CN111693578A - 一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法，其特征在于，包括：空气交换通道支撑件、作物信息感知敏感层、电极和衬底；所述空气交换通道支撑件设置于所述衬底上，以使所述空气交换通道支撑件与作物表面的监测点接触时，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成气体交换通道；所述作物信息感知敏感层，用于感测作物蒸腾散发的分子信息，以产生分子捕捉量信号；所述电极镀覆于所述柔性衬底的上表面，所述作物信息感知敏感层涂敷于所述电极上。本发明提供的装置可以通过空气交换通道支撑件安装于作物组织的表面，可无损在线化监测作物生长过程中的生命信息，具有可规模化生产、制造成本低、监测精度高和作物信息智能化监测的优点。

Description

一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及农业信息技术领域，尤其涉及一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法。
背景技术
随着物联网、大数据、人工智能时代的到来，农业正朝着智能化生产和无人作业的方向迈进。数据获取、信息监测是农业信息技术的基础，支撑分析决策、智能控制和信息服务。
农作物的生长监测传统方法包括遥感监测、机器视觉图像分析处理、高光谱分析、叶绿素荧光光谱分析检测、红外探测等，主要用于获取作物的株高、茎秆、果实大小、叶片厚度等表观信息和内在的茎流、叶绿素、叶面积指数，指导施肥、灌溉及农业作业。传统的作物生长信息监测方法存在对作物生命信息监测难的问题，不利于对作物生长信息的精准动态监测，并且，监测装置成本昂贵，不利于技术的大规模推广应用。
发明内容
本发明提供一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法，可以可无损在线化监测作物生长过程中的生命信息。
第一方面，本发明提供了一种作物生长信息监测装置，
包括：空气交换通道支撑件、作物信息感知敏感层、电极和衬底；
所述空气交换通道支撑件设置于所述衬底上，以使所述空气交换通道支撑件与作物表面的监测点接触时，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成气体交换通道；
所述作物信息感知敏感层，用于感测作物蒸腾散发的分子信息，以产生分子捕捉量信号；
所述电极镀覆于所述柔性衬底的上表面，所述作物信息感知敏感层涂敷于所述电极上。
进一步地，还包括电参数信号采集模块，所述电参数信号采集模块，用于通过所述电极接收所述作物信息感知敏感层采集的分子捕捉量信号，所述电参数信号采集模块利用所述作物信息感知敏感层的电参数-分子浓度吸脱附物理化学效应，将所述作物信息感知敏感层捕捉的分子浓度捕捉量信号转换成电信号；
进一步地，还包括信号调节电路模块，所述信号调节电路模块包括温度采集单元、信号处理单元和信号发送单元，
所述温度采集单元用于采集作物监测点的温度，以生成温度信号；
所述信号处理单元，用于根据所述分子浓度电信号以及所述温度采集单元采集的温度信号，从预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系中确定对应的分子浓度信息；
所述信号发送单元用于将所述信号处理单元生成的分子浓度信息发送至服务器终端。
进一步地，所述电路模块还包括电源模块，所述电源模块包括存储电池和太阳能供电装置；
所述太阳能供电装置用于将太阳能转换为电能，并存储至所述存储电池中。
第二方面，本发明还提供了一种作物生长信息监测装置的制作方法，包括：
获取衬底；
在所述衬底上表面镀覆电极；
将作物信息感知敏感材料涂敷在所述电极上，以形成作物信息感知敏感层；
将所述衬底进行热处理；
在所述衬底上表面安装空气交换通道支撑件；
获取电参数信号采集模块，并将所述电参数信号采集模块与所述电极建立电性连接；
获取信号调节电路模块，将所述信号调节电路模块设置于所述柔性衬底下表面，并将所述信号调节电路模块和电参数信号采集模块建立电性连接；
获取电源模块。
进一步地，所述作物信息感知敏感材料为低维半导体材料；所述低维半导体材料包括功能化修饰二硫化钼材料、功能化修饰氧化石墨烯材料、功能化修饰碳纳米管材料、功能化修饰富勒烯的一种或多种组合，相应地，在将作物信息感知敏感材料涂敷在所述电极上之前，还包括：
在冰水混合物中加入浓硫酸和硝酸钠氧化剂，并进行搅拌，在搅拌过程中加入石墨粉、碳纳米管粉、二硫化钼粉、富勒烯、高锰酸钾和高锰酸钾催化剂、去离子水以及双氧水还原残留的氧化剂；
