CN206974900U - 一种基于太赫兹光的植株水分检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于太赫兹光的植株水分检测装置，包括太赫兹仪、太赫兹收发探头、样品室和太赫兹透/反射光强检测部件；所述太赫兹仪用于产生探测光和泵浦光；所述样品室用于放置待检测植株样品；所述太赫兹收发探头，用于接收太赫兹转换器输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品光谱对应光电流；所述太赫兹透/反射光强检测部件用于检测植株样品对太赫兹光的透/反射光的强度。操作便捷，使之更容易推广，且太赫兹能量低，辐射小，快捷无污染，对测量物无损，对人体几乎无影响，操作人员可放心检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及植物健康监测技术领域，更具体地，涉及一种基于太赫兹光的植株水分检测装置。
背景技术
水分是作物生长的重要物质，同时也是作物生长过程中最大的消耗品。植物叶片的含水量是表征植物体水分信息的重要生理指标，在植物生理和抗旱性研究中有着广泛的应用。如何快速准确获取植物的水分状况信息，尤其是植物叶片含水量，对于研究作物生理生化反应、掌握植物的生长发育过程及指导节水灌溉等均有着非常重要的意义。传统的植物叶片水分测量方法包括烘干法、蒸馏法、滴定法、电测法等，现有方法均需要采集样品后在实验室条件下进行测量，通常耗时比较长、操作复杂、检测成本高、测量数据单一，只具有科研意义，不适用于现场对作物生长情况进行监测和调整。因此，快速、实时、准确测量作物生长的水分状况尤其是植物叶片含水量是一个亟待解决的问题。
太赫兹辐射是介于0.1THz-10THz(1THz＝1012Hz)之间频率的电磁辐射，其对应的波长范围为30nm-3mm，属于远红外波段，它刚好处于电子学与光子学的过渡区域。这一频段的电磁波在电子学中被称为毫米波或亚毫米波，而在光谱学中则被称为远红外线。太赫兹波对水分有着很强吸收的特性，非常敏感，可以对叶片中的水分进行精确的测量。
实用新型内容
本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于太赫兹光的植株水分检测装置，以解决现有植株病变检测易受外检因素影响且无法准确、快速、实时辨别的问题。
根据本实用新型的一个方面，提供一种植株叶片水分检测装置，包括太赫兹仪、太赫兹收发探头、样品室和太赫兹透/反射光强检测部件；所述太赫兹仪用于产生探测光和泵浦光；所述样品室用于放置待检测植株样品；所述太赫兹收发探头，用于接收太赫兹仪输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品光谱对应光电流；所述太赫兹透/反射光强检测部件用于检测植株样品对太赫兹光的透/反射光的强度。
作为优选的，所述太赫兹仪包括：
激光器，用于发射激光；
太赫兹转换器，用于用于将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光；探测光比泵浦光有T时间延迟；所述T是皮秒级到纳秒级；
作为优选的，所述太赫兹收发探头包括第一光导天线、第二光导天线、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、第三太赫兹透镜；
第一光导天线，泵浦光辐射在第一光导天线两电极间的光电导材料上辐射出太赫兹脉冲；由第一光导天线辐射出的太赫兹脉冲经过第一太赫兹透镜、第三太赫兹透镜后，入射至样品表面反射后经过第二太赫兹透镜后辐射到第二光导天线的光电导材料上；
第二光导天线，探测光经过光学延迟线延迟后入射到透镜上后聚焦辐射在第二光导天线的光电导材料上，通过探测光辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上产生自由载流子；与此同时自由空间传播的携带样品信息的太赫兹脉冲也辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上，驱动载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的光电流；
所述第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜的中心距P，第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜直径为X，所述第三太赫兹透镜的直径Y满足：Y≥X+2P；泵浦光光能量和探测光光能量对应分别不超过第一光导天线、第二光导天线的能量阀值。
作为优选的，所述第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜分别与第三太赫兹透镜的焦距为8f或者4f。
作为优选的，还包括放大器及调理电路、模数转换器和微处理器，所述太赫兹透/反射光强检测部件的输出端连接所述放大器及调理电路，所述放大器及调理电路的输出端连接所述模数转换器，所述模数转换器的输出端连接所述微处理器。
作为优选的，所述透/反射光光强检测部件包括光敏二极管和光信号接收电路。
本实用新型提出一种基于太赫兹光的植株水分检测装置，利用了太赫兹光谱对于水分的特殊吸收性，根据检测植株样品对太赫兹光的透/反射光的强度，得到植株叶片的水分含量；可实现全程自动化作业，无需其他专业人员去辅助，更无须参考书目，图绘等查询，操作便捷，使之更容易推广，且太赫兹能量低，辐射小，快捷无污染，对测量物无损，对人体几乎无影响，操作人员可放心检测。
附图说明
图1为根据本实用新型实施例的基于太赫兹光的植株水分检测装置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
太赫兹辐射是介于0.1THz-10THz(1THz＝1012Hz)之间频率的电磁辐射，其对应的波长范围为30nm-3mm，属于远红外波段，它刚好处于电子学与光子学的过渡区域。这一频段的电磁波在电子学中被称为毫米波或亚毫米波，而在光谱学中则被称为远红外线。太赫兹波对水分有着很强吸收的特性，非常敏感，可以对叶片中的水分进行精确的测量。
如图1所示，图中示出了一种植株叶片水分检测装置，包括太赫兹仪5、太赫兹收发探头6、样品室1和太赫兹透/反射光强检测部件；所述太赫兹仪用于产生探测光和泵浦光；所述样品室用于放置待检测植株样品2；所述太赫兹收发探头，用于接收太赫兹仪输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品光谱对应光电流；所述太赫兹透/反射光强检测部件用于检测植株样品对太赫兹光的透/反射光的强度。
