本发明属于种子活力检测领域，具体地说，涉及一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统及方法。
背景技术：
种子活力是种子发芽率、幼苗生长潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和。它能直接反应植株性状的优劣，是评价种子质量的一项重要指标，对农业等相关产业的发展意义重大。1950年，国际种子会议明确区分种子活力和发芽力，并确定种子活力为种子品质的一个重要指标；20世纪70年代，种子活力的研究日益增多，现已成为种子生理学研究中十分重要的部分。
氧气，化学式o2，是众所周知的生物呼吸不可或缺的重要物质；氧气分子流入种子的流速值直接反应了种子呼吸功能的强弱，而种子呼吸功能的强弱又与其活力大小直接相关；中国专利cn103814653b，授权公告日2016.03.16，名称为“一种通过氧气流速判别种子活力的方法”，提到可以利用耗氧量来判断种子活力。二氧化碳，化学式co2，是众所周知的生物呼吸产物的物质之一。科技文献《小篮子法测定植物种子呼吸速率的方法改进》，李海霞，徐久玮，蔡明历，曾汉来，王学奎，《生物学杂志》，第32卷第1期，2015年2月，提到：小篮子法测定种子呼吸速率的原理是用碱液吸收在单位时间内呼吸产生的co2，再利用酸碱中和滴定原理滴定剩余的碱液，由空白和样品二者消耗的酸溶液之差即可计算出呼吸过程中释放的co2的量，需要先利用碱液吸收在单位时间内呼吸产生的co2，再利用酸碱中和滴定原理滴定剩余的碱液。
以上测量过程，提到可以通过测定种子的耗氧量或者产生的二氧化碳实现种子活力的测量。但是，以上现有技术均存在着以下缺陷和不足：
1、需要对种子进行预处理，或者将种子置于溶液环境进行检测，破坏了种子呼吸的微环境；2、测量得到的数据精度通常也只在10-3量级，不能实现o2和co2浓度的微测；3、不具有动态、快速、实时测量的特点；4、通过种子呼吸相关气体(o2和co2)测量种子活力时，所采用的种子数量越少，测量结果也能准确的反映种子的活力情况；但是，所采用的种子数量越少，种子呼吸相关气体(o2和co2)的浓度变化越不明显，以上测量精度的现有测量技术根本不能实现该情况下的气体浓度变化量检测，进而不能保证种子活力测量的准确性。
技术实现要素：
1、要解决的问题
针对现有种子活力检测时的缺陷和不足，本发明提供一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统及方法，它无需对种子进行预处理，不破坏种子呼吸的微环境，具有快速、方便、高灵敏度和高精度检测效果；另外，能够保证种子活力的准确性。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中：所述种子活力测量系统包括：
可调谐半导体激光器系统，用于提供探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为o2和/或co2；
光学吸收池，所述光学吸收池密封，内部放置有待测量种子，所述待测量种子呼吸改变所述光学吸收池内的所述测定气体的浓度随时间变化；
所述光学吸收池上设置有入射光孔和出射光孔，所述入射光孔上密封安装有入射光纤，所述出射光孔上密封安装有探测器；
所述可调谐波长激光通过所述入射光纤射入所述光学吸收池，并在所述光学吸收池内反射震荡，且吸收所述测定气体后，被所述探测器接收；
信号采集及处理模块，连接所述探测器，用于采集并处理所述探测器输出的信号，获得所述测定气体的激光吸收光谱信号，并根据所述测定气体的激光吸收光谱信号获取所述测定气体的浓度，然后根据所述测定气体的浓度判定所述待测量种子的种子活力；
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中，优选的，所述种子活力测量系统还包括：第一控制模块，分别连接所述可调谐半导体激光器系统和所述信号采集及处理模块，用于分别向所述可调谐半导体激光器系统和所述信号采集及处理模块输出调制信号和同步触发信号。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中，优选的，所述光学吸收池包括吸收池本体和待测量种子容纳盒；
所述吸收池本体用于对所述可调谐波长激光进行反射震荡；
