CN109932340A - 用于测量栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体 - Google Patents

Abstract

提供一种用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，能够以非破坏的方式连续测量植物的营养状态。本发明的活体保持结构体用于栽培中作物的生长状态测量装置，该生长状态测量装置向植物(1)的测量部位(1a)、(1b)、(1c)照射出照射光，接收来自测量部位的检测光，根据检测光而计算出表示植物(1)的营养状态的硝酸态氮量、碳水化合物量、蛋白质量、矿物质成分量、抗氧化物质量以及水分量中的至少任一种的成分量，植物(1)是处于收获前的生长阶段的栽培中作物，测量部位(1a)、(1b)、(1c)是茎、果柄以及叶柄中的任一种，该活体保持结构体安装在茎、果柄或者叶柄。

Description

用于测量栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体

技术领域

本发明涉及用于测量处于收获前的生长阶段的栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体。

背景技术

关于对蔬菜栽培的自动控制所需的信息即温度、湿度、日照量、土壤中水分量等进行实时并连续地测量的传感器装置，已经提出有各种各样的装置，并且已经产品化。

然而,关于为了实时地掌握生长状态所需的作物内的营养状态，并没有在栽培现场进行测量的设备、装置，而限于采集样品进行破坏试验或者对水果、蔬菜进行收割后的结果测量。

因此，栽培管理时调整营养状态(浇水、施肥等)不得不成为依赖于工作人员的经验而较为主观的工作。

此外,虽然目的不同，但提出了一种方法，通过分光计量以非接触且非破坏性的方式实施被采样的试样中的成分分析(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2012-526289号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，专利文献1的方法是以在室内的测量为前提，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，无法以非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。

因此，本发明的目的在于提供一种用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，能够以非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。

用于解决上述技术问题的方案

方案1所述的本发明的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，所述栽培中作物的生长状态测量装置向植物1的测量部位1a、1b、1c照射出照射光，接收来自所述测量部位1a、1b、1c的检测光，根据接收的所述检测光，计算出表示所述植物1的营养状态的硝酸态氮量、碳水化合物量、蛋白质量、矿物质成分量、抗氧化物质量以及水分量中的至少任一种的成分量，其特征在于，所述植物1是处于收获前的生长阶段的栽培中作物，所述测量部位1a、1b、1c是茎、果柄以及叶柄中的任一种，该活体保持结构体被安装在所述茎、所述果柄或者所述叶柄。

方案2所述的本发明，其特征在于，在方案1所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，具有：形成有第一V形槽21A的第一结构体22A；形成有第二V形槽21B的第二结构体22B；连接所述第一结构体22A与所述第二结构体22B的连接部件23，将所述茎、所述果柄或者所述叶柄配置在所述第一V形槽21A以及所述第二V形槽21B。

方案3所述的本发明，其特征在于，在方案2所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导所述照射光的投光光纤17的端部17a配置在所述第一V形槽21A的顶部21x,将引导所述检测光的受光光纤18的端部18a配置在所述第二V形槽21B的顶部21y,将透过所述测量部位1a、1b、1c的所述照射光作为所述检测光。

方案4所述的本发明，其特征在于，在方案2所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导所述照射光的投光光纤17的端部17a、以及引导所述检测光的受光光纤18的端部18a配置在所述第一V形槽21A,将由所述测量部位1a、1b、1c反射的所述照射光作为所述检测光。

方案5所述的本发明，其特征在于，在方案2所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导所述照射光的投光光纤17的端部17a配置在所述第一V形槽21A的顶部21x,使所述第一V形槽21A的V形槽角度θv比所述投光光纤17的最大出射角大。

方案6所述的本发明，其特征在于，在方案5所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导所述检测光的受光光纤18的端部18a配置在所述第二V形槽21B的顶部21y,使所述第二V形槽21B的V形槽角度θv比所述受光光纤18的最大入射角θmax大。

方案7所述的本发明，其特征在于，在方案5所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导所述检测光的受光光纤18的端部18a配置在所述第一V形槽21A的斜边。

发明效果

根据本发明，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，能够以非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。

附图说明

图1a是表示本发明的一实施例的栽培中作物的生长状态测量装置的方框图，图1b是表示作为该生长状态测量装置的测量对象的植物的测量部位的图，图1c是表示安装在该测量部位的活体保持结构体的图。