作为优选的，所述太赫兹仪包括：
激光器，用于发射激光；
太赫兹转换器，用于用于将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光；探测光比泵浦光有T时间延迟；所述T是皮秒级到纳秒级；
作为优选的，所述太赫兹收发探头包括第一光导天线、第二光导天线、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、第三太赫兹透镜；
第一光导天线，泵浦光辐射在第一光导天线两电极间的光电导材料上辐射出太赫兹脉冲；由第一光导天线辐射出的太赫兹脉冲经过第一太赫兹透镜、第三太赫兹透镜后，入射至样品表面反射后经过第二太赫兹透镜后辐射到第二光导天线的光电导材料上；
第二光导天线，探测光经过光学延迟线延迟后入射到透镜上后聚焦辐射在第二光导天线的光电导材料上，通过探测光辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上产生自由载流子；与此同时自由空间传播的携带样品信息的太赫兹脉冲也辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上，驱动载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的光电流；
所述第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜的中心距P，第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜直径为X，所述第三太赫兹透镜的直径Y满足：Y≥X+2P；泵浦光光能量和探测光光能量对应分别不超过第一光导天线、第二光导天线的能量阀值。
作为优选的，所述第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜分别与第三太赫兹透镜的焦距为8f或者4f。
作为优选的，还包括放大器及调理电路、模数转换器和微处理器，所述太赫兹透/反射光强检测部件的输出端连接所述放大器及调理电路，所述放大器及调理电路的输出端连接所述模数转换器，所述模数转换器的输出端连接所述微处理器。在本实施例中，所述太赫兹透/反射光强检测部件、放大器及调理电路、模数转换器和微处理器集成与一PC机4中，所述PC机、太赫兹仪5设于一光学检测平台3上，光学检测平台3设于样品室1一侧。
作为优选的，所述透/反射光光强检测部件包括光敏二极管和光信号接收电路。
本实用新型提出一种基于太赫兹光的植株水分检测装置，利用了太赫兹光谱对于水分的特殊吸收性，根据检测植株样品对太赫兹光的透/反射光的强度，得到植株叶片的水分含量；可实现全程自动化作业，无需其他专业人员去辅助，更无须参考书目，图绘等查询，操作便捷，使之更容易推广，且太赫兹能量低，辐射小，快捷无污染，对测量物无损，对人体几乎无影响，操作人员可放心检测。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种植株叶片水分检测装置，其特征在于，包括太赫兹仪、太赫兹收发探头、样品室和太赫兹透/反射光强检测部件；所述太赫兹仪用于产生探测光和泵浦光；所述样品室用于放置待检测植株样品；所述太赫兹收发探头用于接收太赫兹仪输出探测光和泵浦光，产生辐射太赫兹波进行样品反射式探测和透射式探测，通过携带样品信息的太赫兹波进行探测得到样品光谱对应光电流；所述太赫兹透/反射光强检测部件用于检测植株样品对太赫兹光的透/反射光的强度。
2.根据权利要求1所述的植株叶片水分检测装置，其特征在于，所述太赫兹仪包括：
激光器，用于发射激光；
太赫兹转换器，用于用于将激光器发射的激光转换为探测光和泵浦光；探测光比泵浦光有T时间延迟；所述T是皮秒级到纳秒级。
3.根据权利要求2所述的植株叶片水分检测装置，其特征在于，所述太赫兹收发探头包括第一光导天线、第二光导天线、第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜、第三太赫兹透镜；
第一光导天线，泵浦光辐射在第一光导天线两电极间的光电导材料上辐射出太赫兹脉冲；由第一光导天线辐射出的太赫兹脉冲经过第一太赫兹透镜、第三太赫兹透镜后，入射至样品表面反射后经过第二太赫兹透镜后辐射到第二光导天线的光电导材料上；
第二光导天线，探测光经过光学延迟线延迟后入射到透镜上后聚焦辐射在第二光导天线的光电导材料上，通过探测光辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上产生自由载流子；与此同时自由空间传播的携带样品信息的太赫兹脉冲也辐射在第二光导天线两电极间的光导材料上，驱动载流子产生正比于太赫兹瞬间电场的光电流；
所述第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜的中心距P，第一太赫兹透镜与第二太赫兹透镜直径为X，所述第三太赫兹透镜的直径Y满足：Y≥X+2P；泵浦光光能量和探测光光能量对应分别不超过第一光导天线、第二光导天线的能量阀值。
4.根据权利要求3所述的植株叶片水分检测装置，其特征在于，所述第一太赫兹透镜、第二太赫兹透镜分别与第三太赫兹透镜的焦距为8f或者4f。
5.根据权利要求1所述的植株叶片水分检测装置，其特征在于，还包括放大器及调理电路、模数转换器和微处理器，所述太赫兹透/反射光强检测部件的输出端连接所述放大器及调理电路，所述放大器及调理电路的输出端连接所述模数转换器，所述模数转换器的输出端连接所述微处理器。
6.根据权利要求5所述的植株叶片水分检测装置，其特征在于，所述透/反射光光强检测部件包括光敏二极管和光信号接收电路。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109187417A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-11 | 深圳市奥谱太赫兹技术研究院 | 一种无人机载的太赫兹波及高光谱遥感农作物监测系统 |
| CN109490242A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-19 | 深圳职业技术学院 | 微波冻干过程中水分含量的在线监测方法及微波冻干设备 |
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