所述待测量种子容纳盒，放置在所述吸收池本体内，用于容纳种子，且所述待测量种子容纳盒与所述可调谐波长激光的传输路径不相互干涉。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中，优选的，所述光学吸收池为光斑呈规则圆形的herriot型光学吸收池。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中，优选的，所述可调谐半导体激光器系统包括第一可调谐半导体激光器和/或第二可调谐半导体激光器；
所述第一可调谐半导体激光器用于提供探测o2的第一可调谐波长激光；
所述第二可调谐半导体激光器用于提供探测co2的第二可调谐波长激光。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中，优选的，所述第一可调谐半导体激光器和第二可调谐半导体激光器均包括：
激光器模块、激光器驱动模块、信号扫描模块电路、信号调制电路模块和加法电路模块；
所述信号扫描模块电路的输出端和所述信号调制电路模块的输出端均连接所述加法电路模块的输入端，所述加法电路模块的输出端连接所述激光器驱动模块的输入端；且所述激光器驱动模块的输入端还连接有所述第一控制模块；
所述激光器驱动模块的输出端连接所述激光器模块，用于控制所述激光器模块输出激光的光频率和波长范围；
所述输出激光经过所述入射光纤射入所述光学吸收池内。
一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，其中：所述种子活力测量方法包括：
获取待测量种子，所述待测量种子放置在光学吸收池中；其中，所述光学吸收池密封；
采用可调谐半导体激光器系统向所述光学吸收池提供用于探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为o2和/或co2；
分别获得n个时刻的所述光学吸收池内的所述测定气体的激光吸收光谱信号；其中，n为正整数，且n≥2；任意两相邻时刻时间间隔δt；
依次处理每个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取所有测量时刻的所述测定气体浓度c1、c2…ci…cn；其中，i为整数，且1≤i≤n；
将c1、c2…ci…cn值进行曲线拟合，得到拟合曲线，将得到的所述拟合曲线与已知活力等级种子呼吸曲线f0比较，获取两者的确定系数，根据确定系数判断所述测量种子的种子活力与已知活力等级的种子的活力是否相同，进而确定所测量种子的种子活力等级。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，其中，优选的，所述种子活力测量方法，在获取待测量种子之前，还包括获取已知活力等级的种子呼吸曲线f0的过程，具体如下：
获取已知活力等级的种子，所述已知活力等级的种子放置在光学吸收池中；其中，所述光学吸收池密封；
采用可调谐半导体激光器系统向所述光学吸收池提供用于探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为o2和/或co2；
分别获得n个时刻的所述光学吸收池内的所述测定气体的激光吸收光谱信号；其中，n为正整数，且n≥2；任意两相邻时刻时间间隔δt；
依次处理每个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取所有测量时刻的所述测定气体浓度c01、c02…c0i…c0n，其中，i为整数，且1≤i≤n；
将c01、c02…c0i…c0n进行曲线拟合，得到已知活力等级的种子呼吸曲线f0。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，其中，优选的，所述已知活力等级的种子是指根据真实发芽率确定活力等级的种子。
如上所述的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，其中，优选的，处理第i个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取该时刻的所述测定气体浓度ci的过程如下：
对采集到的所述测定气体的激光吸收光谱信号先进行去噪处理，再利用数字锁相算法提取二次谐波信号2f0；
采用最小二乘拟合法对提取得到二次谐波信号2f0进行数据拟合，获取波峰光滑的曲线；
获取波峰曲线的峰值a2(ωl)，并确定峰值位置ωl；
