专利名称：作物冠层内光分布测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及光分布測量技术领域，特别涉及ー种作物冠层内光分布測量装置及方法。
背景技术：
植物冠层内辐射分布的测定为冠层内辐射传输与分布规律的研究奠定了基础，是验证辐射模型的主要方法。近年来，随着现代自动探测技术的发展，出现了多种专门的作物冠层内光的观测 仪器。如=LI-COR公司出品的LI-190SA点式和LI-191SA线式光合有效辐射光量子测定仪；英国的Delta-T仪器公司出品的SunScan冠层分析仪；美国Decagon仪器公司的AccuPAR冠层分析仪，主体为ー个80cm的探棒上均匀分布着的80个PAR探头，并通过ー个小型操作終端，具有对探头编组測定的能力。在自行研制的光分布测量仪器方面，Karine Chenu等人于2008年基于Turtle模型原理研制了 Turtle_6和Turtle_16测量仪。这些光分布測量装置可以进行植物冠层的光分布測量，但方式各不相同，LI-190SA点式和LI-191SA线式可对指定点与线上的光分布进行测量，SunScan冠层分析仪可对线上的辐射分布给出平均辐射值，AccuPAR冠层分析仪可得到探棒上的80个探头的光强值，TurtIe_6和Turtle_16则可以较好地测量指定点的散射光分布值。但上述光分布測量装置的主要缺陷为点式測量仪较厚重，难以安装到植物叶片指定位置，即使安装上，也会导致植物叶片损失自然形态，给测量带来误差；线式测量装置的缺点是測量位置难以调整，无法测量指定位置的光強度信息，SunScan冠层分析仪、AccuPAR冠层分析仪也具有该缺陷；Turtle_6和Turtle_16测量仪可以测量作物冠层内指定点的光分布信息，但其也无法依附在植物叶片上，且无法同时测量多个点的光強度信息；另外，以上各种光分布測量装置都无法同时测量多个任意指定点的光強度信息。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何便于调整測量位置、并且不会使植物叶片损失自然形态，以提高光分布测量的精度。( ニ )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了ー种作物冠层内光分布測量装置，所述装置包括承载单元、接收单元、以及至少ー个光传感器，所述承载単元包括支撑部分和与待测作物叶片形态相同的承载部分，所述至少一个光传感器分别设于所述承载部分上、且依次串联连接，所述至少一个光传感器中的一个光传感器与所述接收单元连接。优选地，所述装置还包括支架和天空传感器，所述支架的顶端位于所述待测作物的冠层顶部，所述天空传感器设于所述支架的顶端，所述天空传感器与所述至少一个光传感器中的一个光传感器连接。
优选地，所述光传感器上设有滤光片。优选地,所述承载单元为金属条。本发明还公开了ー种基于所述的作物冠层内光分布測量装置的測量方法，所述方法包括以下步骤SI :利用承载单元上的支撑部分将所述承载单元进行固定，使所述承载単元上与待测作物叶片形态相同的承载部分与待测作物叶片相接触；S2 :将至少ー个光传感器根据需要分别设于所述承载部分上的测量处；S3 :将天空传感器设于支架的顶端；S4 :所述接收单元每经过预设间隔时间进行一次信号采集，以实现对待测作物叶 片的冠层内光分布測量。优选地，步骤SI之前还包括以下步骤SO :选取待测作物叶片，根据所述待测作物叶片的形态加工承载单元，以实现承载単元上的承载部分与待测作物叶片形态相同。优选地，步骤S2中的光传感器上设有滤光片；步骤S4中进行信号采集后，对采集的信号进行还原。(三)有益效果本发明通过承载単元上与待测作物叶片形态相同的承载部分来放置光传感器，便于调整測量位置、并且不会使植物叶片损失自然形态，提高了光分布测量的精度。
图I是按照本发明ー种实施例的作物冠层内光分布測量装置的结构示意图；图2是滤光片对不同强度的光强滤光的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本实施方式的装置包括与待测作物叶片形态相同的承载单元、接收单元、以及至少ー个光传感器，所述至少一个光传感器分别设于所述承载単元上、且分别与所述接收单元连接。为避免出现光传感器超程情况出现，优选地，所述光传感器上设有滤光片。为防止承载单元的面积过大，从而对待测作物叶片进行遮挡，本实施方式中，所述承载单元优选为金属条。本发明还公开了ー种基于所述的作物冠层内光分布測量装置的測量方法，所述方法包括以下步骤SI :将与待测作物叶片形态相同的承载单元进行固定，使所述承载単元与待测作物叶片相接触；S2 :将至少ー个光传感器根据需要分别设于所述承载単元上的测量处；S3 :将所述至少ー个光传感器分别与所述接收単元进行连接；S4 :所述接收单元每经过预设间隔时间进行一次信号采集，以实现对待测作物叶片的冠层内光分布測量。优选地，步骤SI之前还包括以下步骤SO :选取待测作物叶片，根据所述待测作物叶片的形态加工承载单元，以实现承载单元与待测作物叶片形态相同。优选地，步骤S2中的光传感器上设有滤光片；步骤S4中进行信号采集后，对采集的信号进行还原。