一种快速测量作物叶片介电常数的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种快速检测作物局部叶片介电常数的装置和方法，属于检测仪器技 术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，作物的缺水检测已经成为农业工程的一个重大问题，而传统的烘干减重法 虽然能够精确得到作物含水率，但此方法周期长且不能进行活体检测，因此有一定的局限 性。近几年，随着科技的快速发展，一些先进的技术应用于作物叶片的含水率检测，包括光 谱技术和电特性等技术。就电特性技术而言，介电常数作为物体的一种属性，因此只要确定 含水量与介电常数的关系即可通过介电常数来预测样本含水量。本发明正是基于此背景而 研宄的一种快速检测作物叶片介电常数的装置。
[0003] 现有技术中，采用人工分割作物叶片使其与平行板电极面积相等，并手工测量叶 片的厚度，进而得出作物叶片的介电常数，这种方法对测量仪器精确度要求苛刻，并且分割 作物叶片这种方法耗时很大等问题。而就测量介电常数而言，在具体的检测中会出现很多 问题，如作物叶片样本很薄且易形变，在实际操作中测量其厚度时因夹持力太大容易破坏 样本或夹持力太小不能夹紧样本导致数据不准确。本发明在活体作物且不损坏叶片的情况 下能够快速测量其介电常数。本发明可测量玉米、生菜、小麦等农作物的介电常数。
【发明内容】
[0004] 为了解决【背景技术】中提到的对测量仪器精度要求苛刻以及叶片易被夹坏等问题， 本发明提出了一种简便快捷测量介电常数的装置，采用的技术方案为：
[0005] 一种快速测量作物叶片介电常数的装置，包括：作物叶片夹紧装置、作物叶片厚度 测量装置、LCR测量仪以及数据处理装置；
[0006] 所述作物叶片夹紧装置包括：电极板、绝缘陶瓷、支架一、支架二、连接结点、扳手 一、扳手二；所述支架一和所述支架二均为半圆形，所述支架一的一端依次胶黏绝缘陶瓷、 电极板，所述支架二与支架一对应的一端依次胶黏绝缘陶瓷、电极板，构成平行板电容器； 所述支架一和所述支架二的另一端分别与所述扳手一和所述扳手二固定连接，所述扳手一 和所述扳手二通过连接结点活动连接；所述扳手二中间一段为缓压弹簧；
[0007] 所述作物叶片厚度测量装置位于所述支架一和所述支架二的圆周内部，包括：压 力传感器和形变弹簧；所述压力传感器的一端与所述形变弹簧的一端固定连接，所述压力 传感器的另一端与支架一连接，所述形变弹簧的另一端与支架二连接；
[0008] 所述LCR测量仪与电极板相连接，用于测量不同频率下电极板间的电容；
[0009] 所述数据处理装置分别与压力传感器和LCR测量仪相连接，用于处理测量得到的 参数，计算介电常数并缓存和输出至显示屏。
[0010] 进一步，所述数据处理装置采用单片机，所述显示屏安装在所述支架一上。
[0011] 进一步，所述扳手一和扳手二之间有压力固定装置，所述压力固定装置包括：刻度 尺和刻度板；所述刻度尺的一端固定连接扳手一，所述刻度尺上连接所述刻度板。
[0012] 进一步，所述压力传感器与支架一通过支架三连接，所述形变弹簧与支架二通过 支架四连接，所述支架三与压力传感器的总长度与支架四的长度相等。
[0013] 进一步，所述支架一和所述支架二均为空心金属管、横截面均为圆形。
[0014] 进一步，所述支架一和所述支架二与所述绝缘陶瓷的连接处分别设有第一小孔， 所述支架一和所述支架二的管壁上分别开有第二小孔，所述支架一和所述支架二内部均有 导线，所述导线外部依次包有绝缘层和塑料导管，所述导线的一端穿过第一小孔固定焊接 在所述电极板上，所述导线的另一端穿过所述第二小孔与LCR测量仪连接。