利用峰值a2(ωl)和峰值位置ωl反演所述测定气体浓度ci。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明将待测量种子直接放置在密封的光学吸收池内，因待测量种子的呼吸作用，光学吸收池内的o2和co2浓度变化，通过测量o2浓度和/或co2浓度变化情况，以确定种子活力，无需对种子进行预处理，无需改变种子呼吸的微环境，能够有效保证测量数据的真实性和有效性。
(2)本发明利用可调谐半导体激光器系统提供的可调谐波长激光来扫描吸收o2和/或co2，以获得o2气体吸收光谱信号和/或co2气体吸收光谱信号，进而获得o2浓度和/或co2浓度，相比直接吸收光谱技术，可调谐波长激光来扫描吸收o2和co2，能够获得微弱的吸收信号，获得的o2气体吸收光谱光信号和co2体吸收光谱光信号具有更高的强度，更高的灵敏度，能够实现微量的种子呼吸带来的o2浓度变化较小和co2浓度变化量较小这一特殊环境中的o2浓度和co2浓度检测，进而能够保证种子活力测量的准确度。
(3)本发明采用可调谐半导体激光配合光学吸收池，光学吸收池采用长光程的herriot型光学吸收池，能够有效的提高检测灵敏度，实现微量o2和/或co2浓度的检测，进而可以实现每次检测的种子的量尽量的少，确保了种子活力检测的准确性。另外，检测灵敏度越高，可见变化量，即两次测量得到的数据之差，的测量所需时间越短，有效提高了测量速度。所以，该装置具有灵敏度高，进而快速、准确性高的优点。
(4)本发明直接将待测量种子放置在密封的光学吸收池内，无需对待测量种子进行任何预处理，简单方便，不会破坏待测量种子的呼吸环境。同时，光学吸收池在放置待测量种子之后密封，由于光学吸收池放置有限的待测量种子时，待测量种子呼吸消耗的o2量非常有限，密封的光学吸收池内的空气中含有的o2便能满足种子呼吸作用的需求，无需在对光学吸收池进行额外供氧处理，方便种子呼吸微环境的管理，方便测量的进行。
(5)本发明可调谐半导体激光只吸收种子所在空间的o2和/或co2，并不接触种子，具有非接触、实时、在线的特点。
(6)本发明采用探头配合信号采集及处理模块，实现光学信号的采集和处理，具有动态响应快、测量快速、方便的优点。
附图说明
图1为本发明提供的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统的一实施例示意图；
图2为本发明提供的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统的另一实施例示意图；
图中：
1、光学吸收池；
2、可调谐半导体激光器系统；
a、第一可调谐半导体激光器；b、第二可调谐半导体激光器；
21、激光器模块；22、激光器驱动模块；23、信号扫描模块电路；24、信号调制电路模块；25、加法电路模块；
3、信号采集及处理模块；
4、第一控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例提供了一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，其中：请参阅图1所示，该种子活力测量系统包括：光学吸收池1、可调谐半导体激光器系统2、信号采集及处理模块3和第一控制模块4。其核心思想是将待测量种子放置在密封的光学吸收池1，测量密封的光学吸收池1的o2和/或co2气体浓度变化，本实施例中，优选测定种子呼吸产生的co2,获取待测量种子的种子活力。由于密封的光学吸收池1内放置的待测量种子有限，种子呼吸作用导致的密封的光学吸收池1内的待测量气体的浓度变化非常不明显，这就需要高灵敏度和高精度测量技术，同时需要对种子进行非接触测量，在此应用环境下，可调谐波长的激光吸收光谱技术是本发明能够实现的必须。
其中：可调谐波长的激光吸收光谱技术利用可调谐半导体激光器窄线宽和波长可调谐特性实现气体单根分子吸收谱线的探测，在测量过程中通过对目标信号进行高频调制，而非目标信号由于没有经过调制在后续的谐波检测过程中被除去，因此可以有效地降低测量系统中背景信号的干扰，极大地提高温度测量精度和灵敏度，尤其适用于恶劣环境或弱吸收条件下气体浓度测量。利用可调谐波长的激光吸收光谱技术测量气体的吸收光谱，获得气体浓度的原理如下：
当一束强度为i0，频率为ν的激光，通过光程为l的气体池，输出光强i与i0关系为：
i(w)＝i0(w)exp(-σ(w)ln)(1)
式中σ(w)为吸收系数，l为吸收光程长度，n为吸收气体的浓度。
