CN104897731B - 一种便携式植物营养水平的检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式植物营养水平的检测装置，由外部壳体和检测电路组成，所述外部壳体主要包括皮带轮，凸轮以及上下夹板等部分，检测电路在外部壳体内部，主要实现电信号的处理和显示功能。本发明具有以下有益效果，便携式植物营养水平检测装可以用于分析作物体内营养元素是否缺失或过量，以此作为精确施肥的依据，装置检测成本低，实时性高，体积小，易于携带。

Description

一种便携式植物营养水平的检测装置
技术领域
本发明涉及一种便携式植物营养水平的检测装置，特别是涉及便携式植物体内硝氮营养水平的检测装置。
背景技术
硝氮是植物体内生长代谢必不可少的营养元素，氮是植物体内许多重要有机化合物的成份，包括蛋白质、叶绿素、核酸以及多种生物酶，因此硝氮的缺失和过分施用都会导致作物产量的下降。
现有分析植物硝氮的方法很多，如蒸馏法、扩散法以及浓硫酸硝煮法等。虽然上述方法检测精度较高，但是其耗时比较长，实验成本较高，且其对于植物而言有着不可修复性的毁坏效果。
离子微电极可以快速精确检测作物体内硝氮的营养水平，通过检测植物体内的硝酸根离子的浓度可以分析硝氮的含量。专利号200510088935.0公布一种便携式植物氮素和水分含量的无损检测方法及测量仪器，其是通过检测光对鲜叶片的透过率来计算植物营养水平，但是其仪器成本较高。专利号201310164638.4公开了一种基于高光谱的植物叶片氮素丰缺快速无损高准确率的鉴别方法，同样其系统较为庞大，无法实时实地的检测作物营养水平。Sutter公司2012年研发了一种离子微电极检测系统，但是其系统比较庞大，不利于实时活体无损检测作物离子浓度，并且因为其微电极裸露在外，微电极锥端极易受损且十分不安全，极大地增加了检测成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便携式植物营养水平的检测装置，以降低检测成本、确保检测的实时性以提高检测的准确性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种便携式植物营养水平的检测装置，包括外部壳体和检测电路，其特征在于：
所述外部壳体由传动轴A(1)、皮带轮A(2)、电极支架(3)、上夹板(19)、凹台(4)、皮带(5)、皮带轮B(10)、凸轮(12)，弹簧(13)、转轴A(15)、转轴B(16)、下夹板(17)、电池外壳(18)、传动轴B(20)组成；
所述传动轴A(1)一端支撑在上夹板(19)右侧凹台(4)上平面的中心位置，传动轴A(1)另一端与皮带轮A(2)连接；所述传动轴A(1)穿过凸轮(12)，凸轮(12)固定于传动轴A(1)的中间部位；所述弹簧(13)一端固定在凹台(4)中间的凹面上，另一端固定在电极支架(3)的中心位置，测量电极(14)穿过弹簧(13)固定在电极支架(3)的中心位置；所述电极支架(3)在弹簧(13)弹性力的作用下紧靠在凸轮(12)表面，皮带轮A(2)通过传动轴A(1)带动凸轮(12)转动，引起电极支架(3)相对于凸轮(12)旋转中心的距离发生变化，从而带动测量电极(14)相对于凹台(4)上下移动；
所述皮带轮A(2)通过皮带(5)与皮带轮B(10)相连；皮带轮B(10)与转轴B(16)固定相连，转轴B(16)固定在下夹板(17)的左侧，转轴B(16)的圆截面最高点与下夹板(17)的上表面重合，转轴B(16)与转轴A(15)嵌套相连，转轴A(15)另一端固定在上夹板(19)的左侧，上夹板(19)转动时，通过转轴A(15)带动传动轴B(20)转动，进而带动皮带轮B(10)转动，皮带轮B(10)通过皮带(5)带动皮带轮A(2)转动；
所述检测电路由显示屏(6)、矩阵键盘(8)、信号处理电路(7)、电池(9)、电源模块(11)、测量电极(14)组成；
所述检测电路中信号处理电路(7)的输入端与测量电极(14)伸出的硝酸根离子信号线以及参比信号线并行连接，信号处理电路(7)的输出端与显示屏(6)的输入端连接；所述矩阵键盘(8)与信号处理电路(7)的输入端连接；所述信号处理电路(7)集成了滤波电路、模/数转换器以及单片机处理电路；所述电池(9)由两块5号1.5V组成，通过电源模块(11)为键盘(8)，显示屏(6)和信号处理电路(7)提供工作电压。