图2是表示该生长状态测量装置中的投光控制部的输出信号与受光部的受光信号的图。

图3是表示在将光电二极管用于受光部的情况下，该生长状态测量装置中的投光控制部的输出信号与受光部的受光信号的图。

图4是表示用于该生长状态测量装置的活体保持结构体的构成图。

图5是表示用于该生长状态测量装置的活体保持结构体的另一实施例的构成图。

图6是表示第一V形槽的V形槽角度与投光光纤的最大出射角、以及第二V形槽的V形槽角度与受光光纤的最大入射角的关系的说明图。

具体实施方式

本发明的第1实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，安装在茎、果柄或者叶柄，植物是处于收获前的生长阶段的栽培中作物，测量部位是茎、果柄以及叶柄中的任一种。根据本实施方式，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，能够以非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。

本发明的第2实施方式，是在第1实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，具有：形成有第一V形槽的第一结构体；形成有第二V形槽的第二结构体；连接第一结构体与第二结构体的连接部件，将茎、果柄或者叶柄配置在第一V形槽以及第二V形槽。根据本实施方式，能够不伤害植物而安装在茎、果柄或者叶柄。

本发明的第3实施方式，是在第2实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导照射光的投光光纤的端部配置在第一V形槽的顶部,将引导检测光的受光光纤的端部配置在第二V形槽的顶部,将透过测量部位的照射光作为检测光。根据本实施方式，能够将透过测量部位的照射光用于测量。

本发明的第4实施方式，是在第2实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导照射光的投光光纤的端部、以及引导检测光的受光光纤的端部配置在第一V形槽,将被测量部位反射的照射光作为检测光。根据本实施方式，能够将被测量部位反射的照射光用于测量。

本发明的第5实施方式，是在第2实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导照射光的投光光纤的端部配置在第一V形槽的顶部,使第一V形槽的V形槽角度比投光光纤的最大出射角大。根据本实施方式，能够将来自投光光纤的照射光全部照射至植物的测量部位内，能够进行有效的测量。

本发明的第6实施方式，是在第5实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导检测光的受光光纤端部配置在第二V形槽的顶部,使第二V形槽的V形槽角度比受光光纤的最大入射角大。根据本实施方式，能够有效地接收透过植物的测量部位的参照光，同时能够尽可能地避免接收从测量部位以外的部位进入的外部干扰光，能够进行有效地测量。

本发明的第7实施方式，是在第5实施方式的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体中，将引导检测光的受光光纤的端部配置在第一V形槽的斜边。根据本实施方式，能够有效地接收在植物的测量部位被反射的参照光，同时能够尽可能地避免接收从测量部位以外的部位进入的外部干扰光，能够进行有效地测量。

[实施例]

以下，对本发明的一实施例的栽培中作物的生长状态测量装置进行说明。

图1a是表示本发明的一实施例的栽培中作物的生长状态测量装置的方框图，图1b是表示作为该生长状态测量装置的测量对象的植物的测量部位的图，图1c是表示安装在该测量部位的活体保持结构体的图。

本实施例的栽培中作物的生长状态测量装置具备：光源11，产生对植物1的测量部位1a、1b、1c进行照射的照射光；投光控制部12，控制光源11的照射时机；受光部13，接收来自测量部位1a、1b、1c的检测光；受光控制部14，控制受光部13的受光时机；运算部15，根据受光部13接收的检测光，计算出表示植物1营养状态的成分量；存储部16，将在运算部15计算出的成分量与时间信息一起进行存储。

此外，本实施例的栽培中作物的生长状态测量装置具备：活体保持结构体20,安装在植物1的测量部位1a、1b、1c；投光光纤17,将由光源11产生的照射光引导至测量部位1a、1b、1c；受光光纤18,将来自测量部分1a、1b、1c的检测光引导至受光部13。

在此，作为测量对象的植物1是处于收获前的生长阶段的栽培中作物，测量部位1a为茎，测量部位1b为果柄，测量部位1c为叶柄。

光源11，优选使用不具有激活时间、时间响应性较高的发光二极管，使用波长不同的多个发光二极管。

在将分光器用于受光部13的情况下，在投光控制部12使多个发光二极管的照射时机相同。将分光器用于受光部13，并使多个发光二极管的照射时机相同，由此能够在限定的时间得到投光时受光信号，因此难以受到环境光的变化的影响。

