫片（2）的正面上，压力传感器（4）的上表面粘贴于绝缘垫片（2）的反面上，压力传感器（4）的下表面粘贴于绝缘夹（1）的一个夹持端；另一个黄铜圆形极片通过绝缘垫片（2）直接粘贴于绝缘夹（1）的另一个夹持端上；导线（5）的一端焊接于电极（3）的圆周上，另一端与插头（6）连接；螺母螺杆调节机构（8）穿过绝缘夹（1）的手持端，通过调节螺母螺杆调节机构（8）实现对被测物夹紧力的调节；控制器通过与插头（6）配套的插排（7）连接，使用时将插头（6）插入插排（7）即可。

2.根据权利要求1所述的一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，其特征在于：所述的控制器主机板（9）由控制器（10）、人机对话装置（11）、人机对话接口（12）、通用I/O接口A （13）、数据存储模块（14）、通用I/O接口B （15）、电源（16）、模拟信号输入通道（17）和通用I/O接口C （18）组成；

通用I/O接口A （13）、通用I/O接口B (15)和通用I/O接口C(18)设置在控制器内；数据存储模块(14)、电源(16)和模拟信号输入通道(17)分别与控制器(10)直接连接；人机对话装置(11)经过人机对话接口(12)与控制器(10)连接；模拟信号输入通道(17)由压力传感器(4)、信号调理电路(20)和A/D转换器(19)组成；数据存储模块(14)为一FLASH存储器(26)；人机对话装置(11)包括键盘及多位开关(23)和LCD接口(25)；人机对话接口(12)由电平转换A(21)、线驱动器(22)和电平转换B (24)组成；

通用I/O接口A (13)依次通过电平转换器A (21)、线驱动器(22)与键盘及多位开关(23)连接， LCD接口(25)通过电平转换B (24)也与通用I/O接口A (13)连接；压力传感器(4)依次通过信号调理电路(20) 、A/D转换器(19)和通用I/O接口C (18)连接；FLASH存储器(26)连接通用I/O接口B (15)。

3.根据权利要求1或2所述的一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，其特征在于：所述的A/D转换器（19）为TLC2543 A/D转化器，通过SPI总线与控制器连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，其特征在于：所述压力传感器（4）为FlexiForce 压阻传感器A201。

5.根据权利要求1或2所述的一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，其特征在于：所述控制器（10）为单片机AT89S52。

6.根据权利要求1或2所述的一种可对夹持力在线测控的植物叶片电参数测试电极，其特征在于：所述绝缘垫片（2）为高压绝缘片；所述导线（5）为单芯屏蔽线；所述插头（6）和插排（7）为14芯航空插座组合。