通过超声波或高剪切在水中进行搅拌，以得到低维半导体材料悬浮液；
对所述低维半导体材料悬浮液进行离心分离处理、盐酸洗涤处理、去离子水洗涤处理以及滤饼真空干燥处理，以得到低维半导体材料粉末；
将所述低维半导体材料粉末溶于去离子水，并对材料的表层基团进行功能化修饰，以及进行部分还原处理，以得到可溶于水的低维半导体材料溶液，作为作物信息感知敏感材料。
进一步地，所述衬底为FPC柔性电路板、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、柔性薄膜、硅片、二氧化硅片、陶瓷片等材料；在获取衬底之前，还包括：
对衬底进行裁剪，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声波清洗，氮气烘干
第三方面，本发明还提供了一种作物生长信息监测方法，包括：将本发明实施例提供的监测装置贴附安装于作物组织表面，并通过所述监测装置的作物信息感知敏感层感测作物组织释放的分子信息，以产生分子捕捉量信号。
本发明提供了一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法，该装置包括空气交换通道支撑件、作物信息感知敏感层、电极和衬底；所述空气交换通道支撑件设置于所述衬底上，以使所述空气交换通道支撑件与作物表面的监测点接触时，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成气体交换通道；所述作物信息感知敏感层，用于感测作物蒸腾散发的分子信息，以产生分子捕捉量信号；所述电极镀覆于所述柔性衬底的上表面，所述作物信息感知敏感层涂敷于所述电极上。本发明提供的装置可以通过空气交换通道支撑件安装于作物组织的表面，可无损在线化监测作物生长过程中的生命信息，具有可规模化生产、制造成本低、监测精度高和作物信息智能化监测的优点。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种作物生长信息监测装置的截面示意图；
图2A是本发明实施例一提供的另一种作物生长信息监测装置的立体结构示意图；
图2B是图2A作物生长信息监测装置沿A-A线的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种作物生长信息监测装置的使用场景图；
图4为本发明实施例二公开的一种作物生长信息监测装置的模块连接图；
图5A为本发明实施例三提供的一种作物生长信息监测装置的制作方法的流程图；
图5B为本发明实施例三的替代实施例提供的一种作物生长信息监测装置的制作方法的流程图；
图5C为本发明实施例三的另一替代实施例提供的一种作物生长信息监测装置的制作方法的流程图；
图6是本发明实施例一中的一种作物监控方法的流程图；
图7为本发明实施例一提供的一种作物监控方法的场景示意图；
图8是本发明实施例一中的另一种作物监控方法的流程图；
图9是本发明一实施例中水分无损监测微型柔性传感器贴附在植物叶面进行监测的示意图；
图10是本发明一实施例中水分传输信息流的监测基准线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种作物生长信息监测装置的截面示意图，如图1所述，所述作物生长信息监测装置包括：空气交换通道支撑件13、作物信息感知敏感层12、电极11和衬底10。
所述空气交换通道支撑件13设置于所述衬底10上，以使所述空气交换通道支撑件13与作物表面的监测点接触时，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成气体交换通道。
所述作物信息感知敏感层12，用于感测作物蒸腾散发的分子信息，以产生分子捕捉量信号，例如水分子捕捉量信号、氧分子捕捉量信号和或二氧化碳分子捕捉量信号。
所述电极11镀覆于所述衬底14的上表面，所述作物信息感知敏感层12涂敷于所述电极11上。
可选地，所述作物信息感知敏感层12可以是功能化氧化石墨烯层，所述电极11为金属电极，可以是叉指电极，所述金属可以是金、银或铝或其合金。较佳地，作物信息感知敏感层12可以由新型功能化二维纳米材料制备而成，涂敷于所述电极上，用于感知和捕捉作物蒸腾散发的水分子信息。本实施例中，所述电极元件为超精细电极电路，由纳米技术加工形成，镀覆于所述柔性衬底10的上表面，用于产生和传输传感器电信号，即用于感测作物蒸腾散发的水分子信息，以产生分子捕捉量信号。
