RU2710009C1 - Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений - Google Patents
Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710009C1 RU2710009C1 RU2019115575A RU2019115575A RU2710009C1 RU 2710009 C1 RU2710009 C1 RU 2710009C1 RU 2019115575 A RU2019115575 A RU 2019115575A RU 2019115575 A RU2019115575 A RU 2019115575A RU 2710009 C1 RU2710009 C1 RU 2710009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflected
- component
- plant
- photodetector
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G25/00—Watering gardens, fields, sports grounds or the like
- A01G25/16—Control of watering
- A01G25/167—Control by humidity of the soil itself or of devices simulating soil or of the atmosphere; Soil humidity sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оценке функционального состояния лиственных растений, определяемого их влагообеспеченностью, в реальном времени с целью осуществления регулируемого полива, оптимального для растительных объектов, независимо от типа почв как в полевых условиях, так и в теплицах. Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений содержит лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, который направляет излучение на лист растения через конденсор для формирования светового пятна, первый фотоприемник, установленный на оси зеркально отраженной компоненты с фокусирующей линзой, второй фотоприемник, установленный чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, который расположен в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным потоком от листа растения, который распространяется равномерно и во всех направлениях внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей, по величине которой судят о влагообеспеченности растения. Технический результат заключается в увеличении точности и области применения. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оценке функционального состояния лиственных растений, определяемого их влагообеспеченностью, в реальном времени с целью осуществления регулируемого полива, оптимального для растительных объектов, независимо от типа почв как в полевых условиях, так и в теплицах.
Известен фотометр для измерения коэффициента диффузного отражения природных объектов, в том числе растений, который разрабатывался для работы в полевых условиях, содержащий источник освещения устройства, расположенный в шаре с рассеивающей рабочей поверхностью так, что он непосредственно освещает измеряемый образец, встроенный микропроцессор позволяет выводить зарегистрированный коэффициент спектрального отражения непосредственно в компьютер или на принтер прямо из прибора без применения компьютера (см. Кувалдин, Э.В. Фотометры для измерения коэффициентов отражения природных объектов в спектральной области излучения солнца // Э.В. Кувалдин. - Научное приборостроение. - №1 (том 15). - 2005. - С. 21-28.).
Недостатками данного устройства являются его сложность и проблемы, связанные с устранением внешней засветки, т.к. его работа осуществляется при солнечном освещении.
Известно устройство оценки содержания влаги (воды) в листьях растений (см. патент WO №2007129648, МПК G01N 21/31; A01G 7/00, публ. 15.11.2007 г.), основанное на измерении спектрального коэффициента отражения инфракрасного излучения от листьев и дальнейшем использовании множественного регрессионного анализа по полученным спектральным данным.
Недостатком данного устройства является достаточно сложный алгоритм выделения диагностической информации, а также невозможность учета формирования диффузного и зеркального отражения на поверхности листовой пластины, которая обладает различными участками, приводящими к появлению смешанного отраженного излучения, каждая из составляющих которого будет иметь различное направление и будет нести определенную информацию о состоянии растения в целом.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения шероховатости поверхности, работа которого направлена на определение как диффузной, так и зеркальной составляющих, содержащее лазер, эллипсоидальное зеркало, первый фокус которого расположен на оси зондирующего лазерного пучка, а выходное отверстие размещено на оси зеркально отраженной компоненты света, первый фотоприемник, установленный во втором фокусе эллипсоидального зеркала, предназначенный для регистрации суммарной (интегральной) интенсивности диффузной компоненты, и блок обработки информации, электрически соединенный с первым фотоприемником, второй фотоприемник, регистрирующий суммарную (интегральную) интенсивность зеркальной компоненты, установленный на оптической оси зеркальной компоненты отраженного света, оптически сопряженный с выходным отверстием эллипсоидального зеркала и электрически соединенный с блоком обработки информации (см. патент РФ 2156437, МПК G01B 11/00, публ. 20.09.2000 г.).
Недостатком известного устройства является то, что оно может быть использовано для определения шероховатости сверхгладких поверхностей и плоских металлических полупроводниковых и диэлектрических изделий (а не растительных объектов), и его работа направлена на получение отношения диффузной и зеркальной составляющих, которое определяет шероховатость оцениваемой поверхности. Разделение потока излучения на составляющие с использованием отверстия не гарантирует отсутствия диффузной составляющей в излучении, попадающем на фотоприемник зеркального отражения, а применение в конструкции эллипсоидального зеркала не предполагает использование устройства вне лаборатории из-за жестких требований к условиям окружающей среды и внешним механическим воздействиям.
Согласно изобретению предлагается устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений, в качестве предмета исследования которых выступает шероховатая поверхность листовых пластин (см. Бондарева Л.А., Суханова М.В. Исследование шероховатой поверхности листьев растений // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2014. - №1 (303). - С. 144-151.), а указанный результат получается в результате измерения зеркальной составляющей отраженного излучения от листьев растений.