在将光电二极管用于受光部13的情况下，在投光控制部12使发光二极管各自的照射时机不同。通过将简易的光电二极管用作受光部13，能够便宜地构成装置。

为了与环境光的变动相对应，投光控制部12所控制的光源11的照射时间(脉冲宽度)优选为足够快的时间，例如，1/10秒～1/1000秒的时间。进而，一次受光测量时间在所述照射时间瞬间完成，因此通过对多次测量数据进行累计或者平均，能够提高测量数据的精度。

非投光时受光信号的检测优选是无限地接近照射时机的时间，但只要是照射时机之前在前一照射时间之后，照射时机之后在下一个照射时间之前即可。

表示植物1的营养状态的成分量中包含硝酸态氮量、碳水化合物量、蛋白质量、矿物质成分量、抗氧化物质量以及水分量中的至少任一个。

在运算部15中，使用在光源11的照射时机中由检测光得到的投光时受光信号与照射时机之前或者之后由检测光得到的非投光时受光信号的差值，进行运算处理。由此，能够消除特别是在栽培环境下作为最强噪声的太阳光(直射光)的影响，能够提高与环境光的S/N，因此相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，以非接触且非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。

图2是表示本实施例的生长状态测量装置中的投光控制部的输出信号与受光部的受光信号的图。

图2a表示投光控制部的输出信号，图2b表示在受外部干扰光引起的噪声影响的情况下受光部的受光信号，图2c表示受白天太阳光的影响的情况下受光部的受光信号，图2d表示在夜间的受光部的受光信号。

在运算部15中，通过从投光时受光信号中减去在照射时机之前或者之后的非投光时受光信号，能够消除外部干扰光或太阳光的影响。

图3是表示在将光电二极管用于受光部的情况下，在本实施例的生长状态测量装置中的投光控制部的输出信号与受光部的受光信号的图。

利用投光控制部12使各个发光二极管的照射时机不同，由此能够得到由各个发光二极管照射的投光时受光信号。在该情况下，在运算部15中，也从由发光二极管a得到的LEDa投光时受光信号减去在LEDa投光时受光信号之前的非投光时受光信号，从由发光二极管b得到的LEDb投光时受光信号减去在LEDb投光时受光信号之前的非投光时受光信号，从由发光二极管c得到的LEDc投光时受光信号减去在LEDc投光时受光信号之前的非投光时受光信号，由此能够消除外部干扰光或太阳光的影响。

图4是表示用于本实施例的生长状态测量装置的活体保持结构体的构成图。

图4a表示配置了较细的茎、果柄或者叶柄的状态，图4b表示配置了较粗的茎、果柄或者叶柄的状态。

活体保持结构体20具有：形成有第一V形槽21A的第一结构体22A；形成有第二V形槽21B的第二结构体22B；连接第一结构体22A与第二结构体22B的连接部件23，将引导照射光的投光光纤17的端部17a配置在第一V形槽21A的顶部21x,将引导检测光的受光光纤18的端部18a配置在第二V形槽21B的顶部21y。

将测量部位1a、1b、1c即茎、果柄、或者叶柄配置在第一V形槽21A以及第二V形槽21B。

如图4a所示，通过连接部件23能够使第一结构体22A与第二结构体22B抵接，此外，如图4b所示，通过连接部件23也能够使第一结构体22A与第二结构体22B分离。

像这样地，将投光光纤17的端部17a配置在第一V形槽21A的顶部21x，将受光光纤18的端部18a配置在第二V形槽21B的顶部21y，由此能够将透过测量部位1a、1b、1c的照射光作为检测光用于测量。

图5是表示用于本实施例的生长状态测量装置的活体保持结构体的另一实施例的构成图。

在图5所示的实施例中，将引导照射光的投光光纤17的端部17a配置在第一V形槽21A的顶部21x，将引导检测光的受光光纤18的端部18a配置在第一V形槽21A的斜边，将由测量部位1a、1b、1c反射的照射光作为检测光。根据本实施例，能够将由测量部位1a、1b、1c反射的照射光用于测量。

另外，特别是在本实施例中，优选第一V形槽21A为45°。通过使第一V形槽21A为45°，相对于来自投光光纤17的照射光，受光光纤18能够以45°的角度接收检测光。