其中，所述空气交换通道支撑件13可以是设置在所述柔性衬底10的上表面，所述电极11镀覆于所述柔性衬底10的上表面，但是并未完全覆盖所述柔性衬底10的上表面，故可以在所述柔性衬底10的上表面上未镀覆电极的位置设置空气交换通道支撑件13。
本实施例中，所述柔性衬底10可以为FPC柔性电路板、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、柔性薄膜、硅片、二氧化硅片、陶瓷片等材料。
本实施例中，所述空气交换通道支撑件13可以包括至少两个支撑单元，至少两个支撑单元设置在所述电极11的周围；可选地，所述空气交换通道支撑件13包括两个支撑条，所述两个支撑条分别位于所述电极11的两侧或柔性衬底10的上表面的两侧，以使所述监测装置贴附安装于作物监测组织表面时，空气交换通道支撑件与作物监测点接触，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成空气交换通道。
可选地，所述空气交换通道支撑件13还可以是设置在所述电极11的上表面，如图2A-2B所示，如果所述电极11是完全覆盖在所述柔性衬底10的上表面，所述空气交换通道支撑件13则可以是设置在所述电极11的上表面。只需要使空气交换通道支撑件13的上表面高度高于所述作物信息感知敏感层12的上表面高度，以使所述空气交换通道支撑件13的上表面与作物表面的监测点接触时，作物信息感知敏感层12和作物表面之间形成空气通道，以使所述监测装置贴附安装于作物监测组织表面时，空气交换通道支撑件与作物监测点接触，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成空气交换通道。
图3为本发明实施例一提供的一种作物生长信息监测装置的使用场景图，如图3所示，在监测时，将本监测装置置于作物20的表面，将空气交换通道支撑件13和作物20直接接触，作物信息感知敏感层12和作物20的表面之间有空气通道，有利于通道内的空气与外界的空气进行交换，避免将作物20的表面密封住，从而导致水分子聚集。所述作物信息感知敏感层12，用于采集作物20的分子捕捉量信号，即可以根据作物表面的水分子的浓度生成对应的电信号。
所述作物信息感知敏感层12采集的作物的分子捕捉量信号，可以通过所述电极11传输至外部的设备。本实施例作物信息感知敏感层除探测捕捉水分子外，可根据被感知对象信息变换，进行化学基团的功能化修饰、裁剪，以无损探测捕捉作物组织的营养信息、释放激素信息、VOCs信息、农药残留信息中的一种或多种。
本发明实施例提供了一种作物生长信息监测方法、装置及其制作方法，该装置包括空气交换通道支撑件、作物信息感知敏感层、电极和衬底；所述空气交换通道支撑件设置于所述衬底上，以使所述空气交换通道支撑件与作物表面的监测点接触时，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成气体交换通道；所述作物信息感知敏感层，用于感测作物蒸腾散发的分子信息，以产生分子捕捉量信号；所述电极镀覆于所述柔性衬底的上表面，所述作物信息感知敏感层涂敷于所述电极上。本发明提供的装置可以通过空气交换通道支撑件安装于作物组织的表面，可无损在线化监测作物生长过程中的生命信息，具有可规模化生产、制造成本低、监测精度高和作物信息智能化监测的优点。
实施例二
图4为本发明实施例二公开的一种作物生长信息监测装置的模块连接图，在上述实施例的基础上，可选地，所述作物生长信息监测装置还包括电路模块，所述电路模块包括电参数信号采集模块21、信号调节电路模块22和电源模块24。
所述电参数信号采集模块21用于通过所述电极11接收所述作物信息感知敏感层采集的分子捕捉量信号，所述电参数信号采集模块21利用所述作物信息感知敏感层的电参数-分子浓度吸脱附物理化学效应，将所述作物信息感知敏感层捕捉的分子浓度捕捉量信号转换成电信号。
所述信号调节电路模块22包括温度采集单元220、信号处理单元222和信号发送单元223。所述温度采集单元220用于采集作物监测点的温度，以生成温度信号；所述信号处理单元222用于根据所述分子浓度电信号以及所述温度采集单元采集的温度信号，从预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系中确定对应的分子浓度信息；所述信号发送单元223用于将所述信号处理单元生成的分子浓度信息发送至服务器终端。
所述电源模块24包括存储电池和太阳能供电装置，所述太阳能供电装置用于将太阳能转换为电能，并存储至所述存储电池中。存储电池可以为电路模块的电参数信号采集模块21、信号调节电路模块22进行供电。