所述的外部壳体还包括保护孔(21)，所述的保护孔(21)位于距离下夹板(17)右边界3cm处，内部填充海绵，测量电极(14)伸出上夹板(19)时，测量电极(14)的锥端正对保护孔(21)的中心。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明通过集成化的电路设计，并且测量电极的双管玻璃微电极并行结构每次只能检测一种离子浓度，大大降低了电路的复杂程度从而降低了便携式植物营养水平的检测装置的体积和成本，可以实时对作物叶片的硝酸根离子浓度进行活体无损测量，进而提高了检测的准确性。
2、本发明通过皮带轮A、皮带轮B、皮带、凸轮以及弹簧结构可使测量电极上下移动，测量电极在检测作物叶片时才伸出上夹板，检测结束即收回上夹板内部，大大减少了测量电极受损的概率从而降低了检测成本，同时更加安全。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的测量电极和凸轮部分的结构简图。
图3为本发明的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
本发明一种便携式植物营养水平的检测装置包括一个并行双管玻璃微电极结构的测量电极14，测量电极14的每根玻璃微电极的下端拉制成锥形，并将其紧密的平行排列在一起固定。对两根微玻璃管的内壁均进行常规硅烷化处理，并用烘箱在150℃温度下连续烘烤微电极60分钟～120分钟。首先，在第一根微玻璃管锥端充入液柱长度为0.5mm的硝酸根离子敏感剂，然后充入液柱长度为25mm的硝酸根离子内充液；再将硝酸根离子信号线的一端插入硝酸根离子内充液中，另一端伸出微玻璃管并在管口用密封胶固定。在另一根微玻璃管锥端充入液柱长度为30mm的参比信号内充液；再将参比信号线的一端插入参比内充液中，另一端伸出微玻璃管并在管口用密封胶固定。
其中，硝酸根离子敏感剂为Sigma-Aldrich公司的Ammonium ionophore Icocktail A，铵根离子敏感剂为Sigma-Aldrich公司的Nitrate ionophore-ocktail A。三根微玻璃管为Hilgenberg公司的单管微玻璃管，硝酸根离子内充液为50mM的KNO3的混合溶液；参比内充液为200mM的KCl溶液；铵根离子内充液为50mM的KCl溶液；硝酸根离子信号线、参比信号线、铵根离子信号线均使用纯度99％、直径为0.3mm的银线用常规电镀方法制成的AgCl丝。
如图1、图2和图3所示，所述外部壳体由传动轴A1、皮带轮A2、电极支架3、上夹板19、凹台4、皮带5、皮带轮B10、凸轮12，弹簧13、转轴A15、转轴B16、下夹板17、电池外壳18、传动轴B20、保护孔21组成；所述检测电路由显示屏6、矩阵键盘8、信号处理电路7、电池9、电源模块11、测量电极14组成。
所述外部壳体由传动轴A(1)、皮带轮A(2)、电极支架(3)、上夹板(19)、凹台(4)、皮带(5)、皮带轮B(10)、凸轮(12)，弹簧(13)、转轴A(15)、转轴B(16)、下夹板(17)、电池外壳(18)、传动轴B(20)组成；
所述传动轴A一端支撑在上夹板19右侧凹台4上平面的中心位置，传动轴A另一端与皮带轮A连接；所述传动轴A穿过凸轮12，凸轮12固定于传动轴A的中间部位；所述弹簧13一端固定在凹台4中间的凹面上，另一端固定在电极支架3的中心位置，测量电极14穿过弹簧13固定在电极支架3的中心位置；所述电极支架3在弹簧13弹性力的作用下紧靠在凸轮12表面，皮带轮A通过传动轴A带动凸轮12转动，引起电极支架3相对于凸轮12旋转中心的距离发生变化，从而带动测量电极14相对于凹台4上下移动；