图6是表示第一V形槽的V形槽角度与投光光纤的最大出射角、以及第二V形槽的V形槽角度与受光光纤的最大入射角的关系的说明图。

图6a是表示投光光纤17的最大出射角θmax或者受光光纤18的最大入射角θmax与光的扩展W的关系。

另外，投光光纤17或者受光光纤18的NA与最大出射角θmax或者最大入射角θmax的关系为NA＝s i nθmax。

如图6b所示，如果将测量部位1a、1b、1c即茎、果柄、或者叶柄的直径作为D，则在光的扩展W小于直径D的情况下，来自投光光纤17的照射光能够全部照射至植物1的测量部位1a、1b、1c内，此外，能够有效地接收透过植物1的测量部位1a、1b、1c的参照光，或者有效地接收在植物1的测量部位1a、1b、1c反射的参照光，同时能够尽可能地避免来自测量部位以外的部位的干扰光。

因此，如图6c所示，使第一V形形槽21A的V形槽角度θv比光投光光纤17的最大出射角θmax大，或者在将引导检测光的受光光纤18的端部18a配置在第二V形槽21B的顶部21y的情况下，使第二V形槽21B的V形槽角度θv比受光光纤18的最大入射角θmax大，由此能够进行有效地测量。

另外，在第一V形槽21A的V形槽角度θv、以及二V形槽21B的V形槽角度θv为45°的情况下，使投光光纤17的最大出射角θmax、以及受光光纤18的最大入射角θmax小于45°。

根据本实施例的活体保持结构体20，能够不伤害植物地安装在测量部位1a、1b、1c即茎、果柄或者叶柄，能够相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，以非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。

工业实用性

本发明的栽培中作物的生长状态测量装置，能够对露地栽培或室内栽培的植物不分昼夜地、在栽培期间中持续地对生长状态进行测量。

附图标记说明

1 植物

1a、1b、1c 测量部位

11 光源

12 投光控制部

13 受光部

14 受光控制部

15 运算部

16 存储部

17 投光光纤

17a 端部

18 受光光纤

18a 端部

20 活体保持结构体

21A 第一V形槽

21B 第二V形槽

21x 顶部

21y 顶部

22A 第一结构体

22B 第二结构体

23 连接部件

θv V形槽角度

θmax 最大入射角、最大出射角

Claims (7)

1.一种用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，该栽培中作物的生长状态测量装置向植物的测量部位照射出照射光，接收来自所述测量部位的检测光，根据接收的所述检测光，计算出表示所述植物的营养状态的硝酸态氮量、碳水化合物量、蛋白质量、矿物质成分量、抗氧化物质量以及水分量中的至少任一种的成分量，其特征在于，

所述植物是处于收获前的生长阶段的栽培中作物，

所述测量部位是茎、果柄以及叶柄中的任一种，

所述活体保持结构体安装在所述茎、所述果柄或者所述叶柄。

2.如权利要求1所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，其特征在于，具有：

形成有第一V形槽的第一结构体；

形成有第二V形槽的第二结构体；

连接所述第一结构体与所述第二结构体的连接部件，

将所述茎、所述果柄或者所述叶柄配置在所述第一V形槽以及所述第二V形槽。

3.如权利要求2所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，其特征在于，

将引导所述照射光的投光光纤的端部配置在所述第一V形槽的顶部,

将引导所述检测光的受光光纤的端部配置在所述第二V形槽的顶部,

将透过所述测量部位的所述照射光作为所述检测光。

4.如权利要求2所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，其特征在于，

将引导所述照射光的投光光纤的端部、以及引导所述检测光的受光光纤的端部配置在所述第一V形槽,

将由所述测量部位反射的所述照射光作为所述检测光。

5.如权利要求2所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，其特征在于，

将引导所述照射光的投光光纤的端部配置在所述第一V形槽的顶部,使所述第一V形槽的V形槽角度比所述投光光纤的最大出射角大。

6.如权利要求5所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，其特征在于，

将引导所述检测光的受光光纤的端部配置在所述第二V形槽的顶部,使所述第二V形槽的V形槽角度比所述受光光纤的最大入射角大。

7.如权利要求5所述的用于栽培中作物的生长状态测量装置的活体保持结构体，其特征在于，

将引导所述检测光的受光光纤的端部配置在所述第一V形槽的斜边。