本实施例中，所述电参数信号采集模块，可以对作物信息感知敏感层的交流阻抗、直流电阻、电容、电感、谐振频率的信号采集。本实施例中，作物信息感知敏感层除探测捕捉水分子外，可根据被感知对象信息变换，进行化学基团的功能化修饰、裁剪，以无损探测捕捉作物组织的营养信息、释放激素信息、VOCs信息、农药残留信息中的一种或多种。
所述预存的分子-电参数-温度信息对应关系中包括分子捕捉量信号、温度信号以及分子浓度(如水分子、氧分子、二氧化碳分子、VOCs、农药残留、释放激素信息)信息三者的对应关系。所述分子捕捉量信号是由作物信息感知敏感层采集的，分子捕捉量信号实际上可以是交流阻抗电信号或直流电阻信号，而最终需要的是作物释放的分子浓度信息，分子浓度信息可以是包括所述作物的水分浓度，也可以是作物释放的VOCs或其他分子，所以需要根据分子捕捉量信号确定出对应的分子信息。
在不同的温度情况下，监测装置的作物信息感知敏感层会受到不同的影响，即使在同一种分子浓度的情况下，作物信息感知敏感层在不同的温度中会采集出不同的分子捕捉量信号，所以需要根据采集的分子捕捉量信号和温度信号从预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系中确定对应的分子信息。所述分子浓度-电参数-温度信息对应关系可以是关于分子捕捉量信号、温度信号和分子信息的三维曲线或三维曲面。
所述预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系可以是通过如下方式进行制作：以水分子为例，在不同的温度以及不同水分浓度下分别记录监测装置采集的水分子捕捉量信号，并进行标定，根据不同温度、不同水分浓度以及对应采集的分子捕捉量信号制作水分子捕捉量信号、温度信号和水分子信息的三维曲线或三维曲面，作为预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系。
所述信号发送单元223可以是无线通信模块，示例性地，信号发送单元223可以是蓝牙模块、Wi-fi(WIreless-Fidelity,无线保真)模块等。所述服务器终端可以是管理员的操作终端，可以是智能手机、平板电脑或后台计算机。
本发明实施例通过所述电极接收所述作物信息感知敏感层采集的分子捕捉量信号，以及根据所述分子捕捉量信号以及所述温度采集单元采集的温度信号，从预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系中确定对应的分子信息，可以根据温度信号和分子捕捉量信号同时确定对应的分子信息，可以进一步提高分子信息的准确性。
实施例三
图5A为本发明实施例三提供的一种作物生长信息监测装置的制作方法的流程图，在上述实施例的基础上，如图5所示，一种作物生长信息监测装置的制作方法包括：
S110、获取衬底，本实施例的衬底可以是柔性衬底，较佳地，衬底可以为FPC柔性电路板、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、柔性薄膜、硅片、二氧化硅片、陶瓷片等材料中的任一一种或多种。
S111、在所述衬底上表面镀覆电极，本实施例的电极可以形成超精细电极电路。
S112、将作物信息感知敏感材料涂敷在所述电极上，以形成作物信息感知敏感层。本实施例的水分子感知敏感材料为预先制备的功能化水分子感知敏感材料，即作物信息感知敏感材料，属于可涂覆或可打印溶液材料。作物信息感知敏感层除探测捕捉水分子外，可根据被感知对象信息变换，进行化学基团的功能化修饰、裁剪，以无损探测捕捉作物组织的营养信息、释放激素信息、VOCs信息、农药残留信息中的一种或多种。
可选地，所述水分子感知敏感材料为功能化氧化石墨烯溶液；相应地，在将水分子感知敏感材料涂敷在所述电极上之前，还包括如下操作：
在冰水混合物中加入浓硫酸和硝酸钠氧化剂，并进行搅拌，在搅拌过程中加入石墨粉、高锰酸钾和高锰酸钾催化剂、去离子水以及双氧水还原残留的氧化剂；通过超声波或高剪切在水中进行搅拌，以得到单层氧化石墨烯悬浮液；
对所述单层氧化石墨烯悬浮液进行离心分离处理、盐酸洗涤处理、去离子水洗涤处理以及滤饼真空干燥处理，以得到氧化石墨烯粉末；
将所述氧化石墨烯粉末溶于去离子水，并对片层之间的基团进行功能化修饰，以及进行部分还原处理，以得到可溶于水的功能化氧化石墨烯溶液，作为水分子感知敏感材料。
其中，还原处理为对氧化石墨烯进行去氧化，以还原为石墨烯；而部分还原处理为对氧化石墨烯的部分进行去氧化，部分还原为石墨烯。
S113、将所述衬底进行热处理。