Техническая задача заключается в создании устройства, способного непосредственно в полевых условиях неинвазивно в реальном времени провести оценку влагообеспеченности растительных объектов с целью дальнейшего контроля за расходом воды и регулирования интенсивности полива для оптимизации процесса выращивания растительных объектов и затрат, связанных с этим процессом.
Техническая задача достигается тем, что устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений содержит лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, который оснащен конденсором для формирования светового пятна, первый фотоприемник установлен на оси зеркально отраженной компоненты и оснащен фокусирующей линзой, второй фотоприемник установлен чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, которая расположена в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным лучистым потоком от листа растения, размещенного внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей.
Технический результат заключается в возможности определения разработанным устройством функционального состояния растений для определения их потребностей в воде в режиме реального времени на основе облучения листьев растений электромагнитным излучением ближнего инфракрасного диапазона и измерении зеркальной составляющей отраженного излучения, по величине которой судят о влагообеспеченности растения.
Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена конструкция устройства (продольное сечение), на фиг. 2 - схема предлагаемого устройства (сечение в плоскости падения).
Устройство (фиг. 1) содержит лазер или светодиод 1, излучающий в ближнем ифракрасном диапазоне через конденсор 2, первый фотоприемник 3, установленный на оси зеркально отраженной компоненты с фокусирующей линзой 4, второй фотоприемник 5, установленный чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы 6, расположенной в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным лучистым потоком от листа растения 7, размещенного в измерительной камере 8, причем электрические выходы фотоприемников 3 и 5 соединены с блоком 9 обработки информации.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в отличие от известного устройства для определения шероховатости поверхности в предлагаемом техническом решении используется:
1) в качестве источника излучения лазер или светодиод 1, длина волны которого должна соответствовать ближнему инфракрасному диапазону длин волн 750…1150 нм, где наблюдается наиболее интенсивное отражение от листьев растений;
2) расположение первого фотоприменика 3, регистрирующего смешанное 11 отражение, содержащее как зеркальную, так и диффузную 10 составляющую отраженного излучения, должно быть под тем же углом, что и источник излучения, а первая фокусирующая линза 4 направляет суммарное излучение на чувствительную поверхность первого фотоприемника 3;
3) расположение второго фотоприемника 5, регистрирующего диффузную 10 составляющую отраженного излучения, должно быть ориентировано на поверхность объекта исследования 7, фокусирующая линза 6 которого направляет отраженное излучение на его чувствительную поверхность;
4) блок обработки информации 9, одновременно фиксирующий величину фототока в двух каналах, определяет разность этих величин, выделяя тем самым информацию о зеркальной составляющей, а одновременное измерение интегральных интенсивностей исключает влияние нестабильности источника излучения на определение влагообеспеченности растений;
5) использование устройства в полевых условиях предъявляет специфические требования к его конструкции, связанные с простотой и надежностью эксплуатации. Замена эллипсоидального зеркала на полый цилиндр с зеркальной внутренней поверхностью, внутри которого осуществляется процесс отражения от листьев, обеспечивает как достаточную прочность устройства, так и его сравнительную простоту. При этом существенное упрощение конструкции позволяет обеспечить формирование диффузной 10 составляющей отраженного от листьев излучения внутри измерительной камеры 8.
Устройство работает следующим образом.
Пучок монохроматического света длиной волны 750…1150 нм от лазера или светодиода 1 (фиг. 2) падает под острым углом на контролируемую поверхность листа 7. В связи с тем, что распределение микронеровностей по поверхности листовой пластины неоднородно, исследование проводится на площадке, диаметр которой составляет 15 мм, а излучение от лазера или светодиода 1 проходит через конденсор 2 для формирования светового пятна указанного диаметра. Отразившись от неровностей профиля поверхности листа растения, поток электромагнитного излучения разделяется на зеркальную и диффузную 10 составляющие отраженного света.
Диффузная составляющая 10 фокусируется собирающей линзой 6 на чувствительной поверхности второго фотоприемника 5, регистрирующего интенсивность диффузной компоненты. Внутренняя поверхность измерительной камеры 8, выполненной в форме полого цилиндра, имеет светоотражающее покрытие, обеспечивающее в области длин волн ближнего инфракрасного диапазона показатель отражения от 84% до 99%. Выбор материала напрямую влияет на точность полученных результатов измерения. Фокусирующая линза 6 должна лежать касательно к полусфере диффузного 10 распределения светового потока. При этом равномерное во всех направлениях распределение диффузно отраженного потока предполагает, что он будет попадать не только на второй фотоприемник 5, но и на первый фотприемник 3, который расположен под тем же углом, что и источник излучения 1. Подобное расположение предполагает возможность регистрации зеркальной составляющей отраженного излучения в случае, если исследуемая поверхность листа 7 растения обладает минимально выраженными микронеровностями и формирует направленный поток излучения. Зеркальная составляющая фокусируется собирающей линзой 4 на чувствительной поверхности первого фотоприемника 3, регистрирующего интенсивность зеркальной составляющей совместно с диффузной 10, которая также попадает на фотоприемник 3.
