CN109932366A - 栽培中作物的生长状态测量装置 - Google Patents

Abstract

提供一种栽培中作物的生长状态测量装置，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，在露天、室内等的栽培现场，能够以非接触、非破坏的方式对植物的营养状态进行连续测量。本发明的栽培中作物的生长状态测量装置，其特征在于，具备：光源(11)、投光控制部(12)、受光部(13)、受光控制部(14)、运算部(15)，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，在运算部(15)中，使用在光源(11)的照射时机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。

Description

栽培中作物的生长状态测量装置

技术领域

本发明涉及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。

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况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、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的方法是以在室内稳定的环境下进行测量为前提，在外部干扰(特别是在将光作为信号进行处理的分光计量中太阳等的外部干扰光)时时刻刻变化的环境中产生大的测量误差而经不起实际使用。

因此，本发明的目的在于提供一种栽培中作物的生长状态测量装置，相对于处于收获前的生长阶段的栽培中作物，在露天、室内等的栽培现场中，能够以非接触、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所述的本发明的栽培中作物的生长状态测量装置，其特征在于，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，控制所述光源11的照射时机；受光部13，接收来自所述测量部位1a、1b、1c的检测光；受光控制部14，控制所述受光部13的受光时机；运算部15，根据在所述受光部13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，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，在所述运算部15中，使用在所述光源11的所述照射时机由所述检测光得到的投光时受光信号与所述照射时机之前或者之后由所述检测光得到的非投光时受光信号的差值，进行运算处理。

方案2所述的本发明，其特征在于，在方案1所述的栽培中作物的生长状态测量装置中，使用波长不同的多个发光二极管作为所述光源11，使用分光器作为所述受光部13，利用所述投光控制部12使多个所述发光二极管的所述照射时机相同。

方案3所述的本发明，其特征在于，在方案1所述的栽培中作物的生长状态测量装置中，使用波长不同的多个发光二极管作为所述光源11，使用光电二极管作为所述受光部13，利用所述投光控制部12使各个所述发光二极管的所述照射时机不同。

发明效果

根据本发明，能够消除特别是在栽培环境下作为最强噪声的太阳光(直流光)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，能够在露天、室内等的栽培现场，以非接触、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。

具体实施方式

本发明的第1实施方式的栽培中作物的生长状态测量装置，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，在运算部中，使用在光源的照射时机下的检测光的投光时受光信号与照射时机之前或者之后的检测光的非投光时受光信号的差值进行运算处理。根据本实施方式，能够消除特别是在栽培环境下作为最强噪声的太阳光(直流光)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，能够在露天、室内等的栽培现场，以非接触、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实施方式的栽培中作物的生长状态测量装置中，使用波长不同的多个发光二极管作为光源，使用分光器作为受光部，利用投光控制部使多个发光二极管的照射时机相同。根据本实施方式，能够在限定的时间内得到投光时受光信号，因此难以受到环境光的变化的影响。

本发明的第3实施方式，是在第1实施方式的栽培中作物的生长状态测量装置中，使用波长不同的多个发光二极管作为光源，使用光电二极管作为受光部，利用投光控制部使各个发光二极管的照射时机不同。根据本实施方式，能够使用简单的光电二极管。

(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,将来自测量部位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。

在将分光器用作受光部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。将分光器用作受光部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内得到投光时受光信号，因此难以受到环境光的变化的影响。

在将光电二极管用作受光部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的照射时机中的检测光的投光时受光信号与照射时机之前或者之后的检测光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(直流光)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，能够在露天、室内等的栽培现场，以非接触、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使发光二极管各自的照射时机不同，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。

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测量生长状态。

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

18 受光光纤

20 活体保持结构体

Claims (3)

1.一种栽培中作物的生长状态测量装置，其特征在于，具备：

光源，产生对植物的测量部位进行照射的照射光；

投光控制部，控制所述光源的照射时机；

受光部，接收来自所述测量部位的检测光；

受光控制部，控制所述受光部的受光时机；

运算部，根据在所述受光部接收的检测光，计算出表示所述植物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，

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，

在所述运算部中，使用在所述光源的所述照射时机由所述检测光得到的投光时受光信号与所述照射时机之前或者之后由所述检测光得到的非投光时受光信号的差值，进行运算处理。

2.如权利要求1所述的栽培中作物的生长状态测量装置，其特征在于，

使用波长不同的多个发光二极管作为所述光源，

使用分光器作为所述受光部，

利用所述投光控制部使多个所述发光二极管的所述照射时机相同。

3.如权利要求1所述的栽培中作物的生长状态测量装置，其特征在于，

使用波长不同的多个发光二极管作为所述光源，

使用光电二极管作为所述受光部，

利用所述投光控制部使各个所述发光二极管的所述照射时机不同。