[0015] 进一步，所述电极板为圆形，采用铜或铝，尺寸小于作物叶片样本的尺寸。
[0016] 进一步，所述缓压弹簧可更换。
[0017] 基于上述装置，本发明还提出了一种快速测量作物叶片介电常数的方法，包括以 下步骤：
[0018] a.测量前，通过制动扳手一和扳手二使电极板间的压力达到最大，更换调整缓压 弹簧，使最大压力在待测叶片可承受的压力范围内，并且在刻度尺上标出待测叶片承受最 佳压力值的位置，用刻度板固定该位置；
[0019] b.电极板间不夹任何样本，通过制动扳手一和扳手二让两电极板完全接触闭合， 记录形变弹簧所受到的压力F1 ;
[0020] C.将待测叶片放置在两电极板间，并完全覆盖两电极板，制动扳手一和扳手二使 叶片被夹紧，将扳手二固定在步骤b中刻度板的位置，记录形变弹簧所受到的压力F2 ;
[0021] d.计算因夹持样本而引起的压力差为F=F1-F2,根据此压力差推衍出电极板由 完全闭合到张开一定角度下形变弹簧的形变量，根据杠杆及三角形原理即可推衍出电极板 间的距离，即电极板夹紧作物叶片的厚度；
[0022] e.利用LCR测量仪测量得到电极板间的电容；
[0023] f.根据电极板的尺寸，计算电极板的面积；
[0024] g.利用单片机处理系统对步骤b、c、d、e、f的参数进行计算，根据平行板电容器原 理得到作物叶片介电常数，并将结果放入缓存和输出显示屏。
[0025] 进一步，所述步骤a还包括：在两电极板间放入标准薄片压力传感器。
[0026] 本发明的有益效果为：
[0027] (1)作物叶片夹紧装置利用缓压弹簧的缓压特性，通过调节更换不同型号的弹簧 可调节两极板间压力最大值，进而可保证压力最大值在作物叶片可承受的范围内，既可达 到电极板夹紧作物叶片的目的，又不会损伤作物叶片。
[0028] (2)通过对刻度尺和刻度板的设计，可做到两电极板间压力固定为样本承受的最 佳压力，并可多级调节。
[0029] (3)压力传感器和形变弹簧的结合使用，仅根据相应公式即可计算得到作物叶片 厚度，简单易操作，且精度高。
[0030] (4)设计电极板的尺寸小于作物叶片样本的尺寸，可保证电极板的面积即为平行 板电容器的有效面积，计算简单、实用性好；并且电极板与支架一和支架二之间夹有绝缘陶 瓷，消除了边缘效应。
[0031] (5)支架一、支架二设计为半圆形，保证有足够的空间装下形变弹簧、压力传感器 等器件。
[0032] (6)本发明提出的装置结构简单、成本低、集成度高、体积小、易于携带和操作，可 应用于局部活体作物。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明提供的测量介电常数的装置结构图；
[0034] 图2为本发明提供的支架一和支架二内部的导线通道示意图；
[0035]图3为本发明提供的快速更换缓压弹簧的结构示意图；
[0036] 图4为本发明提供的定量刻度两极板间压力并进行固定的刻度装置图；
[0037] 图5为本发明提供的测量作物样本厚度的原理示意图；
[0038] 图6为本发明提供的一种数据处理结构框图。
[0039] 其中，1-电极板，2-绝缘陶瓷，3-支架一，4-支架二，5-扳手二，6-扳手一，7-缓 压弹簧，8-连接结点，9-压力传感器，10-形变弹簧，11-显示屏，12-支架三，13-支架四， 14-刻度尺，15-刻度板，16-导线，17-绝缘层，18-塑料导管，19-插槽，20-座架。
【具体实施方式】
[0040] 本发明提出一种测量作物叶片介电常数的装置，包