Сигналы с фотоприемников 3 и 5 поступают в блок 9 обработки информации, осуществляющий вычитание диффузной составляющей 10 излучения из суммарного отраженного потока 11. При этом полученный результат в виде зеркальной составляющей отраженного потока несет непосредственную информацию о влагообеспеченности исследуемого растения.
Claims (1)
- Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений, содержащее лазер или светодиод, работающий в ближнем ифракрасном диапазоне, первый и второй фотоприемники, соединенные с блоком обработки информации, отличающееся тем, что лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, оснащен конденсором для формирования светового пятна, первый фотоприемник установлен на оси зеркально отраженной компоненты и оснащен фокусирующей линзой, второй фотоприемник установлен чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, которая расположена в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным лучистым потоком от листа растения, размещенного внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115575A RU2710009C1 (ru) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115575A RU2710009C1 (ru) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710009C1 true RU2710009C1 (ru) | 2019-12-23 |
Family
ID=69022768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019115575A RU2710009C1 (ru) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710009C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU219512U1 (ru) * | 2023-05-22 | 2023-07-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Устройство для экологического мониторинга стрессовых состояний растений |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2156437C2 (ru) * | 1996-07-09 | 2000-09-20 | Стариков Сергей Владимирович | Устройство для определения шероховатости поверхности |
JP2007166967A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Kyowa Engineering Consultants Co Ltd | 樹木の健全度評価方法及び樹木健全度評価装置 |
WO2017068775A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Water content of a part of plant evaluation method and water content of a part of plant evaluation apparatus |
EP2603787B1 (de) * | 2010-08-13 | 2018-06-20 | Franke GmbH | Sensorsystem und verfahren zur bestimmung einer optischen eigenschaft einer pflanze |
-
2019
- 2019-05-21 RU RU2019115575A patent/RU2710009C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2156437C2 (ru) * | 1996-07-09 | 2000-09-20 | Стариков Сергей Владимирович | Устройство для определения шероховатости поверхности |
JP2007166967A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Kyowa Engineering Consultants Co Ltd | 樹木の健全度評価方法及び樹木健全度評価装置 |
EP2603787B1 (de) * | 2010-08-13 | 2018-06-20 | Franke GmbH | Sensorsystem und verfahren zur bestimmung einer optischen eigenschaft einer pflanze |
WO2017068775A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Water content of a part of plant evaluation method and water content of a part of plant evaluation apparatus |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU219512U1 (ru) * | 2023-05-22 | 2023-07-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Устройство для экологического мониторинга стрессовых состояний растений |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104483104B (zh) | 一种光电探测器光谱响应分析系统 | |
US7012694B2 (en) | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy | |
US8743368B2 (en) | Optical sensor system and method of sensing | |
CA1247397A (en) | Spectrophotometric method and apparatus for the non- invasive determination of glucose in body tissues | |
KR100242670B1 (ko) | 스펙트럼식 반사측정 및 투과측정을 위한 방법 및 장치 | |
US4703187A (en) | Method and apparatus for the determination of the thickness of transparent layers of lacquer | |
EP3642616A1 (en) | Method and system for spectral determination of egg gender and fertility | |
CN102812346A (zh) | 分析装置 | |
Heimsath et al. | Angle resolved specular reflectance measured with VLABS | |
CN101140222A (zh) | 测定包括混浊介质材料全部光学参数的光谱仪系统及方法 | |
US20020191192A1 (en) | Method and arrangement for contactless determination of product characteristics | |
CN208125613U (zh) | 一种反射率测定装置 | |
Piliarik et al. | SPR sensor instrumentation | |
RU2710009C1 (ru) | Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений | |
CN207946357U (zh) | 一种荧光检测器的荧光激发装置 | |
EP1370850A1 (en) | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy | |
AU2002243130A1 (en) | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy | |
Sutter et al. | Advanced measurement techniques to characterize the near-specular reflectance of solar mirrors | |
WO2005100955A1 (en) | Method and apparatus for determining the absorption of weakly absorbing and/or scattering liquid samples | |
CN110702661B (zh) | 一种增强型拉曼散射传感器 | |
JP3903147B2 (ja) | 青果物の非破壊糖度測定装置 | |
JPS6189543A (ja) | デユアルビームスペクトル透過率の測定方法及び装置 | |
KR20100000349A (ko) | 적분구 탑재형 분광 광도계 | |
KR100336603B1 (ko) | 근적외선을 이용한 과일당도 판정방법 및 그 장치 | |
JP4470939B2 (ja) | 生体スペクトル測定装置 |