CN104931425A - 一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，预先设置叶片叶绿素含量的正常阈值参数；将一定波长的红外光和红光依次穿过待测叶片；采用光电传感器依次检测红外光穿过待测叶片的输入红外光强度以及输出红外光强度；采用光电传感器依次检测红光穿过待测叶片的输入红光强度以及输出红光强度；采用温湿度传感器实时采集待测叶片周边环境的温湿度参数；计算出待测叶片的叶绿素含量同时通过显示模块实时显示出来，将计算出的叶绿素含量与预先设置的叶片叶绿素含量正常阈值参数进行对比，若不在正常阈值范围内，则发出警报，同时启动调节装置调节叶绿素含量至正常阈值范围内。

Description

一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法

技术领域

本发明涉及一种气体浓度检测方法，尤其涉及一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，属于叶绿素含量检测领域。

背景技术

叶绿素含量是衡量植物光合作用与生长状况的一项重要指标，叶绿素含量检测技术的研究在农业生产、林业研究等方面有着至关重要的意义。传统的叶绿素含量检测方法都是先提取叶绿素，再用分光光度法测定其含量。这种方法具有耗时长、对叶片有破坏性、不便于野外测量、不便于连续测量等诸多缺点。目前，以日本SPAD502为代表的便携式叶绿素检测仪已经在某些场合取代了传统的检测方法，得到了广泛的应用。但此类仪器的主要生产国为日本、美国、德国，不仅价格十分昂贵，而且功能单一，没有中文界面，操作不便，不利于在我国广大农林工作人员中推广使用。因此，研制出我国自己的价廉物美、简单实用的测量仪器具有十分重要的意义。

例如申请号为“201210082975.4”的一种植物叶片叶绿素含量测量方法及系统，涉及叶绿素含量检测技术领域，所述方法包括：获取所述待测植物叶片表面的激光后向散射图像；对图像中的光斑进行边缘检测，并获取光斑的中心；获取距离中心点预设距离的像素值；对所述漫射方程进行拟合反演，以获得光学特性参数；建立叶绿素含量与光学特性参数之间的预测关系模型，获得所述待测植物叶片的叶绿素含量。该发明通过对散射图像进行处理，实现了较厚叶片的叶绿素无损测量，在不提高仪器成本的情况下，保证植物叶片叶绿素含量的测量精度。

又如申请号为“201510023671.4”的一种用于田间玉米植株叶片叶绿素含量检测装置和方法。该装置包括有悬挂装置、电驱小车和数据处理模块，悬挂装置由直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂组成；电驱小车由车架、电源装置、车轮和微型直流电机组成；数据处理模块安装在车架前部一根立杆上；悬挂装置和电驱小车通过连接杆连接。该检测方法包括：设备准备；光谱白板矫正；光谱采集角度调整；理化值计算。该发明现场检测，不需在实验室检测，检测效率高，可全方位地测量玉米叶片，可根据不同玉米叶片的自然生长形态，获取较佳的测量角度，采集叶片正反面光谱数据，整个装置简单实用，成本低廉，易于推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，具体包含如下步骤：

步骤1，预先设置叶片叶绿素含量的正常阈值参数；

步骤2，将一定波长的红外光和红光依次穿过待测叶片；

步骤3，采用光电传感器依次检测红外光穿过待测叶片的输入红外光强度以及输出红外光强度；采用光电传感器依次检测红光穿过待测叶片的输入红光强度以及输出红光强度；

步骤4，采用温湿度传感器实时采集待测叶片周边环境的温湿度参数；

步骤5，根据步骤3获取的光强度参数结合步骤4采集的温湿度参数计算出待测叶片的叶绿素含量同时通过显示模块实时显示出来，具体计算如下：

$\mathrm{SPAD}=k1g\left(\frac{{\mathrm{IR}}_t/{\mathrm{IR}}_0}{R_t/R_0}\right).\frac{T_1}{T_0};$

其中，k为常数，SPAD为叶片的叶绿素含量，IR_t为穿过待测叶片的输出红外光强度，IR₀为穿过待测叶片的输入红外光强度，R₀为穿过待测叶片的输入红光强度，R_t为穿过待测叶片的输出红光强度，T₁为待测叶片周边环境的温湿度参数，T₀为预设温湿度参数；

步骤6，将步骤5计算出的叶绿素含量与预先设置的叶片叶绿素含量正常阈值参数进行对比，若不在正常阈值范围内，则发出警报，同时启动调节装置调节叶绿素含量至正常阈值范围内。

作为本发明一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法的进一步优选方案，在步骤1中，所述红外光的波长为950nm。

作为本发明一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法的进一步优选方案，在步骤2中，所述红光的波长为650nm。

作为本发明一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法的进一步优选方案，在步骤2中，所述光电传感器的芯片型号为OPT101。

作为本发明一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法的进一步优选方案，在步骤5中，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明方法简单、成本较低且能够精确测量叶片叶绿素含量；

2、本发明由发光二极管发射红光(峰值波长650nm)和近红外光(峰值波长940nm)，叶绿素吸收波长为650nm的红光，但并不吸收波长为940nm的红外光，红外光的发射和接收主要是为了消除叶片厚度等方面对测量结果的影响。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