当激光的中心频率ωl受到频率为ωm的正弦波调制时，其瞬时频率可表示为：
ω＝ωl+δωcos(ωmt)(2)
式中δω是调制幅度。激光通过样吸收池后，其强度可以用i(ωl)的余弦傅里叶级数来表示：
i(ωl)每个谐波分量用锁相放大器可以测得为：
式中θ＝ωmt。
对于ppm量级的弱吸收气体而言，σln＜＜1，不考虑光强调制效应,i0(ωl+δωcosθ)≈i(ωl)≈i0，可得到：
对上式中的σ(ω)在ωl处进行泰勒级数展开,整理(5)式得到：
可以看出n次谐波的幅值正比于吸收系数σ(ω)的n次导数、原始光强i0、吸收光程长度l以及吸收气体的浓度n。
任意次谐波分量与气体浓度成正比，因此都可以用来表示气体的浓度等特性，实际应用时，一般多使用二次谐波，二次谐波分量如式(7)所示：
本实施例所采用的co2浓度获取原理如下：
根据lamb-beer定律，二次谐波的峰值与浓度在一定范围内成比例关系，因此在测量过程中，为了测量光学吸收池1内co2气体的百分比浓度，只需要将测量出co2气体二次谐波信号的峰值与已知百分比浓度的co2标准气体的二次谐波信号的峰值(即标定二次谐波信号)进行比较，根据在同温度，同压力环境下测量得到的二次谐波信号的峰值和标定二次谐波信号峰值进行比照，可换算出光学吸收池1内co2气体百分比浓度，再根据百分比浓度即可计算出co2的质量浓度。
本实施例中，请继续参阅图1所示，可调谐半导体激光器系统2包括激光器模块21、激光器驱动模块22、信号扫描模块电路23、信号调制电路模块24和加法电路模块25；信号扫描模块电路23的输出端和信号调制电路模块24的输出端均连接加法电路模块25的输入端，加法电路模块25的输出端连接激光器驱动模块22的输入端；且激光器驱动模块22的输入端还连接有第一控制模块4；激光器驱动模块22的输出端连接激光器模块21，用于驱动激光器模块21输出激光的光频率和波长范围；输出激光经过入射光纤射入光学吸收池1内。
光学吸收池1为光斑呈规则圆形的herriot型光学吸收池，该吸收池能够多次反射增加光程，进而可以提高检测灵敏度。使用的时候，将待测量种子放置在该光学吸收池1的内部，并把光学吸收池1密封。为了保证光学吸收池1的密封，光学吸收池1上设置有入射光孔和出射光孔，入射光孔上密封安装有入射光纤，出射光孔上密封安装有探测器；入射光纤用于将可调谐半导体激光器系统2输出的波长2004nm激光射入到光学吸收池1内，该激光吸收光学吸收池1内部的co2气体后，被探测器接收，这里的探测器是指光纤探测器，光纤探测器将接收到的光经过光纤进一步传输给信号采集及处理模块3，获得co2气体激光吸收光谱信号，这里的信号采集及处理模块3包括用于数据采集的数据采集卡以及用于信号处理的计算机。其中，计算机上内置有吸收光谱信号处理模块，该吸收光谱信号处理模块根据所述测定气体的激光吸收光谱信号获取所述测定气体的浓度，然后根据所述测定气体的浓度判定所述待测量种子的种子活力。而第一控制模块4，分别连接可调谐半导体激光器系统2和信号采集及处理模块3，用于分别向可调谐半导体激光器系统2和信号采集及处理模块3输出调制信号和同步触发信号。
其中，待测量种子放置时，可以直接零散放置在光学吸收池1，也可以先将种子放置在待测量种子容纳盒内，待测量种子容纳盒容纳种子之后整体放置在光学吸收池1内，而光学吸收池1仅作为吸收池本体用来反射震荡可调谐激光，增加该激光的光程路径。需要说明的是，种子放置在待测量种子容纳盒内时，可以在待测量种子容纳盒的开口处增设滤网，滤网能使得co2气体通过，同时能够防止灰尘进入吸收池本体；当吸收池本体水平放置时，待测量种子容纳盒可以固定在吸收池本体内部上侧，也可以放置在吸收池本体内部上侧，考虑到co2密度大于空气密度，本实施例优选，待测量种子容纳盒固定在吸收池本体内部上侧。需要说明的是，不管何种放置方式，待测量种子容纳盒放置在吸收池本体内时，待测量种子容纳盒与可调谐波长激光的传输路径不相互干涉，以保证光的正常传输。
该实施例中，激光器模块21为nanoplus公司生产的dfb激光器，其输出探测co2用的波长2004nm激光。输出的激光经分束器一分为二之后，一路进入光学吸收池1作为待测信号，一路直接返回集成信号采集及处理模块3和第一控制模块4的计算机内，作为参考信号。其中，数据采集卡采用1840l采集卡，该采集卡为14位的位宽，最高采用速率65mspss。在计算机内的第一控制模块4上设置数据采集卡的基本参数。而计算机上内置的吸收光谱信号处理模块处理数据采集卡采集到的数据，具体流程如下：
