装置还包括有电动葫芦13,隔光罩12顶部设 有吊环，电动葫芦13的吊钩与吊环配合，电动葫芦13悬挂在支架10上。所述支架10为S 脚支架10。隔光罩12罩上后，为了更好地实时了解内部情况，本实施例中在圆弧悬挂板2 上通过摄像头连接座15安装有摄像头1。
[0027] 本发明实施例工作时，检测番茄叶片氮素含量的方法，包括如下步骤： (a) 设备准备：架设支架10,起吊隔光罩12,架设全方位旋转仪并水平找平，番茄活株 17处于全方位旋转仪的圆环轨道板中屯、位置，将光谱探头和光源分别通过安装孔安装在圆 弧悬挂板上，光谱探头和光源的电缆线和光纤线从线孔穿出，放下隔光罩； (b) 光谱白板矫正：白板与番茄活株17叶片高度平齐放置，进行光谱白板矫正； (C)叶片光谱的角度自动调整采样：电驱滚轮6启动，驱动圆弧悬挂板2连同光谱探头 3和光源9转过一定角度，并配合调节圆环轨道板5高度，通过摄像头1观测监控W保证检 测点的光程一致，入射角和反射角呈90° ;光源9向第一个检测点发送检测光，利用光谱探 头 3 采集检测点处的波长为 615nm、686nm、812nm、953nm、1025nm、1228nm、1458nm、1510nm、 1862nm、1935nm、2016nm和2224 nm所对应番茄叶片的反射率； (d) 叶片光谱的多点采样：采样完成后，重复步骤（C)，完成另外两个检测点的采样； (e) 理化值计算；将所得=个点反射率分别输入控制单元，控制单元依据多元线性回归 方程： Y=10.972X1 + 14. 293X2-20. 368X3+22. 924X4+358. 542X5-520. 206X6+208. 184X7+248 .062X8-360. 612X9+292. 463X10-252. 246X11+42. 135X1^2. 3,计算得到番茄叶片的氮素 含量；式中Y为番茄叶片中氮素含量；XI?X12分别为波长615皿、686皿、812皿、953皿、 1025皿、1228皿、1458皿、1510皿、1862皿、1935nm、2016nm和 2224 nm所对应的番茄活株 17 叶片的反射率，=个检测点得到=个氮素含量值，Y1，Y2和Y3,将Y1，Y2和Y3求和取平均 为番茄叶片中氮素含量Y。
[002引从微观上说，组成番茄叶片的分子的活动状态受到检测光的能量激发，产生不同 的能级跃迁，吸收和释放能量，形成与分子对应的的反射光谱和吸收光谱。不同的化学键， 如0-H、N-H、C-H等，化学键的转动W及伸缩振动，在能级间的跃迁会吸收特定波长的光，并 激发产生特征峰，依据特征峰的强度W及波数可W判断物质的组成。
[0029] 所用波长与番茄叶片的氮素及相关化学成分中的N-H、C-N、N-H等化学键的振动 信息相关，该些信息能够反映梨番茄叶片中氮素含量的多少。例如812皿、953皿、2224皿反 映了番茄叶片氮素的N&-级伸缩振动平面弯曲振动，1458 nm和1935 nm反映了番茄叶 片氮素的伯酷胺信息，1510 nm和2016nm反映了番茄叶片氮素的仲酷胺信息。应用多元线 性回归算法对上述特征波长进行建模分析，建立番茄叶片的氮素含量与特征波长的线性方 程。
[0030] 本发明所选定的特征波长仅针对番茄叶片的氮素含量的快速检测，如果需要测量 其他指标，需要重新选定特定波长，通过多元线性回归，建立模型，计算得到相应的指标值。
[0031] 利用本发明提供的方法建立模型的相关指标见表1，其中，建模集表示建立模型 时，利用番茄叶片的反射率W及现有方法测试得到的番茄叶片氮素含量拟合得到模型方 程，预测集表示，预测时，即建立完模型后，依据模型方程，将番茄叶片光谱的特征波长反射 率代入模型方程计算得到的番茄叶片氮素含量。
[00对表1
【主权项】
1. 一种多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，包括有光谱探头、光源，其特征在 于，还包括有全方位旋转仪和隔光装置，全方位旋转仪由圆弧悬挂板、圆环轨道板、电驱滚 轮、支腿组成，圆弧悬挂板弧形均匀设置一排安装孔，光源和光谱探头根据投射角度和入射 角度分别选择其中一个安装孔连接在圆弧悬挂板上，圆弧悬挂板两头端装配有电驱滚轮， 圆环轨道板上设有开口向上的凹槽，电驱滚轮嵌入凹槽内沿凹槽轨迹行进，圆环轨道板底 面连接有起支撑作用的支腿；检测时番茄活株处于圆环轨道板中心位置，隔光装置将全方 位旋转仪连同被测番茄活株罩入其中。
2. 根据权利要求1所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述隔光装置包括有隔光罩、支架，隔光罩由隔光材料制成，顶部开有线孔，光谱探头和光 源的电缆线和光纤线从线孔穿出，线孔处设有密封塞。
