一种群体种植的作物茎秆强度测量装置及其应用的制作方法

专利名称：一种群体种植的作物茎秆强度测量装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于农业工程领域，具体涉及一种借助于物理原理的施加压力以测定农作物特性的装置及其应用。
背景技术：
作物的茎杆强度决定了作物品种的抗倒伏性能，而倒伏是作物生产过程中的主要限制因素之一，以小麦为例，灌浆后发生的倒伏可导致小麦产量损失40%以上。因此，在作物育种过程中，需要筛选茎杆强度较高的品系，作物的抗倒伏性成为重要的选择指标，因此，如何准确、客观地测量作物的茎杆强度非常重要。作物的茎杆强度首先与茎杆本身的特性密切相关，包括各节长、茎粗、壁厚、株高、鲜重、干重、种植密度等因素；其次还与环境因素相关，比如土壤质地、降水量、施肥量等因素。研究表明，由于作物群体中间密度大，通风以及光照条件不如边缘的作物，因此边缘作物的茎杆长得粗壮，茎杆抗倒伏能力也强于群体中间的作物。因此，在实际的农业生产和育种筛选过程中，测量单株作物的茎杆强度尚不能准确反映群体的特征，需要研究能够测量群体作物茎杆强度的方法与技术。目前测量作物茎杆强度的方法主要有两种方式，一种是人工观测自然环境下作物的倒伏情况来判断茎杆的抗倒伏能力。通过计算最终倒伏面积占试验小区总面积的比例来计算倒伏比例，或者是根据植株不同倾斜角度把倒伏程度分为5级，不倒伏为I级，植株倾斜角度小于30度为2级，植株倾斜角度30-45度为3级，植株倾斜角度45-60度为4级，植株倾斜角度60度以上为5级。另一种方式是测量单株作物的力学特性参数，进而评价其茎杆强度。比较典型的是日本生产的杆强测定器(DIK-7400)，采用机械式弹簧测力计，针对自然生长的作物，通过夹持装置夹住某株作物茎杆的特定部位，推到一定角度，测量推力大小，由指针刻度显示读数，人工记录结果。通过对比不同茎杆所需推力大小，来判断茎杆强度的大小。国产微电脑莖杆强度测定仪YYD-1，将作物取回室内，对平放在测试架上的作物茎杆施加压力直至压断，采用拉压力传感器获取最大的压断力，压断时需要的力越大，茎杆的抗倒伏能力越强。实用新型专利“一种油菜茎杆强度测量装置”(专利号:200620135139.8)、“一种玉米茎杆强度测量装置”(专利号:200620135138.3)公开了类似的测量装置，分别用于油菜和玉米的茎杆强度测量。测量原理是利用夹持头推动单株油菜或玉米，至茎杆发生折断。通过压力传感器把施加在茎杆上的力转换为相应的电信号，输入到单片机中，单片机把获取到茎杆极限状态下所承受的最大压力，以数字形式在显示器上显示出来。实用新型专利“谷类作物茎杆抗倒伏强度微电脑测定仪”(专利号:97216391.3)公布的测量装置通过力传感器将茎杆所受压力转换为电信号输入到单片机中，单片机使用打印机或者显示器输出结果。发明专利“一种手持式作物抗倒伏强度测量装置与方法”(专利号:201010237712.7)，使用力学压力传感器和角度传感器同时获取单株作物的力和角度参数，进而计算抗倒伏强度。整个装置包括包括茎杆夹持装置、壳体、传感器模块、核心处理模块、电源模块、GPS模块，以及液晶显示屏、USB端口和键盘等。现有技术尚存在一些缺陷:日本生产的杆强测定器(DIK-7400)，采用机械式弹簧测力计测量单株茎杆抗弯折力的大小，指针移动表示测量力的大小，没有数显模块，人工读数会产生主观误差，而且不能保存数据；微电脑茎杆强度测定仪YYD-1，需要割断单株作物的茎杆，拿回室内后再水平置在专用支架上进行测量，具有破坏性，不能在田间进行活体测量；“一种油菜茎杆强度测量装置”和“一种玉米茎杆强度测量装置”，在田间测量时使用夹持装置推动单株茎杆使其弯曲，获取茎杆折断时所用力的大小，破坏了茎杆的生长状态；“一种手持式作物抗倒伏强度测量装置与方法”，通过夹持装置推动单株茎杆，获得反作用力和茎杆倾斜的角度，无法满足育种小区群体测量的需求。以上测量方式都是针对单株作物进行测量，但是农作物都是群体种植的，小区中间和边缘的作物茎杆强度存在很大差异，测量某个单株难以代表整个小区的抗倒伏特征。此外，这种茎杆强度的差异并不是均匀、线性分布的，它与土壤、光照、灌溉等多种因素有关，因此采用测量多个单株取平均值的方法，也不能完全反映小区群体的特征。另外，作物种植密度对作物的倒伏影响很大，合理密植已成为栽培管理的核心技术之一。因此，现有的单株作物茎杆强度测量方法及装置难以满足育种筛选及农业生产的需求，迫切需要探索一种群体作物茎杆强度测量技术。

发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种群体种植的作物茎杆强度测