可选地，可以是对衬底进行200°的加热处理，加热时间为2小时，可以是对衬底进行烘烤加热。经过加热处理后可以去除衬底在被制作出来后中所残留的杂质和气体，可以提高衬底的稳定性。替代实施例中，热处理优选工艺还可以为温度110℃，时间3h。
S114、在所述衬底上表面安装空气交换通道支撑件。
S115、获取电参数信号采集模块，并将所述电参数信号采集模块与所述电极建立电性连接；
S116、获取信号调节电路模块，将所述信号调节电路模块设置于所述柔性衬底下表面，并将所述信号调节电路模块和电参数信号采集模块建立电性连接；
S117、获取电源模块。
如图5B所示，替代实施例中，在步骤S110之前，进一步包括：S109、对衬底进行裁剪，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声波清洗，氮气烘干。本替代实施例中，预先将衬底裁剪至合适的尺寸，所应用的作物不同，对应可以制作不同尺寸的衬底。通过在离子水中进行超声波清洗的衬底，可以清洗衬底在被制作出来后所残余的杂志，如此可以提高衬底的稳定性。
如图5C所示，替代实施例中，在步骤S112之前，进一步包括：
S710、在冰水混合物中加入浓硫酸和硝酸钠氧化剂，并进行搅拌，在搅拌过程中加入石墨粉、碳纳米管粉、二硫化钼粉、高锰酸钾和高锰酸钾催化剂、去离子水以及双氧水还原残留的氧化剂；
S720、通过超声波或高剪切在水中进行搅拌，以得到低维半导体材料悬浮液；
S730、对所述低维半导体材料悬浮液进行离心分离处理、盐酸洗涤处理、去离子水洗涤处理以及滤饼真空干燥处理，以得到低维半导体材料粉末；
S740、将所述低维半导体材料粉末溶于去离子水，并对材料的表层基团进行功能化修饰，以及进行部分还原处理，以得到可溶于水的低维半导体材料溶液，作为作物信息感知敏感材料。
可选地，在获取电源模块之后，还包括：
一并参阅图2A-2B，本实施例中将所述电路模块14设置于所述衬底10的底面，并通过导线15将所述电路模块14和电极15建立电性连接。具体地，先获取电参数信号采集模块，并将所述电参数信号采集模块与所述电极建立电性连接，然后获取信号调节电路模块，将所述信号调节电路模块设置于所述衬底下表面，并将所述信号调节电路模块和电参数信号采集模块建立电性连接。可替代地，最后还可以包括将电源模块对应连接至电路模块的步骤。
本实施例通过将电路模块设置于所述衬底底面，可以将电路模块和衬底集成为一个装置，可以提高作物生长信息监测装置的集成性。
通过本发明实施例公开的一种作物生长信息监测装置的制作方法所制作的作物生长信息监测装置可以通过空气交换通道支撑件置于作物的表面，可以根据作物信息感知敏感层采集作物的分子捕捉量信号确定作物的水分子信息，并通过空气交换通道支撑件建立的作物信息感知敏感层和作物表面的空气通道，可以提高水分子信息的准确性。
实施例四
本发明实施例四提供了一种作物生长信息监测方法，该方法包括：将上述任意实施例提供的监测装置贴附安装于作物组织表面，并通过所述监测装置的作物信息感知敏感层采集分子捕捉量信号。还可以获取温度采集单元采集的温度信号，并根据所述分子捕捉量信号以及所述温度采集单元采集的温度信号，从预存的水分-电参数-温度信息对应关系中确定对应的水分子信息。本实施例，所述作物信息感知敏感层，可根据被感知对象信息变换，进行化学基团的功能化修饰、裁剪，以无损探测捕捉作物叶片、果实等组织的生理生化反应、光合速率、营养信息、释放激素信息、VOCs(有机挥发物)信息、农药残留信息、病虫害信息中的一种或多种，除探测捕捉水分子外，可根据被感知对象信息变换，进行化学基团的功能化修饰、裁剪，以无损探测捕捉作物组织的营养信息、释放激素信息、VOCs信息、农药残留信息中的一种或多种。具体实施方式可以参考上文的相关描述，在此不再赘述。
本发明实施例提供的一种作物生长信息监测方法，可以通过空气交换通道支撑件置于作物的表面，可以根据作物信息感知敏感层采集作物的分子捕捉量信号确定作物的水分子信息，可以提高水分子信息的准确性。
实施例五
一并参阅图6-10，图6为本发明实施例一提供的作物监控方法的流程图，该方法可以由作物监控装置来执行，其中，该装置可以由软件和/或硬件实现，一般可以集成在硬件平台上，具体包括如下步骤：
S100、通过生长信息监测装置持续获取作物上的监测点的水分含量，其中，每个作物上设置至少两个监测点，每个监测点对应设置生长信息监测装置。
本实施例中，生长信息监测装置可以是通过新型功能化修饰纳米复合材料和微纳米加工工艺制备的水分无损监测微型柔性传感器，所述生长信息监测装置可以是置于作物的表面上的一个或多个监测点处，生长信息监测装置可以采集作物的监测点对应位置的水分含量。参考图9，一实施例中生长信息监测装置采用的水分无损监测微型柔性传感器131贴附在植物叶面132上，水分无损监测微型柔性传感器131的监测信号经导线连接至监控数据处理服务器133。
