专利名称：植物叶绿素测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量植物叶绿素的装置，更具体地说，它涉及一种植 物叶绿素测量仪。
背景技术：
氮肥是植物体内氨基酸的组成部分、是构成蛋白质的成分，也是植物进行 光合作用起决定性作用的叶绿素的组成部分。在不同氮肥施用水平下，植物生 长状况和产量都会发生变化。在保证植物产量及品质的前提下，确定最佳施肥 期和最佳施肥量，不仅可以节省用肥量，而且可以减少化肥污染，保护环境。
目前，针对植物叶片叶绿素含量及含氮量的测量方法主要为化学方法，可 这种手段由于是以破坏作为活体的植物为前提，所以不是人们想要的方法。另 外由于利用化学药品，其处理等需要很多功夫和时间，也不适用。因此，无损 检测技术近年来在植物氮营养诊断中得到广泛关注，被认为极有发展前途的植 物营养诊断技术。现有技术是用两种不同波长的光分别照射到植物叶片表面， 从植物叶片的另一面接收透射的光，并比较透射光与原照射光的光密度差异， 进而测量出叶绿素的相对含量，这种方法更适合于具有较薄叶片的植物，对于 测量较厚植物叶片叶绿素含量时，测量精度会受到影响。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了 一 种便携式的对厚、薄叶片的植物皆适用的植物叶绿素测量仪。
.为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案实现的植物叶绿 素测量仪由安装有控制软件的计算机、光纤光语仪和测量探头组成，计算机与 光纤光谱仪之间电连接，光纤光镨仪与测量探头之间是光纤和电连接。
所述的测量探头由激光发生装置、荧光接收探头和测量探头体组成。荧光 接收探头安装在测量探头体的中轴线上，激光发生装置与荧光接收探头之间成 45°地安装在测量探头体上，荧光接收探头与光纤光谱仪之间光纤连接，激光 发生装置与光纤光i普仪之间电连接。
技术方案中所述的激光发生装置由激光二极管、控制电路组成。激光二极 管的引脚l、引脚2、引脚3分别与控制电路的接线端LD-、接线端LD+、接线 端PD+电连接，控制电路接线端VCC与电源电连接；所述的荧光接收探头主要 由准直透镜组成。荧光接收探头与光纤光谱仪之间采用具有型号为SMA-905标 准接头的光纤(c)连接。
实施植物叶绿素测量仪的第二套技术方案是第 一套技术方案中所述的安装有控制软件的计算机与光纤光谱仪都采用安装上蓝牙无线传输装置的计算机与 光纤光谱仪，那么在第二套技术方案中计算机与光纤光谱仪之间是无线传输方 式的连接，安装有蓝牙无线传输装置的光纤光谱仪与测量探头之间是光纤和电 线连接。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是
1. 本实用新型所述的植物叶绿素测量仪及叶绿素测量方法解决了传统化学
方法4喿作繁瑣、化验费时等缺点，达到测量时间短、操作简单，可操作性强；
2. 本实用新型所述的植物叶绿素测量仪检测植物叶绿素含量时，其测量探 头在植物生长地直接接触植物叶片即可完成，避免了活体破坏，实现了无损检 测；
3. 本实用新型所述的植物叶绿素测量仪及叶绿素测量方法解决了目前一些 测量方法如透射光密度差法在测量较厚植物叶片时遇到的精度不高的问题，测 量精度不受植物叶片厚度影响，测量范围更广；
4. 本实用新型所述的植物叶绿素测量仪测量准确，精度高，对植物叶绿素 含量的测量误差仅为1%左右，对植物叶片氮含量的测量误差低于1%;
