专利名称：基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于农业生物技术领域，尤其是一种基于作物声发射技术的作物病害 视情防治灌溉装置。
背景技术：
在自然界条件下，由于不同的地理位置和气候条件以及人类活动等多方面原因， 造成了对植物的种种不良环境，以至超出了植物正常生长、发育所能忍受的范围，致使植物 受到伤害甚至死亡，这些对植物产生伤害的环境称为逆境(stress)或胁迫。植物在生长过 程中常遭受多种环境胁迫，包括异常的温度、缺少水分、不利的土壤化学和物理条件等。但 由于病害胁迫所引起的植物生长和作物产量的减少日趋严重，从而引起国内外学者的普遍 关注。水与一切生命活动紧密相关，植物的生命活动只有在一定的细胞水分无病害状态 下才能进行。由病害胁迫和水分亏缺造成的作物产量的减少超过了所有其它胁迫的总和， 水资源状况和作物病害防治水平已成为评价一个国家或地区经济能否持续发展的重要指 标。随着产业结构的调整，精准农业已成为我国种植业的一大支柱产业。但由于精准 农业作物的病害胁迫逐年加重，常使投入产出不成比例，经济效益降低，已成为精准农业持 续发展的一大障碍。据最新统计，我国每年发生的病虫草害面积达2. 36亿hm2次，每年因 此而损失粮食15%左右，棉花20% -25%，果品蔬菜25%以上。每年用于病虫草害防治的 农药量约23万吨，占世界总量的1/10。我国目前农药的年生产和进口量已超过100万吨， 盲目大量滥施农药，造成污染农产品、污染土壤、污染水体的事情普遍存在；并且土壤中农 药残留量惊人。据统计，我国目前受农药污染的耕地面积已超过1300-1600万hm2。所以， 发展视情精准病害防治尤为重要。对作物水分状况和病害状况进行准确、快速、可靠的评价是有效进行视情精准灌 溉和病害防治的理论基础，作物吸水和散失水分的过程是作物本身不同的器官和它所在环 境的相互作用、反馈影响的结果，是受到土壤-植物-大气连续体(简称SPAC)各个环节的 综合作用的结果。因此，判断作物是否缺水和受病害的侵袭应从气候、作物、土壤三方面入 手。以往的水分或病害胁迫评价指标大体可分为三种类型，一类是以土壤为对象，这 是传统上常采用的，属于间接指标；第二类以环境为对象，通过环境条件的变化估计作物的 病害程度、需水量，也属间接指标；第三类直接以作物为对象，这类指标受到越来越多的关 注，只有它们才能把控制作物水分平衡的土壤因子和大气因子整合起来。因此以作物本身 为对象的水分亏缺和病害判断越来越受到众多学者的推崇。近几年植物水分生理研究的最新进展让我们开始从一个前所未有的视点重新审 视植物本身，我们忽然发现，植物其实一直以自己的“语言”在时刻向我们传达着缺水和病 害胁迫的信号，即所谓的“会说话的植物(The speaking plant) ”，只是这种声音以前被我们忽略了。植物的“语言”是指发生在植物水流通路上由于缺水而造成水流断裂或病害侵 袭时发出的爆裂声，即植物的“声发射”现象。随着科学技术尤其是生物技术的不断发展，研究人员发现了作物在遭受病害胁迫 时会发出悲鸣，而利用声发射技术(Acoustic Emission简称AE)可以检测得到作物的受病 害胁迫程度；换句话说，就是当作物受到病害胁迫时，这种悲鸣的程度即作物受病害胁迫的 程度可通过声发射传感器检测得到。因此，利用声发射技术、研究基于计算机的虚拟仪器系 统对作物的病害胁迫及其视情自动防治灌溉系统成为可能。为了寻求敏感的植物需水和病害胁迫信息，国内外学者进行了大量的研究工作。 人们从不同方面入手，寻找评价植物是否缺水和出现病害的指标，从而对植物水分和病害 胁迫进行检测。例如，从叶面蒸腾减少来判断植株缺水程度(作物水分亏缺指数CWSI = 1-T/TP)；通过测茎液流速来计算蒸腾量从而反映植物的水分状况；又如，干旱造成的植株 体液浓度变化可导致植物体的导电率及其电阻变化，通过测量植株生理电阻的变化研讨了 植株的亏水程度，但是采用这种方法需将电阻传感插针刺入植株茎杆，这样多少会对植物 体造成伤害并影响测试精度。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于作物声发射机理的智 能化的作物病害视情防治灌溉装置。本实用新型是通过以下技术方案实现的一种基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，包括声发射传感器、电 子天平、计算机、无线传感网络、继电器、电磁阀及采集传感器构成，其特征在于(1)作物植株置于电子天平上，电子天平通过RS-232接口连接计算机；(2)在作物植株主径上安装声发射传感器，该声发射传感器通过声发射采集卡将 采集的数据经PCI接口输入计算机；(3)采集传感器通过无线传感网络连接计算机，并通过控制贮水器的继电器及电 磁阀通过管路灌溉作物植株。而且，所述的声发射传感器与作物植株主径之间置有利于声发射信号传导、提高 传感器的灵敏度及检测精度的硅胶。而且，所述的声发射传感器为R15型声发射传感器，选取两路声发射传感器可以 对病害胁迫声源进行初步定位；所述的计算机为基于labWindows/CVT的计算机系统，电磁 阀采用JD11SA-6型，继电器选用小型中间继电器JRX-13F型。而且，所述采集传感器包括温度、湿度、光照和C02浓度传感器。