每个作物上设置有至少两个监测点，监测点分别设置在作物上不同的部位，每个监测点对应设置生长信息监测装置，以定点采集该监测点处的水分含量。图7为本发明实施例一提供的作物监控方法的场景示意图，示例性地，如图7所示，作物10包括茎干和叶片的部位，可以在茎干上设置若干个监测点11a，以及在叶片上设置对应的监测点，并对各个监测点对应的生长信息监测装置进行编号。对于同一个部位上也可以设置多个监测点，示例性地，可以在叶片的叶基和叶尖分别设置监测点11b和监测点11c。
由于作物的不同部位距离作物的根部不同，不同部位的水分蒸发程度也有所不同，所以需要在作物的不同部位设置多个监测点，以采集到作物的不同部位的水分含量。
可选地，在通过生长信息监测装置持续获取作物上的监测点的水分含量之前还可以对生长信息监测装置进行校准，可以包括如下步骤：
通过校准生长信息监测装置的传感器，获取作物的监测点对应的基准含水率η，所述基准含水率η为植物健康生长的植物组织最佳水分含量，将所述基准含水率设置为所述生长信息监测装置的基准值，具体地，根据所述基准含水率η确定生长信息监测装置关于水分传输信息流的监测基准线τ，τ＝f(η)。一实施例的水分传输信息流的监测基准线如图10所示。
其中，所述基准含水率为作物上的任一部位的基准含水率，根据任一部位的基准含水率来标定监测该部位的生长信息监测装置的基准值，可以提高生长信息监测装置的监测准确性。
可选地，所述基准含水率为作物上的叶片的叶含水率，相应地，可以将所述叶含水率设置为所述生长信息监测装置的基准值。
可以根据切片称重法来获取叶含水率，示例性地，选取作物上与待监测的叶片一致的叶片，摘取该叶片并对其进行称重以获取该叶片的叶鲜重；然后将该叶片进行烘烤处理，以烘干叶片内的水分，烘干24小时后对叶片进行称重，得到叶干重。根据叶鲜重和叶干重计算作物的叶含水率，叶含水率＝(叶鲜重-叶干重)/叶鲜重×％。
得到叶含水率后，可以将叶含水率对生长信息监测装置进行标定，可以将叶含水率设置为生长信息监测装置的基准值，即将所述叶含水率设置为所述生长信息监测装置置于待监测的叶片上所测得的初始的水分含量。
S101、对于每个监测点，根据持续获取的水分含量生成水分含量变化信息。
其中，所述水分含量变化信息为该监测点处的水分含量随时间变化的信息，示例性地，可以是水分含量变化曲线。在对作物进行灌溉处理后，作物上的监测点的水分含量会随着时间逐渐上升，而在灌溉之后，监测点的水分含量又会随着作物蒸腾逐渐降低。
根据持续获取的水分含量生成水分含量变化信息，水分含量变化信息可以体现不同时间点作物内部水分的状况，进而可以从水分变化信息中提取所需要的信息。
S102、根据每个监测点的水分含量变化信息确定水分传输信息流数据，其中，所述水分传输信息流数据包括任意两个监测点之间水分传输速率，以及所述作物在任意时间段的水分吸收量。
所述水分传输信息流数据为体现作物内水分的变化信息以及作物内的水分状况的数据。水分的变化信息包括水分在作物内的移动信息，可以是任意两个监测点之间的水分传输速率，作物内的水分状况为作物在任意时间段的水分吸收量。
在对作物进行浇灌后，水分会从作物的根部被吸收，以及逐渐向上传输，沿着作物的茎干并向叶片传输。作物的状态不同，对应的水分在作物内移动的传输速率不同。示例性地，如果作物内的水分传输速率较低，可能表示作物的根部活力较低，或者作物出现病害的问题。作物内的水分含量也可以体现作物的状态，示例性地，在对作物进行浇灌后，如果作物的水分含量并未增加，作物可能出现病害等问题。
对于所述任意两个监测点之间水分传输速率，可以根据所述两个监测点的水分含量在预设时间内的变化进行确定，在对作物进行浇灌后，水分会在作物内进行传输，根据水分传输先后经过的两个监测点所测得的水分含量的变化进行确定。
可选地，如图8所示，根据每个监测点的水分含量变化信息确定水分传输信息流数据可以通过如下方式进行实施：
S1021、确定任意两个监测点，作为第一监测点和第二监测点。
其中，所述任意两个监测点可以是位于作物的同一部位的两个监测点，也可以是位于不同部位的两个监测点。示例性地，第一监测点可以是作物的茎干上最接近根部的监测点，第二监测点可以是作物的茎干上较高的一个监测点，根据两个监测点就可以得到水分在茎干上传输的速率。第一监测点和第二监测点是水分的传输先后经过的两个监测点。
S1022、在第一监测点的水分含量符合预设水分条件时，确定当前时间为第一时间。