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明 图l是植物叶绿素测量仪的结构、原理框图2是植物叶绿素测量仪测量探头和植物叶片工作位置关系的主视图； 图3是植物叶绿素测量仪测量探头和植物叶片工作位置关系在图2中A-A 位置的剖^L图4是移去植物叶片后植物叶绿素测量仪测量探头的俯视图5是安装有控制软件的计算机采用安装有控制软件和蓝牙无线传输装置
的计算机，光纤光谱仪采用安装有蓝牙无线传输装置的光纤光谱仪，安装有蓝
牙无线传输装置的光纤光谱仪与测量探头之间是光纤和电线连接的第二套技术
方案的植物叶绿素测量仪的结构、原理框图6是组成激光发生装置的激光二极管引脚示意图； .图7是组成激光发生装置的控制电路的电路原理图； 图8是采用植物叶绿素测量仪测量植物叶绿素含量的流程框图； 图中a.激光发生装置，b.荧光接收探头，c.光纤，d.检测口， c.荧光接
收室，f.植物叶片，g.测量探头体,C1-C4.电容，R1-R7.电阻，Ul、 U2.三极管，
Zl.齐纳二极管。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述
为了克服现有化学方法测量植物叶绿素含量时带来的费时、破坏植物活体的缺点；为了克服用两种不同波长的光分别照射到植物叶片表面，从植物叶片
的另一面接收透射的光，并比较透射光与原照射光的光密度差异，进而测量出 植物叶绿素相对含量的对于测量较厚植物叶片叶绿素含量时测量精度会受到影
响的缺点；本实用新型提供了一种植物叶绿素测量仪。该植物叶绿素测量仪不 仅可以快速、准确地对植物叶片叶绿素含量进行无损测量，而且还可以通过桢: 物叶片叶绿素含量与植物叶片氮含量的关系，进而对植物氮营养成分的含量进
行测量。
参阅
图1至图4，植物叶绿素测量仪由安装有控制软件的计算机、光纤光 谱仪和测量探头组成，计算机与光纤光谱仪之间采用高速USB2. Q数据传输接口 电线连接，光纤光谱仪与测量探头之间是光纤和电线连接。因为测量探头是由 激光发生装置a、荧光接收探头b和测量探头体g组成。荧光接收探头b安装 在测量探头体g的中轴线上，激光发生装置a与荧光接收探头b之间成45°地 安装在测量探头体g上，荧光接收探头b与光纤光谱仪之间采用光纤连接，激 光发生装置a与光纤光谱仪之间电线连接。更具体地说，荧光接收探头b包括 型号为C0L-UV/VIS的准直透镜和安装型号为C0L-UV/VIS的准直透镜的壳体， 安装有型号为COL-UV/VIS的准直透镜的壳体安装在测量探头体g的中轴线上， 荧光接收探头b与光纤光谱仪之间采用具有型号为SMA-905标准接头的光纤c 连接。
参阅图，6与图7,激光发生装置a由激光二极管、控制电路组成。激光发 生装置a选用波长为660nm，功率为10mw的激光二极管。激光二极管内封装一 个光电二极管，光电二极管可以感应激光二极管发光强弱，并将光强弱信息转 换成反馈电信号传回电路，电路进行自动调节，从而使激光二极管稳定发光。 激光二极管有三个引脚，引脚1为激光二极管的负极，引脚2由激光二极管正 极和光电二极管负极共同组成，引脚3为光电二极管的正极。
控制电路由控制芯片、开关电路和发射电路三部分组成。控制芯片采用单 片机89S51，其中Pl.l引脚与光纤光谱仪的触发端口 EXTERNAL I/O PIN"相 连，PI. 0引脚与开关电路相连。
开关电路由光电耦合器4N25、緩冲器74LS07和电阻R7组成。光电耦合器 引脚l与电源正极相连，引脚2通过电阻R7、緩冲器与单片机Pl. G引脚相连， 引脚3与发射电^#线端LD+相连，引脚4与电源正极相连。
发射电路由三极管Ul、三极管U2、齐纳二极管Zl、电阻R1 ~R6、电容C1-C4 连接构成。激光二极管引脚3与三极管Ul基极(即接线端PD+点)相连，激光 二极管引脚1与三极管U2集电极(即接线端LD-点)相连，激光二极管引脚2 与接线端LD+点相连，并通过光电耦合器与电源正极相连。