对采集到的co2激光吸收光谱信号先进行去噪处理，这里的去噪处理是指常规的累加平均、小波滤波等处理，再利用数字锁相算法提取二次谐波信号2f0；
采用最小二乘拟合对提取得到二次谐波信号2f0进行数据拟合，获得光滑的波峰曲线；
获取波峰曲线的峰值a2(ωl)，并确定峰值位置ωl；
利用峰值a2(ωl)和峰值位置ωl反演所述测定气体浓度ci。
实施例2：
本实施例对应实施例1，主要是基于实施例1提供的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，提供一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，其中，该方法包括：
获取待测量种子，所述待测量种子放置在光学吸收池中；其中，所述光学吸收池密封；
采用可调谐半导体激光器系统向所述光学吸收池提供用于探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为co2；
分别获得n个时刻的所述光学吸收池内的所述测定气体的激光吸收光谱信号；其中，n为正整数，且n≥2；任意两相邻时间间隔δt；本实施例中，n取5，δt取30min；
依次处理每个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取所有测量时刻的所述测定气体浓度c1、c2…ci…cn；其中，i为整数，且1≤i≤n；将c1、c2…ci…cn值进行曲线拟合，得到拟合曲线，这里可以采用最小二乘多项式拟合法，也可以采用傅里叶级数拟合法，还可以是其它数据拟合方法，本实施例并不做具体限制，本领域技术人员可以根据需要进行选择；本实施例，优选最小二乘多项式拟合法，并采用至少5个数据进行曲线拟合，即n需要大于等于5，以确保拟合曲线的精度。本实施例在实施时，采用5个数据进行曲线拟合；将并得到的拟合曲线与已知活力等级的种子呼吸曲线f0进行比较，获得两者的确定系数，根据确定系数判断测量种子的种子活力与已知活力等级的种子的活力是否相同，进而判断种子活力等级。原则上，确定系数越趋近1，说明所测量种子的种子与已知活力等级的种子两者的活力越相近，本实施例中，考虑误差允许以及种子活力测量的现实条件所限制，当确定系数大于等于0.95时，便认为待测量种子与已知活力等级种子两者的的种子活力等级一致。
以上过程中，在获取待测量种子之前，还包括获取已知活力等级的种子呼吸曲线f0的过程，具体如下：
获取已知活力等级的种子，已知活力等级的种子指根据真实发芽率确定活力等级的种子，所述已知活力等级的种子放置在光学吸收池中；其中，所述光学吸收池密封；
采用可调谐半导体激光器系统向所述光学吸收池提供用于探测探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为co2；本实施例中，n取5，δt取30min；
分别获得n个时刻的所述光学吸收池内的所述测定气体的激光吸收光谱信号；其中，n为正整数，且n≥2；任意两相邻时间间隔δt；
依次处理每个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取所有测量时刻的所述测定气体浓度c01、c02…c0i…c0n，其中，i为整数，且1≤i≤n；
将c01、c02…c0i…c0n进行曲线拟合，得到已知活力等级种子呼吸曲线f0。这里的曲线拟合方法，亦采用最小二乘多项式拟合法，并用5个数据进行曲线拟合。
以上过程中，其中处理第i个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取该时刻的所述测定气体浓度ci的过程如下：
对采集到的所述测定气体的激光吸收光谱信号先进行去噪处理，再利用数字锁相算法提取二次谐波信号2f0；
采用最小二乘拟合法对提取得到二次谐波信号2f0进行数据拟合，获得光滑的波峰曲线；
获取波峰曲线的峰值a2(ωl)，并确定峰值位置ωl；
利用峰值a2(ωl)和峰值位置ωl反演所述测定气体浓度ci。
以上方法在具体使用的时候，将可以预先将不同活力等级的种子呼吸曲线f0建成种子活力等级数据库，测量的时候，直接将测量值与数据库的值进行比较，即可确定待测量种子活力梯度。
实施例3：
本实施例与实施例1的唯一实质区别在于：通过测量密封的光学吸收池1的o2气体浓度随时间的变化来测定种子活力，测定o2气体浓度利用的是可调谐波长的激光吸收光谱技术，测量原理同利用可调谐波长的激光吸收光谱技术测量co2浓度一样，在此不做过多描述，需要说明的是，此时需要选择激光器模块21为能够输出用于o2吸收的波长764.2nm激光的激光器。