所述预设水分条件可以是监测到的水分含量发生突变的情况，示例性地，如果监测点的水分含量在第一时间内增加量大于第一阈值，则确定所述第一监测点的水分含量符合预设水分条件，即监测点的水分含量发生了突变。如果第一监测点的水分含量符合预设水分条件，则意味着水分从根部传输到了第一监测点，记录当前时间为第一时间。
S1023、在第二监测点的水分含量符合预设水分条件时，确定当前时间为第二时间。
如果第二监测点的水分含量符合预设水分条件，则意味着水分从根部传输到了第二监测点，记录当前时间为第二时间。
S1024、根据所述第一时间和所述第二时间的时间差值，以及所述第一监测点和第二监测点的距离确定水分传输速率和水分吸收量，并确定为水分传输信息流。
所述距离为水分在作物内的传输距离，示例性地，如果所述第二监测点为一个叶片的叶尖，第一监测点为茎干上的一个监测点，则所述距离为第二监测点所在的叶片的长度以及所在叶片的叶基到第一监测点的距离的和。
所述水分传输速率V＝(L2-L1)/(T2-T1)，其中，所述L2为第二监测点到作物的根部的距离，L1为第一监测点到作物的根部的距离，T2为第二时间，T1为第一时间。
根据上述操作可以得到任意两个监测点之间的水分传输速率，即可以得到水分在作物的不同部位的水分传输速率，并确定为水分传输信息流。
本实施例中，根据所监测的水分传输信息流可以构建植物健康指数、水分盈亏指数、灌溉指数和排水指数，进而指导控制执行装置，例如灌溉装置、施肥装置或排水装置，进行智能化作业，所述智能化作业为灌溉、排水或其他相关作业。
对于所述作物在任意时间段的水分吸收量，可以是整株作物在任意时间段的水分吸收量，可以包括作物的所有叶片在任意时间段内的水分吸收量；还可以包括作物的茎干在任意时间段内的水分吸收量。
对于每个监测点，可以根据每个监测点在任意时间段所测得的水分含量计算所述作物在任意时间的水分吸收量。示例性地，选取一段时间段，设置于作物的叶片上的生长信息监测装置监测到作物的叶片在所述时间段内多个的水分含量，至少监测到所述时间段的起始点和结束点的两个水分含量，进而可以根据水分含量分别计算起始点的作物的含水量和结束点的作物的含水量，根据两个含水量可以得到作物在所述时间段内的水分吸收量。
其中，生长信息监测装置所监测到的监测点的水分含量，是监测点所处位置的水分含量，可以根据所述监测点所处位置的水分含量计算作物的基准水分含量。所述基准水分含量可以是一个单位内的含水量，示例性地，对于作物的叶片的水分含量，基准水分含量可以是一平方厘米内的含水量。可以根据基准水分含量计算整个叶片的叶片含水量。根据两个时间点的叶片含水量可以得到叶片在这段时间内的水分吸收量。
对于作物的茎干的水分吸收量也可以根据整株植物的水分吸收量也可以根据上述方式进行计算。进而可以得到整株作物在任意时间段的水分吸收量。
根据每个监测点的水分含量变化信息所确定的水分传输信息流数据，可以得到作物的不同部位以及整体在不同时期的水分状况，进而可以使管理人员根据水分传输信息流数据对作物进行监控和管理。
可选地，持续获取作物上的监测点的水分含量的同时还包括：
通过元素监测装置持续获取作物上的监测点的元素含量。
可以通过设置在作物表面上的元素监测装置持续获取元素含量，其中，所述元素含量为水分中所含的元素的含量，所述元素包括重金属含量、农药含量以及营养液含量中的至少一个；相应地，元素监测装置为重金属监测装置、农药监测装置以及营养液监测装置中的至少一个。所述重金属监测装置为通过重金属敏感材料制成，所述农药监测装置为通过农药残留感知敏感材料制成，所述营养液监测装置为通过营养敏感材料所制成。
相应地，根据持续获取的元素含量生成元素含量变化信息，根据每个监测点的元素含量变化信息确定元素信息流数据，其中，所述元素信息流数据包括任意两个监测点之间的元素传输速率，以及所述作物在任意时间段的元素吸收量。
通过元素监测装置持续获取作物上的监测点的元素含量，可以得到作物中的元素信息流数据，可以得到作物内不同部位以及整体在不同时期的各种元素的状况，可以进一步辅助管理员对作物进行监控和管理。
本发明实施例通过生长信息监测装置持续获取作物上的监测点的水分含量；对于每个监测点，根据持续获取的水分含量生成水分含量变化信息；根据每个监测点的水分含量变化信息确定水分传输信息流数据，其中，所述水分传输信息流数据包括任意两个监测点之间水分传输速率，以及所述作物在任意时间段的水分吸收量。本发明实施例的优点在于根据监测的作物的不同监测点的水分含量可以得到作物的不同部位以及整体在不同时期的水分状况，可以得到更准确的水分子信息，且具有成本低和操作简单的优点。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种作物生长信息监测装置，其特征在于，包括：空气交换通道支撑件、作物信息感知敏感层、电极和衬底；