量装置。本发明的另一目的是提出测量群体种植的作物茎杆强度的方法。实现本发明上述目的的技术方案为:一种群体种植的作物茎杆强度测量装置，其包括:与群体作物接触的触杆、二个以上传感器、空心管、处理系统；所述触杆上均匀设置有所述传感器，且传感器固定在空心管上；所述处理系统包括采集模块、修正处理模块、显示模块和电源，所述处理系统固定在所述空心管的一端。所述触杆长度根据育种小区宽度而定。其中，所述传感器为单点式、微压式、轮辐式和S型压力传感器中的一种，所述传感器有2-4个，构成压力传感器组。传感器对称设置在空心管上。其中，所述空心管为截面为矩形的空心管，所述传感器的数据线设置在空心管中，所述空心管表面设置有标尺。传感器的输出信号线隐藏在矩形方管中，避免电线与作物叶片接触。所述的矩形方管上刻有标尺，用于在田间测量小区的宽度等参数。其中，所述空心管和触杆为铝合金或PVC的材质；触杆为空心圆管，两端封住，避免触杆与作物叶片的缠绕，铝合金或PVC的材质也可减轻整体结构重量。其中，所述空心管的一端还固定设置有水平杆，所述水平杆与所述空心管垂直；所述空心管两段设置有手柄。在矩形方管一端安装一个水平杆，两者相互垂直，以便工作时实时观察调整，通过目测保证水平杆处于水平状态，从而使传感器受力面保持垂直，避免触杆自重对测量信号的干扰，保证传感器准确测定作物的回弹力。
一种应用本发明提出的测量装置测量群体种植的作物茎杆强度的方法，包括步骤:使测量装置的触杆与作物的茎杆接触，触杆受到的力传递给传感器，传感器输出的信号被采集模块采集，经过放大和AD转换，所得到的回弹力数据经过修正处理模块处理，在显示模块上显示。其中，所述触杆水平与多个作物的茎杆接触。所述的方法，通过持有测量装置的操作人员在田间行进，使触杆推扫到全部待测的作物茎杆，在推扫过程中，实现对整个待测量小区的全覆盖式测量。其中，所述得到的数据按照种植密度和/或当年的物候条件进行修正，得出群体种植的作物茎杆强度的参数。该装置的测量原理为:作物在受到推力时的变形与其茎杆强度有关，因此通过测定作物在外力作用下发生的形变，由传感器测得反作用力，也可称为回弹力T，进而利用回弹力T预测作物的茎杆强度，同时考虑种植密度等因素的影响。回弹力T与作物茎杆自身的机械强度及测量高度、弯曲程度等有关，其表达式如下:
权利要求
1.一种群体种植的作物茎杆强度测量装置，其特征在于，包括: 与群体作物接触的触杆、二个以上传感器、空心管、处理系统； 所述触杆上均匀设置有所述传感器，且传感器固定在空心管上； 所述处理系统包括采集模块、修正处理模块、显示模块和电源，所述处理系统固定在所述空心管的一端。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述传感器为单点式、微压式、轮辐式和S型压力传感器中的一种，所述传感器有2-4个，构成压力传感器组。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述空心管为截面为矩形的空心管，所述传感器的数据线设置在空心管中，所述空心管表面设置有标尺。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述空心管和触杆为铝合金或PVC的材质；所述触杆为空心的圆 管。
5.如权利要求1-4任一所述的测量装置，其特征在于，所述空心管的一端还设置有水平杆，所述水平杆与所述空心管垂直；所述空心管两端设置有手柄。
6.一种应用权利要求1-5任一所述的测量装置测量群体种植的作物茎杆强度的方法，其特征在于，包括步骤: 使测量装置的触杆与作物的茎杆接触，触杆受到的力传递给传感器，传感器输出的信号被采集模块采集，经过放大和AD转换，所得到的回弹力数据经过修正处理模块处理，在显示模块上显示。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述触杆水平与多个作物的茎杆接触。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，通过持有测量装置的操作人员在田间行进，使触杆推扫到全部待测的作物茎杆，在推扫过程中，实现对整个待测量小区的全覆盖式测量。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述得到的回弹力数据按照种植密度和/或当年的物候条件进行修正，得出群体种植的作物茎杆强度的参数。
全文摘要
本发明涉及一种群体种植的作物茎秆强度测量装置，其包括与群体作物接触的触杆、二个以上传感器、空心管、处理系统；所述触杆上均匀设置有所述传感器，且传感器固定在空心管上；所述处理系统包括采集模块、修正处理模块、显示模块和电源，所述处理系统固定在所述空心管的一端。本发明提供的基于力学的群体作物茎秆强度测量装置，具有便携性，测量结果精确、可靠，可以实现种植小区的全覆盖式测量，特别适于育种过程中对育种小区的农作物茎秆强度测量。
文档编号G01N3/08GK103217336SQ20131007696
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者朱大洲, 陈立平, 潘大宇, 高权, 陈泉, 王成 申请人:北京农业信息技术研究中心