专利名称：一种作物氮素营养无损监测仪的光学系统校正方法
技术领域：
本发明涉及一种作物氮素营养无损监测仪的校正方法，尤其涉及作物氮素营养无损监测仪光学系统的校正方法，属于作物生长信息智能检测领域。技术背景
作物氮素营养无损监测仪可以为快速诊断作物氮素营养状况并为精确施肥提供技术支持，相对传统农业而言，既能节省肥料、降低生产成本、减少环境污染，又能不破坏作物、时效性好。目前，基于反射光谱的作物氮素营养无损监测理论及相关设备的研发工作日趋深入。专利ZL200710019340. 9公开了一种便携式多通道作物叶片氮素营养指标无损监测装置；专利CN101666741B公开了一种机载式作物氮素高密度无损采集方法。
光学系统是作物氮素营养无损监测仪中的关键部件之一，由上光管和下光管两部分组成。上光管用于接收太阳辐射在作物生长指标特征波段处的光辐射信息，包括漫射片、 带通滤光片、透镜和探测器；下光管用于接收作物冠层在相应波段处的反射光信息，包括窗口镜、带通滤光片、透镜和探测器；光辐射信息通过光电池转换为电信号，供后续控制器处理，得到作物冠层特征光谱反射率
权利要求
1.一种作物氮素营养无损监测仪的光学系统校正方法，所述作物氮素营养无损监测仪的光学系统包括上光管、下光管，其中所述上光管的元器件包括硅光电池、透镜、滤波片、漫射体；所述下光管的元器件包括硅光电池、透镜、滤波片、窗口镜；其特征在于所述校正方法包括以下步骤 A、采用光电探测器光谱响应度测量仪，在上、下光管组装过程中，对所述上光管、下光管中各元器件光谱响应度进行校正，具体步骤为 步骤1)，分别取不同作物氮素特征波段所对应的硅光电池组置于样品室中，光电探测器光谱响应度测量仪的光源经光学斩波器斩波后再由单色仪分光进入样品室，测量各硅光电池组在对应作物氮素特征波段范围内的光谱响应度曲线，对光谱响应度曲线异常的硅光电池组进行更换，将测试合格的硅光电池组分别作为上、下光管的硅光电池焊接在硅光电池板上，并调整该硅光电池板的焊接面，使所有硅光电池的光谱响应度曲线基本一致； 步骤2)，在经步骤I)调整过的硅光电池板上，按照所述不同作物氮素特征波段分别装配各特征波段所对应的带通滤光片与透镜，并置于样品室中，然后分别测量各硅光电池的光谱响应度曲线；对光谱响应度曲线存在异常的透镜或滤波片进行清洁、更换或调整其装配位置，保证不同透镜和滤波片在对应敏感波段内的光谱响应度一致； 步骤3)，将不同作物氮素特征波段所对应的漫射体和窗口镜清洁后，根据特征波段的不同分别对应安装在步骤2)使用的硅光电池板上，并置于样品室中，然后分别测量装配不同窗口镜或漫射体的各娃光电池的光谱响应度曲线，对光谱响应度曲线存在异常的窗口镜或漫射体进行清洁、更换或调整其装配位置，消除不同窗口镜或漫射体因元件性能衰减或装配过程中产生的误差； 步骤4)，将经步骤I)-步骤3)校正过的硅光电池、透镜、滤波片、窗口镜或漫射体进行组装，分别形成上、下光管，并置于样品室中，调节光电探测器光谱响应度测量仪光源，使其以相同辐照度扫描上、下光管与测量仪中的标准探测器，输出的光电流经过锁相放大器采集后送入计算机进行处理，经过计算分别得到上、下光管在各特征波段的光谱响应度、以及半波宽积分响应度； B、采用上光管、下光管的半波宽积分响应度对所述上光管、下光管中各元器件光衰减系数进行校正，并最终得到光学系统的校正系数，具体步骤为 步骤5)，将步骤4)得到的上、下光管半波宽积分响应度相比，以此作为上、下光管的光衰减系数之比； 步骤6)，根据公式F = 得到作物氮素营养无损监测仪的光学系统的校正系数W ；其中s为上光管的光谱响应度，S ;为下光管的光谱响应度，P为上光管的光衰减系数，&’为下光管的光衰减系数； 步骤7)，将校正系数写入计算机系统即可实现对监测仪光学系统的校正。
2.根据权利要求1所述的一种作物氮素营养无损监测仪的光学系统校正方法，其特征在于步骤4)所述上、下光管半波宽积分响应度参数的计算方法为 标准探测器和被测光管在相同辐照度E下的光谱响应度通过式(I)和(2)计算得到，
3.根据权利要求1所述的一种作物氮素营养无损监测仪的光学系统校正方法，其特征在于所述作物氮素特征波段的范围是500nm至900nm。
4.根据权利要求1或3所述的一种作物氮素营养无损监测仪的光学系统校正方法，其特征在于所述作物氮素特征波段分别为546nm、660nm、710nm和810nm，每个特征波段对应一个上光管、一个下光管。
全文摘要
本发明公开了一种作物氮素营养无损监测仪的光学系统校正方法。将光管各元器件依次置于光电探测器光谱响应度测量仪样品室中，测量各元器件的光谱响应度曲线，将各元器件的光谱响应度调整到同一标准上；将光管置于样品室中，以相同辐照度的光源扫描光管与标准探测器，输出的光电流经过锁相放大器采集后送入计算机进行处理得到上、下光管半波宽积分响应度；计算上、下光管半波宽积分响应度比值，得到监测仪光学系统的校正系数，将校正系数写入后续单片机处理系统即可实现对监测仪光学系统的校正。本发明克服光学系统各元器件特性及光学系统结构对作物氮素营养无损监测仪检测精度及可靠性的影响，提高了仪器的检测精度与可靠性、适用性。
文档编号G01N21/27GK102980855SQ20121046973
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者倪军, 朱艳, 徐志刚, 蒋倩倩, 姚霞, 田永超, 曹卫星 申请人:南京农业大学