本实施例提供了一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，该该种子活力测量系统包括：光学吸收池1、可调谐半导体激光器系统2、信号采集及处理模块3和第一控制模块4。其核心思想是将待测量种子放置在密封的光学吸收池1，测量密封的光学吸收池1的o2气体浓度随时间的变化，获取待测量种子的种子活力。由于密封的光学吸收池1内放置的待测量种子有限，种子呼吸作用导致的密封的光学吸收池1内的待测量气体的浓度变化非常不明显，这就需要高灵敏度和高精度测量技术，同时需要对种子进行非接触测量，在此应用环境下，可调谐波长的激光吸收光谱技术是本发明能够实现的必须。
本实施例中，可调谐半导体激光器系统2包括激光器模块21、激光器驱动模块22、信号扫描模块电路23、信号调制电路模块24和加法电路模块25；信号扫描模块电路23的输出端和信号调制电路模块24的输出端均连接加法电路模块25的输入端，加法电路模块25的输出端连接激光器驱动模块22的输入端；且激光器驱动模块22的输入端还连接有第一控制模块4；激光器驱动模块22的输出端连接激光器模块21，用于驱动激光器模块21输出激光的光频率和波长范围为可供o2吸收的激光；输出激光经过入射光纤射入光学吸收池1内。
光学吸收池1为光斑呈规则圆形的herriot型光学吸收池，该吸收池具有多次反射增加光程，进而提高检测灵敏度的优点。使用的时候，将待测量种子放置在该光学吸收池1的内部，并把光学吸收池1密封。为了保证光学吸收池1的密封，光学吸收池1上设置有入射光孔和出射光孔，入射光孔上密封安装有入射光纤，出射光孔上密封安装有探测器；入射光纤用于将可调谐半导体激光器系统2输出的波长764.2nm的激光射入到光学吸收池1内，该激光吸收光学吸收池1内部的o2气体后，被探测器接收，这里的探测器是指光纤探测器，光纤探测器将光经过光纤进一步传输给信号采集及处理模块3，获得o2气体吸收光谱光信号，这里的信号采集及处理模块3包括用于数据采集的数据采集卡以及用于信号处理的计算机，其中，计算机上内置有吸收光谱信号处理模块，该吸收光谱信号处理模块根据所述测定气体的激光吸收光谱信号获取所述测定气体的浓度，然后根据所述测定气体的浓度判定所述待测量种子的种子活力。而第一控制模块4，分别连接可调谐半导体激光器系统2和信号采集及处理模块3，用于分别向可调谐半导体激光器系统2和信号采集及处理模块3输出调制信号和同步触发信号。
其中，待测量种子放置时，可以直零散放置在光学吸收池1，也可以先将种子放置在待测量种子容纳盒内，待测量种子容纳盒容纳种子之后整体放置到光学吸收池1内，而光学吸收池1仅作为吸收池本体用来反射震荡可调谐激光，增加该激光的光程路径。需要说明的是，种子放置在待测量种子容纳盒内时，可以在待测量种子容纳盒的开口处增设滤网，滤网能使o2气体通过，同时能够防止灰尘进入吸收池本体；当吸收池本体水平放置时，待测量种子容纳盒可以固定在吸收池本体内部上侧，也可以放置在吸收池本体内部上侧。考虑到o2密度大于空气密度，本实施例优选，待测量种子容纳盒可以固定在吸收池本体内部上侧。需要说明的是，不管何种放置方式，待测量种子容纳盒放置在吸收池本体内时，待测量种子容纳盒与可调谐波长激光的传输路径不相互干涉，以保证光的正常传输。
该实施例中，激光器模块21为输出探测o2用的波长764.2nm的激光的可调谐半导体激光器。输出的激光经分束器一分为二之后，一路进入光学吸收池1作为待测信号，一路直接返回集成信号采集及处理模块3和第一控制模块4的计算机内，作为参考信号。其中，数据采集卡采用1840l采集卡，该采集卡为14位位宽，最高采用速率65msps。在计算机内的第一控制模块4上设置数据采集卡的基本参数。而计算机上内置的吸收光谱信号处理模块处理数据采集卡采集到的数据得到浓度，具体流程如下：
对采集到的o2激光吸收光谱信号去噪处理，这里的去噪处理是指常规的累加平均、小波滤波等处理，再利用数字锁相算法提取二次谐波信号2f0；
采用最小二乘拟合对提取得到二次谐波信号2f0进行数据拟合，获得光滑的波峰曲线；
获取波峰曲线的峰值a2(ωl)，并确定峰值位置ωl；
利用峰值a2(ωl)和峰值位置ωl反演所述测定气体浓度ci。
实施例4：