3. 根据权利要求1所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述圆弧悬挂板上还连接有摄像头。
4. 根据权利要求1所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述电驱滚轮由滚轮和步进电机组成，步进电机输出轴与滚轮转轴连接。
5. 根据权利要求1所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述支腿与圆环板间设有调节圆环板离地高度的可调螺栓。
6. 根据权利要求1所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述圆弧悬挂板呈半圆形，并在侧壁上标有表示悬挂板圆弧角度的刻度线。
7. 根据权利要求1所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述圆弧悬挂板的安装孔个数为18,相邻两孔夹角为10°。
8. 根据权利要求2所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述隔光装置还包括有电动萌芦，隔光罩顶部设有吊环，电动萌芦的吊钩与吊环配合，电动 萌芦悬挂在支架上。
9. 根据权利要求2所述的多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量装置，其特征在于： 所述支架为三脚支架。
10. -种多角度原位光谱检测番茄叶片氮素含量的方法，其特征在于：包括如下步骤： (a) 设备准备：架设支架，起吊隔光罩，架设全方位旋转仪并水平找平，番茄活株处于全 方位旋转仪的圆环轨道板中心位置，将光谱探头和光源分别通过安装孔安装在圆弧悬挂板 上，光谱探头和光源的电缆线和光纤线从线孔穿出，放下隔光罩； (b) 光谱白板矫正：白板与番茄活株叶片高度平齐放置，进行光谱白板矫正； (c) 叶片光谱的角度自动调整采样：电驱滚轮启动，驱动圆弧悬挂板连同光谱探头和光 源转过一定角度，并配合调节圆环轨道板高度，通过摄像头观测监控以保证检测点的光程 一致，入射角和反射角呈90° ;光源向第一个检测点发送检测光，利用光谱探头采集检测点 处的波长为 615nm、686nm、812nm、953nm、1025nm、1228nm、1458nm、1510nm、1862nm、1935nm、 2016nm和2224 nm所对应番茄叶片的反射率； (d) 叶片光谱的多点采样：采样完成后，重复步骤（c)，完成另外两个检测点的采样； (e) 理化值计算：将所得三个点反射率分别输入控制单元，控制单元依据多元线性回归 方程： Y=IO.972X1 + 14. 293X2-20. 368X3+22. 924X4+358. 542X5-520. 206X6+208. 184X7+248 .062X8-360. 612X9+292. 463X10-252. 246X11+42. 135X12+2. 3,计算得到番茄叶片的氮素 含量；式中Y为番茄叶片中氮素含量；X1~X12分别为波长615nm、686nm、812nm、953nm、 1025nm、1228nm、1458nm、1510nm、1862nm、1935nm、2016nm 和 2224 nm 所对应的番茄活株叶 片的反射率，三个检测点得到三个氮素含量值，Yl，Y2和Y3,将Yl，Y2和Y3求和取平均为 番茄叶片中氮素含量Y。
【专利摘要】本发明涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种用于番茄种植现场检测番茄叶片氮素含量的光谱装置和方法。该装置包括有光谱探头、光源，还包括有全方位旋转仪和隔光装置，全方位旋转仪由圆弧悬挂板、圆环轨道板、电驱滚轮、支腿组成，该方法包括：（a）设备准备；（b）光谱白板矫正；（c）叶片光谱的角度自动调整采样；（d）叶片光谱的多点采样；（e）理化值计算。该发明在番茄种植现场架设，可获取活株番茄叶片氮素的光谱数据；可全方位多角度地测量番茄叶片；电驱滚轮自动旋转，同时摄像头配合观测监控，检测效率高。
【IPC分类】G01N21-25
【公开号】CN104568774
【申请号】CN201410795067
【发明人】刘雪梅, 章海亮
【申请人】华东交通大学, 章海亮, 刘雪梅
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月21日