所述皮带轮A通过皮带5与皮带轮B相连；皮带轮B与转轴B固定相连，转轴B固定在下夹板17的左侧，转轴B的圆截面最高点与下夹板(17)的上表面重合，转轴B与转轴A轴向嵌套相连，转轴A另一端固定在上夹板19的左侧，上夹板19转动时，通过转轴A带动传动轴B转动，进而带动皮带轮B转动，皮带轮B通过皮带5带动皮带轮A转动；所述检测电路中测量电极14伸出的硝酸根离子信号线以及参比信号线并行接到信号处理电路7的输入端，信号处理电路7的输出端接到显示屏6的输入端；所述矩阵键盘8连接到信号处理电路7的输入端；所述信号处理电路7集成了滤波电路、模/数转换器以及单片机处理电路；所述电池9由两块5号1.5V组成，通过电源模块11为键盘8，显示屏6和信号处理电路7提供工作电压。
检测时，将叶片的待检测部位平铺在保护孔21的正上方，缓缓合上上夹板19，此时通过转轴A15带动传动轴B20转动，进而带动皮带轮B10顺时针转动，皮带轮B10通过皮带5带动皮带轮A2顺时针转动，皮带轮A2转动通过传动轴A1带动凸轮12转动，凸轮12转动挤压电极支架3，导致电极支架3垂直与上夹板19向下移动，测量电极14伸出上夹板19，刺入叶片的待检测部位。
此时，因为硝酸根离子敏感剂的作用，硝酸根离子可以透过硝酸根离子敏感剂附着在硝酸根离子信号线上，而参比信号线上无硝酸根离子，所以硝酸根离子信号线与参比信号线之间产生电势差。将该电势差信号传递给信号处理电路7的输入端，信号处理电路7对该信号进行处理，得到硝酸根离子的浓度，进而得到硝氮的浓度，将该浓度送到显示屏6显示。
检测结束，上夹板19抬起，转轴A15带动传动轴B20转动，进而带动皮带轮B10逆时针转动，皮带轮B10带动皮带轮A2转动，进而引起凸轮12转动，电极支架3在弹簧13的反作用力下上升，测量电极14收回上夹板19内部。

Claims (2)

1.一种便携式植物营养水平的检测装置，包括外部壳体和检测电路，其特征在于：
所述外部壳体由传动轴A(1)、皮带轮A(2)、电极支架(3)、上夹板(19)、凹台(4)、皮带(5)、皮带轮B(10)、凸轮(12)，弹簧(13)、转轴A(15)、转轴B(16)、下夹板(17)、电池外壳(18)、传动轴B(20)组成；
所述传动轴A(1)一端支撑在上夹板(19)右侧凹台(4)上平面的中心位置，传动轴A(1)另一端与皮带轮A(2)连接；所述传动轴A(1)穿过凸轮(12)，凸轮(12)固定于传动轴A(1)的中间部位；所述弹簧(13)一端固定在凹台(4)中间的凹面上，另一端固定在电极支架(3)的中心位置，测量电极(14)穿过弹簧(13)固定在电极支架(3)的中心位置；所述电极支架(3)在弹簧(13)弹性力的作用下紧靠在凸轮(12)表面，皮带轮A(2)通过传动轴A(1)带动凸轮(12)转动，引起电极支架(3)相对于凸轮(12)旋转中心的距离发生变化，从而带动测量电极(14)相对于凹台(4)上下移动；
所述皮带轮A(2)通过皮带(5)与皮带轮B(10)相连；皮带轮B(10)与转轴B(16)固定相连，转轴B(16)固定在下夹板(17)的左侧，转轴B(16)的圆截面最高点与下夹板(17)的上表面重合，转轴B(16)与转轴A(15)嵌套相连，转轴A(15)另一端固定在上夹板(19)的左侧，上夹板(19)转动时，通过转轴A(15)带动传动轴B(20)转动，进而带动皮带轮B(10)转动，皮带轮B(10)通过皮带(5)带动皮带轮A(2)转动；
所述检测电路由显示屏(6)、矩阵键盘(8)、信号处理电路(7)、电池(9)、电源模块(11)、测量电极(14)组成；
所述检测电路中信号处理电路(7)的输入端与测量电极(14)伸出的硝酸根离子信号线以及参比信号线并行连接，信号处理电路(7)的输出端与显示屏(6)的输入端连接；所述矩阵键盘(8)与信号处理电路(7)的输入端连接；所述信号处理电路(7)集成了滤波电路、模/数转换器以及单片机处理电路；所述电池(9)由两块5号1.5V组成，通过电源模块(11)为键盘(8)，显示屏(6)和信号处理电路(7)提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种便携式植物营养水平的检测装置，其特征在于：所述的外部壳体还包括保护孔(21)，所述的保护孔(21)位于距离下夹板(17)右边界3cm处，内部填充海绵，测量电极(14)伸出上夹板(19)时，测量电极(14)的锥端正对保护孔(21)的中心。
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