所述空气交换通道支撑件设置于所述衬底上，以使所述空气交换通道支撑件与作物表面的监测点接触时，所述作物信息感知敏感层和作物表面之间形成气体交换通道；
所述作物信息感知敏感层，用于感测作物蒸腾散发的分子信息，以产生分子捕捉量信号；
所述电极镀覆于所述柔性衬底的上表面，所述作物信息感知敏感层涂敷于所述电极上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电参数信号采集模块，
所述电参数信号采集模块，用于通过所述电极接收所述作物信息感知敏感层采集的分子捕捉量信号，所述电参数信号采集模块利用所述作物信息感知敏感层的电参数-分子浓度吸脱附物理化学效应，将所述作物信息感知敏感层捕捉的分子浓度捕捉量信号转换成电信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括信号调节电路模块，所述信号调节电路模块包括温度采集单元、信号处理单元和信号发送单元，
所述温度采集单元用于采集作物监测点的温度，以生成温度信号；
所述信号处理单元，用于根据所述分子浓度电信号以及所述温度采集单元采集的温度信号，从预存的分子浓度-电参数-温度信息对应关系中确定对应的分子浓度信息；
所述信号发送单元用于将所述信号处理单元生成的分子浓度信息发送至服务器终端。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括存储电池和太阳能供电装置；
所述太阳能供电装置用于将太阳能转换为电能，并存储至所述存储电池中。
5.一种作物生长信息监测装置的制作方法，其特征在于，包括：
获取衬底；
在所述衬底上表面镀覆电极；
将作物信息感知敏感材料涂敷在所述电极上，以形成作物信息感知敏感层；
将所述衬底进行热处理；
在所述衬底上表面安装空气交换通道支撑件；
获取电参数信号采集模块，并将所述电参数信号采集模块与所述电极建立电性连接；
获取信号调节电路模块，将所述信号调节电路模块设置于所述柔性衬底下表面，并将所述信号调节电路模块和电参数信号采集模块建立电性连接；
获取电源模块。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述作物信息感知敏感材料为低维半导体材料；所述低维半导体材料包括功能化修饰二硫化钼材料、功能化修饰氧化石墨烯材料、功能化修饰碳纳米管材料、功能化修饰富勒烯中的一种或多种组合，相应地，在将作物信息感知敏感材料涂敷在所述电极上之前，还包括：
在冰水混合物中加入浓硫酸和硝酸钠氧化剂，并进行搅拌，在搅拌过程中加入石墨粉、碳纳米管粉、二硫化钼粉、富勒烯、高锰酸钾和高锰酸钾催化剂、去离子水以及双氧水还原残留的氧化剂；
通过超声波或高剪切在水中进行搅拌，以得到低维半导体材料悬浮液；
对所述低维半导体材料悬浮液进行离心分离处理、盐酸洗涤处理、去离子水洗涤处理以及滤饼真空干燥处理，以得到低维半导体材料粉末；
将所述低维半导体材料粉末溶于去离子水，并对材料的表层基团进行功能化修饰，以及进行部分还原处理，以得到可溶于水的低维半导体材料溶液，作为作物信息感知敏感材料。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述衬底为FPC柔性电路板、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、柔性薄膜、硅片、二氧化硅片、陶瓷片等材料；在获取衬底之前，还包括：
对衬底进行裁剪，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声波清洗，氮气烘干。
8.一种作物生长信息监测方法，其特征在于，包括：将所述1-5任一项所述的监测装置贴附安装于作物组织表面，并通过所述监测装置的作物信息感知敏感层感测作物组织释放的分子信息，以产生分子捕捉量信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述作物信息感知敏感层，可根据被感知对象信息变换，进行化学基团的功能化修饰、裁剪，以无损探测捕捉作物叶片、果实等组织的生理生化反应、光合速率、营养信息、释放激素信息、VOCs(有机挥发物)信息、农药残留信息、病虫害信息中的一种或多种。
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