实施例參照图1，本实施例中，光传感器由于要放置于植物叶片表面，因此，在保证测量精度的同吋，降低传感器重量也是重点，因此，传感器采用ISL29004光传感器，该传感器质量较小，且能保证获取数据具有较高的精度，但在大田中測量光分布时，容易出现光强超量程 的情况，因此，在传感器上加滤光片，由于加了滤光片，因此，需要对不同強度的光强进行滤光系数的确定，从而进行采集信号的还原，以保证系统输出正确的光强值。经测量，单个传感器加滤光片重量为11. 90g。由于数据传输的限制，每条线路只容许8个传感器，每个线路配有一个笔记本(即接收单元)记录数据，传感器间采用质量较小的数据线连接，数据线配有15cm、20cm和30cm三个长度的，数据线重量为6. 09g(15cm长的数据线)以在实际应用中进行选择，其中，数据传输协议为I2C总线协议；在对待测作物叶片进行测量时，包括如下步骤根据所待测作物叶片设计轻搭架形态与搭架固定方式首先确定预进行光分布测量的作物叶片主要形态，以玉米为例，选定预測量其上光分布的玉米叶片，用数字化仪测量其叶脉形态，选择一定长度的铝条(即金属条，其重量为O. 3g/cm)将其加工成叶脉曲线形态，铝条的前端有IOcm空余，后端有80cm左右(具体根据所待测作物叶片的叶尖距离地面的距离決定)的空余。铝条前端插入所待测作物叶片的叶鞘与茎杆之间的空隙并用绳子绑定加固，后端插入土地中，如此固定的铝条与叶片形态一致，其上面可以放置光传感器，如可在铝条上均匀放置多个光传感器。根据具体作物生长环境设计测量环境线路一端需延长ー个天空传感器至所述待测作物叶片的冠层顶部，以测量冠层外部的光强，外部的传感器要保持水平。每条线路的另一端延长至冠层外部通过数据转换ロ连接到笔记本，由于实验需对冠层光分布进行连续观测，笔记本需放置于箱子内以防止太阳光长时间照射导致温度过高，箱子需距测量群体有一定距离以減少箱子对冠层光分布的影响。參照图2，光强测量数据的还原光传感器所接收到的光强为经滤光片过滤后的光强，为得到測量位置的实际光強，需对测量光强进行还原。实验表明，滤光片对不同強度的光强滤光为线性变化，因此确定还原公式为L = 6600. OXVa，其中Va为传感器实际测量值，L为实际測量光强(单位为勒克斯)。该测量装置上的传感器每3秒记录并存储一次数据，因此，该测量装置可对作物冠层指定位置的光强进行连续检測。所測量数据可用于作物冠层模拟方法的验证，也可用于分析作物指定器官光强的连续变化。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围 应由权利要求限定。
权利要求
1.ー种作物冠层内光分布測量装置，其特征在于，所述装置包括承载单元、接收单元、以及至少ー个光传感器，所述承载単元包括支撑部分和与待测作物叶片形态相同的承载部分，所述至少一个光传感器分别设于所述承载部分上、且依次串联连接，所述至少ー个光传感器中的一个光传感器与所述接收单元连接。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述装置还包括支架和天空传感器，所述支架的顶端位于所述待测作物的冠层顶部，所述天空传感器设于所述支架的顶端，所述天空传感器与所述至少一个光传感器中的一个光传感器连接。
3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述光传感器上设有滤光片。
4.如权利要求I或2所述的装置，其特征在于，所述承载单元为金属条。
5.ー种基于权利要求I 3中任一项所述的作物冠层内光分布測量装置的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 Si:利用承载单元上的支撑部分将所述承载单元进行固定，使所述承载単元上与待测作物叶片形态相同的承载部分与待测作物叶片相接触； 52:将至少ー个光传感器根据需要分别设于所述承载部分上的测量处； 53:将天空传感器设于支架的顶端； 54:所述接收单元每经过预设间隔时间进行一次信号采集，以实现对待测作物叶片的冠层内光分布測量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤SI之前还包括以下步骤 SO :选取待测作物叶片，根据所述待测作物叶片的形态加工承载单元，以实现承载单元上的承载部分与待测作物叶片形态相同。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2中的光传感器上设有滤光片； 步骤S4中进行信号采集后，对采集的信号进行还原。
全文摘要
本发明公开了一种作物冠层内光分布测量装置及方法，涉及光分布测量技术领域，所述装置包括承载单元、接收单元、以及至少一个光传感器，所述承载单元包括支撑部分和与待测作物叶片形态相同的承载部分，所述至少一个光传感器分别设于所述承载部分上、且依次串联连接，所述至少一个光传感器中的一个光传感器与所述接收单元连接。本发明通过承载单元上与待测作物叶片形态相同的承载部分来放置光传感器，便于调整测量位置、并且不会使植物叶片损失自然形态，提高了光分布测量的精度。
文档编号G01J1/00GK102680084SQ20121012513
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者温维亮, 王传宇, 王成, 郭新宇, 高权 申请人:北京农业信息技术研究中心