本实用新型的优点和积极效果是1、本装置通过声发射传感器检测作物受病害胁迫发出的超声信号，并转换成微弱 的电信号，然后通过信号调理电路进行滤噪和放大，输入给声发射采集板，经PCI输入计算 机进行分析处理，结合其他检测参数，做出病害防治控制策略；最后，利用无线传感网络进 行药物灌溉等处理。这种方式不会对植株造成伤害，测试精度较高。2、本装置利用了电子天平来检测植株叶面蒸腾而产生的缺水程度，通过测茎液流 速来计算蒸腾量从而反映植物的水分状况及病害情况，与声发射传感器共同保证植株病害胁迫的检测精度。3、本实用新型依据作物受病害胁迫发出的声发射信号和蒸腾变化信号、温湿度信 号等实施智能的视情防治精确喷灌和滴灌，并根据作物不同生长时期所需土壤水分的不 同、病害程度不同，通过计算机软件设定和适当调整作物的供药水效率和供药水时间，实现 作物的蒸腾量和对作物的喷药量或滴灌量的平衡，在保证作物生长的土壤水分适当的同时 又实现了节水防治病害的目的。
图1为本实用新型的结构主视图；图2为本实用新型的系统结构连接框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步详述，但不限于本实施例所叙述的 具体结构。一种基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，作物植株2通过盆架3 置于电子天平4上，该电子天平为具有数字量输出的电子天平，可检测作物的蒸腾及其蒸 腾速率T (Transpiration)，测量数据通过RS-232总线与计算机相连。在作物植株主径上安 装两路声发射传感器1，该声发射传感器为PAC公司生产的R15型声发射传感器，可测量作 物受病害胁迫发出的超声信号，并将该信号转换成微弱的电信号，然后通过信号放大器放 大、输入给声发射采集板，并通过计算机测控系统进行处理。温度、湿度、光照和C02浓度等 参数通过不同的采集传感器采集后，送入微控制器，处理后经无线传感网络发送到监控中 心，在上位机进行分析处理，并制定出病害防治最优控制策略，由控制器发出施药和灌溉信 号，采用继电器控制贮水器连接作物植株管路上的电磁阀，该电磁阀通过接收继电器的信 号实施作物植株的滴灌、喷灌等动作。为了提高传感器的灵敏度及检测的精度，在声发射传感器与作物植株之间置有硅 胶(没有标号)。本实施例中采用的计算机为基于labWindows/CVT的计算机系统，电磁阀采用 JD11SA-6型，线圈交流电压为220V，动作电流为1. 5A，驱动电路中继电器选用小型中间继 电器JRX-13F型。本实用新型的工作原理为声发射传感器采用R15型声发射传感器，温度、湿度、光照和C02浓度等信息通过 相应的采集传感器采集，并转换为电信号，经无线传感网络传输至监控中心；叶面蒸腾量的 测量采用称重法，应用带接口的数字电子天平通过RS-232串口将蒸腾信息传送给计算机， 计算机对各信息进行分析处理，所产生的病害防治控制信号通过无线传感网络控制继电 器，继电器控制电磁阀对进水和进药管路进行滴罐或喷灌作业。
权利要求一种基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，包括声发射传感器、电子天平、计算机、无线传感网络、继电器、电磁阀及采集传感器构成，其特征在于(1)作物植株置于电子天平上，电子天平通过RS 232接口连接计算机；(2)在作物植株主径上安装声发射传感器，该声发射传感器通过声发射采集卡将采集的数据经PCI接口输入计算机；(3)采集传感器通过无线传感网络连接计算机，并通过控制贮水器的继电器及电磁阀通过管路灌溉作物植株。
2.根据权利要求1所述的基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，其特征 在于所述的声发射传感器与作物植株主径之间置有利于声发射信号传导、提高传感器的 灵敏度及检测精度的硅胶。
3.根据权利要求1所述的基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，其特 征在于所述的声发射传感器为R15型声发射传感器，选取两路声发射传感器可以对病害 胁迫声源进行初步定位；所述的计算机为基于labWindows/CVT的计算机系统，电磁阀采用 JD11SA-6型，继电器选用小型中间继电器JRX-13F型。
4.根据权利要求1所述的基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，其特征 在于所述采集传感器包括温度、湿度、光照和C02浓度传感器。
专利摘要本实用新型涉及一种基于作物声发射技术的作物病害视情防治灌溉装置，作物植株置于电子天平上，电子天平通过RS-232接口连接计算机；在作物植株主径上安装声发射传感器，该声发射传感器通过声发射采集卡将采集的数据经PCI接口输入计算机；温湿度、光照等传感器通过无线传感网络连接计算机，并通过控制贮水器的继电器及电磁阀通过管路灌溉作物植株。本实用新型依据作物受病害胁迫发出的声发射信号和蒸腾变化信号实施智能的视情精确喷灌，通过计算机软件设定和适当调整作物的供药效率和供药水时间，既达到了作物生长病害防治的目的，又有效保障作物能够在最佳的土壤水分条件下生长。
文档编号A01G25/16GK201674850SQ20102014648
公开日2010年12月22日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者何静, 张春霞, 李金山, 杨世凤, 王秀清, 赵继民 申请人:天津科技大学