激光二极管电路工作原理为，单片机通过Pl. 1引脚接收到从光纤光谱仪传
5来的触发信号后，通过Pl. 0引脚发出指令，使光电耦合器的开关导通，从而使 激光发射电路开始工作。封装在激光二极管内的光电二极管与发射电路部分构 成了 一个带反馈调节功能的供电电路，根据激光二极管的实际发光情况进行自 动调节，使激光二极管能恒功率稳定发光。
参阅图5，图中所表示的是实施植物叶绿素测量仪的第二套技术方案。第 二套技术方案与第一套技术方案不同之处在于计算机和光纤光谱仪都采用安装 有蓝牙无线传输装置的计算机和光纤光谱仪，这样计算机与光纤光谱仪之间能 够实现无线传输方式的连接，安装有蓝牙无线传输装置的光纤光谱仪与测量探 头之间仍是光纤和电线连接。第二套技术方案所采用的测量探头与第一套技术 方案所采用的测量探头相同。实际上可以将两套技术方案合在一起，本实用新 型所述的植物叶绿素测量仪中的计算机与光纤光谱仪在通信方式上不仅支持
USB2. 0高速数据线传输，同时也支持蓝牙无线传输技术。即在计算机和光纤光 谱仪中都配置有蓝牙信号发射和接收装置，本实用新型可实现计算机与光纤光 谱仪之间控制命令与采集数据的无线传输功能，使本实用新型在实际应用中使 用更方便、适用性更强。运行本实用新型的控制软件时，控制软件如果通过 USB2. O端口检测到光纤光谱仪，将不会启动计算机的蓝牙无线传输装置，直接 通过USB数据线对光纤光谱仪进行控制，反之会自动与计算机中的蓝牙无线传 输装置进行连接，并使其发出信号与光纤光谱仪进行无线连接，当计算机与光 纤光语仪建立无线连接后其运行和使用方法与通过USB数据线连接时完全相 同。
利用植物叶绿素测量仪测量植物叶绿素含量的方法
技术领域：
本实用新型主要通过装入计算机的控制软件(客户端)实施整个测量过程， 实现系统光源启动、荧光接收与分光、光电转换、数据分析处理等几个主要工 作过程，最终实现对植物叶片叶绿素与氮含量的测量目标。
利用植物叶绿素测量仪测量植物叶绿素含量的方法采用如下步骤 1 )首先要使植物叶绿素测量仪测量探头的检测口 d与植物叶片f紧密接触， 做到在荧光接收室e内不能产生漏光现象；也可以^f吏用植物叶片夹，先将植物 叶片f夹好，然后再扣在测量^:头的^r测口 d上。
2) 启动计算机，首先对光纤光语仪和激光发生装置(a)进行连接测试， 如果二者工作状态正常，光纤光镨仪给激光发生装置U)发出开启激光二极管 的信号，与此同时光纤光谱仪自身也开始3采集被激光照射的植物叶片中的叶 绿素而发出来的荧光，如果光纤光谦仪或激光发生装置(a)不能正常工作，计 算机将显示出现错误的报告并提示出现错误的原因。
3) 激光发生装置(a)中的激光二极管发出的激光直接照射到植物叶片f 上，植物叶片中的叶绿素由于被激光照射而发出的荧光被荧光接收探头(b)接收并通过光纤C传入光纤光谱仪，光纤光谱仪把采集到的焚光进行(按波长)
分光处理、光电转换处理和A/D转换处理后传入计算机，传入计算机的数据同
时会以光镨的形式给予显示并保存。
4)计算机对传入的数据进行分析处理并采用如下步骤
① 对荧光光谱强度最大值的归一化处理
对荧光光谱强度最大值的归一化处理所采用的公式为 巧=1
式中^—波长为/nra光的相对强度；
A —CCD接收到的波长为/nm的光转化成电子的个数(光纤光谱仪 以光转化成电子的个数定义为光的强度)；
^max —荧光光谱中CCD接收的光转化最多的电子个数； /一光的波长。
进行荧光光语最大值归一化处理时，计算机自动选取光的波长范围为 謂nm。
② 对植物叶片叶绿素相对含量的计算 对植物叶片叶绿素相对含量的计算所采用的公式为