采用光电无损检测方法测量叶绿素含量的快速方法：叶绿素吸收峰是蓝光和红光区域，在绿光区域是吸收低谷，并且在近红外区域几乎没有吸收。基于此，选择红光区域和近红外区域测量叶绿素。具体过程是让由发光二极管发射红光(峰值波长650nm)和近红外光(峰值波长940nm)。叶绿素吸收波长为650nm的红光，但并不吸收波长为940nm的红外光，红外光的发射和接收主要是为了消除叶片厚度等方面对测量结果的影响。红光到达叶片后，一部分被叶片的叶绿素所吸收，少量被反射后，剩下的透过叶片被接收器转换成为相应的电信号，然后通过A/D转换器转换为数字信号，利用这些数字信号计算叶绿素的相对含量，表示为SPAD值，显示并存储。

一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，具体包含如下步骤：

步骤1，预先设置叶片叶绿素含量的正常阈值参数；

步骤2，将一定波长的红外光和红光依次穿过待测叶片；

步骤3，采用光电传感器依次检测红外光穿过待测叶片的输入红外光强度以及输出红外光强度；采用光电传感器依次检测红光穿过待测叶片的输入红光强度以及输出红光强度；

步骤4，采用温湿度传感器实时采集待测叶片周边环境的温湿度参数；

步骤5，根据步骤3获取的光强度参数结合步骤4采集的温湿度参数计算出待测叶片的叶绿素含量同时通过显示模块实时显示出来，具体计算如下：

$\mathrm{SPAD}=k1g\left(\frac{{\mathrm{IR}}_t/{\mathrm{IR}}_0}{R_t/R_0}\right).\frac{T_1}{T_0};$

其中，k为常数，SPAD为叶片的叶绿素含量，IR_t为穿过待测叶片的输出红外光强度，IR₀为穿过待测叶片的输入红外光强度，R₀为穿过待测叶片的输入红光强度，R_t为穿过待测叶片的输出红光强度，T₁为待测叶片周边环境的温湿度参数，T₀为预设温湿度参数；

步骤6，将步骤5计算出的叶绿素含量与预先设置的叶片叶绿素含量正常阈值参数进行对比，若不在正常阈值范围内，则发出警报，同时启动调节装置调节叶绿素含量至正常阈值范围内。

其中，在步骤1中，所述红外光的波长为950nm，在步骤2中，所述红光的波长为650nm，在步骤2中，所述光电传感器的芯片型号为OPT101，在步骤5中，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明由发光二极管发射红光(峰值波长650nm)和近红外光(峰值波长940nm)，叶绿素吸收波长为650nm的红光，但并不吸收波长为940nm的红外光，红外光的发射和接收主要是为了消除叶片厚度等方面对测量结果的影响。

发光电路由恒流源LM334和两支分别发射波长650nm的红光和波长940nm的红外光的发光二极管组成。本仪器采用的恒流源LM334是一种三端可调电流源，其作用是为发光二极管提供一个恒定不变的电流，控制光源强度的稳定。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，其特征在于：具体包含如下步骤：

步骤1，预先设置叶片叶绿素含量的正常阈值参数；

步骤2，将一定波长的红外光和红光依次穿过待测叶片；

步骤3，采用光电传感器依次检测红外光穿过待测叶片的输入红外光强度以及输出红外光强度；采用光电传感器依次检测红光穿过待测叶片的输入红光强度以及输出红光强度；

步骤4，采用温湿度传感器实时采集待测叶片周边环境的温湿度参数；

步骤5，根据步骤3获取的光强度参数结合步骤4采集的温湿度参数计算出待测叶片的叶绿素含量同时通过显示模块实时显示出来，具体计算如下：

$\mathrm{SPAD}=\mathrm{klg}\left(\frac{{\mathrm{IR}}_t/{\mathrm{IR}}_0}{R_t/R_0}\right)\·\frac{T_1}{T_0};$

其中，k为常数，SPAD为叶片的叶绿素含量，IR_t为穿过待测叶片的输出红外光强度，IR₀为穿过待测叶片的输入红外光强度，R₀为穿过待测叶片的输入红光强度，R_t为穿过待测叶片的输出红光强度，T₁为待测叶片周边环境的温湿度参数，T₀为预设温湿度参数；

步骤6，将步骤5计算出的叶绿素含量与预先设置的叶片叶绿素含量正常阈值参数进行对比，若不在正常阈值范围内，则发出警报，同时启动调节装置调节叶绿素含量至正常阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，其特征在于：在步骤1中，所述红外光的波长为950nm。

3.根据权利要求1所述的一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，其特征在于：在步骤2中，所述红光的波长为650nm。

4.根据权利要求1所述的一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，其特征在于：在步骤2中，所述光电传感器的芯片型号为OPT101。

5.根据权利要求1所述的一种具有温湿补偿的叶绿素含量检测及控制方法，其特征在于：在步骤5中，所述显示模块为LCD显示屏。