2 685
式中S—叶绿素相对含量值； "一叶绿素含量系数1; 6—叶绿素含量系数2; Fw —733 ~ 737rnn范围的荧光相对强度；
7F685 —683 ~ 687nm范围的荧光相对强度。
③对植物叶片含氮量的计算
对植物叶片含氮量的计算所采用的公式为
式中JV—叶片含氮量,mg/kg;
C一氮含量系凄史l, mg/kg; d—氮含量系数2， mg/kg;
《35 —733 ~ 737nm范围的荧光相对强度;
F685 —683 ~ 687nm范围的荧光相对强度。
5)计算机对分析处理结果进行判断，显示和保存符合实际的处理结果，对 错误处理结果的数据进行提示，并由使用者决定是显示并保存数据还是删除。 实施例
<formula>formula see original document page 8</formula>
表中所列的数据为本实用新型对黄>^叶片的测量试验结果。对叶片叶绿素
含量的测量评价标准以spad502叶绿素仪的测量值为准，对叶片氮含量的测量 评价标准以中国科学院东北地理与农业生态研究所提供的检测值为准。测量结 果显示本实用新型对叶片叶绿素含量及含氮量测量的准确。
权利要求1. 一种植物叶绿素测量仪，其特征是所述的植物叶绿素测量仪由安装有控制软件的计算机、光纤光谱仪和测量探头组成，计算机与光纤光谱仪之间电连接，光纤光谱仪与测量探头之间是光纤和电连接；所述的测量探头由激光发生装置(a)、荧光接收探头(b)和测量探头体(g)组成，荧光接收探头(b)安装在测量探头体(g)的中轴线上，激光发生装置(a)与荧光接收探头(b)之间成45°地安装在测量探头体(g)上，荧光接收探头(b)与光纤光谱仪之间光纤连接，激光发生装置(a)与光纤光谱仪之间电连接。
2. 按照权利要求1所述的植物叶绿素测量仪，其特征是所述的激光发生装 置U)由激光二极管、控制电路组成，激光二极管的引脚1、引脚2、引脚3 分别与控制电路的接线端LD-、接线端LD+、接线端PD+电连接，控制电路接线 端VCC与电源电连接。
3. 按照权利要求1所述的植物叶绿素测量仪，其特征是所述的荧光接收探 头(b)主要由准直透镜组成，荧光接收探头(b)与光纤光谱仪之间采用具有 型号为SMA-905标准接头的光纤(c)连接。
4. 按照权利要求1所述的植物叶绿素测量仪，其特征是所述的安装有控制 软件的计算机与光纤光谱仪都采用安装上蓝牙无线传输装置的计算机与光纤光 谱仪，计算机与光纤光谱仪之间是无线传输方式的连接，安装有蓝牙无线传输 装置的光纤光谱仪与测量探头之间是光纤和电线连接。
专利摘要本实用新型公开了一种植物叶绿素测量仪。旨在克服费时、破坏植物活体等问题。该测量仪由计算机、光纤光谱仪和测量探头组成。计算机与光纤光谱仪电连接，光纤光谱仪与测量探头光纤和电连接。测量探头由激光发生装置(a)、荧光接收探头(b)和测量探头体(g)组成。荧光接收探头(b)安装在测量探头体(g)的中轴线上，激光发生装置(a)与荧光接收探头(b)成45°地安装在测量探头体(g)上，荧光接收探头(b)与光纤光谱仪光纤连接，激光发生装置(a)与光纤光谱仪电连接。实施测量仪的第二套技术方案中的计算机与光纤光谱仪都安装了蓝牙无线传输装置，计算机与光纤光谱仪为无线传输方式的连接。该测量仪对厚、薄叶片的植物皆适用。
文档编号G01N21/64GK201298021SQ200820072819
公开日2009年8月26日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者于海业, 强 张, 蕾 张, 张一鸣, 杨昊谕, 丽 沈, 王淑杰, 章志敏, 肖英奎, 隋媛媛 申请人:吉林大学