本实施例对应实施例3，主要是基于实施例3提供的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，提供一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，其中，该方法包括：
获取待测量种子，所述待测量种子放置在光学吸收池中；其中，所述光学吸收池密封；
采用可调谐半导体激光器系统向所述光学吸收池提供用于探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为o2；
分别获得n个时刻的所述光学吸收池内的所述测定气体的激光吸收光谱信号；其中，n为正整数，且n≥2；任意两相邻时间间隔δt；本实施例中，n取5，δt取30min；
依次处理每个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取所有测量时刻的所述测定气体浓度c1、c2…ci…cn；其中，i为整数，且1≤i≤n；
将c1、c2…ci…cn值进行曲线拟合，得到拟合曲线，这里可以采用最小二乘多项式拟合法，也可以采用傅里叶级数拟合法，还可以是其它数据拟合方法，本实施例并不做具体限制，本领域技术人员可以根据需要进行选择，本实施例，优选最小二乘多项式拟合法，并采用至少5个数据进行曲线拟合，即n需要大于等于5，以确保拟合曲线的精度，本实施例在实施时，采用5个数据进行曲线拟合；将得到的拟合曲线与所述的已知活力等级种子呼吸曲线f0进行比较，获得两者的确定系数，根据确定系数判断所测量种子的种子活力与已知活力等级的种子的活力是否相同，进而判断种子活力等级。原则上，确定系数越趋近1，说明所测量种子的种子与已知活力等级的种子两者的活力越相近，本实施例中，考虑误差允许以及种子活力测量的现实条件所限制，当确定系数大于等于0.95时，便认为待测量种子与已知活力等级种子的种子活力等级一致。
以上过程中，在获取待测量种子之前，还包括获取已知活力等级种子呼吸曲线f0的过程，具体如下：
获取已知活力等级的种子，已知活力等级的种子指根据真实发芽率确定活力等级的种子，所述已知活力等级的种子放置在光学吸收池中；其中，所述光学吸收池密封；
采用可调谐半导体激光器系统向所述光学吸收池提供用于探测测定气体的可调谐波长激光；其中，所述测定气体为o2；本实施例中，n取5，δt取30min；
分别获得n个时刻的所述光学吸收池内的所述测定气体的激光吸收光谱信号；其中，n为正整数，且n≥2；任意两相邻时间间隔δt；
依次处理每个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取所有测量时刻的所述测定气体浓度c01、c02…c0i…c0n，其中，i为整数，且1≤i≤n；
将c01、c02…c0i…c0n进行曲线拟合，得到已知活力等级种子呼吸曲线f0。这里的曲线拟合方法，亦采用最小二乘多项式拟合法，并用5个数据进行曲线拟合。
以上过程中，其中处理第i个时刻的所述测定气体的激光吸收光谱信号，获取该时刻的所述测定气体浓度ci的过程如下：
对采集到的所述测定气体的激光吸收光谱信号先进行去噪处理，再利用数字锁相算法提取二次谐波信号2f0；
采用最小二乘拟合法对提取得到二次谐波信号2f0进行数据拟合，获得光滑的波峰曲线；
获取波峰曲线的峰值a2(ωl)，并确定峰值位置ωl；
利用峰值a2(ωl)和峰值位置ωl反演所述测定气体浓度ci。
以上方法在具体使用的时候，将可以预先将不同种子活力等级的种子呼吸曲线f0建成种子活力等级数据库，测量的时候，直接将测量值与数据库的值进行比较，即可确定待测量种子活力梯度。
实施例5：
本实施例与实施例1和实施例3的实质区别在于：通过同时测量密封的光学吸收池1的o2和co2两者气体浓度随时间的变化来测定种子活力，在系统配置上，请参阅图2所示，该系统中配置有用于输出o2吸收的波长764.2nm的激光的第一可调谐半导体激光器a和用于输出co2吸收的波长2004nm激光的第二可调谐半导体激光器b，及一个光学吸收池1。待测量种子放置在光学吸收池1，第一可调谐半导体激光器a和第二可调谐半导体激光器b两者发射的激光在同一个光学吸收池1内反射震荡，一方面是保证两者分别用于测量同一空间内的o2和co2两种气体浓度，以确定o2和co2是同一待测量种子的种子呼吸的相关气体；另一方面，保证第一可调谐半导体激光器a发射的第一可调谐波长激光和第二可调谐半导体激光器b发射的第二可调谐波长激光具有相同的光程，以保证测量得到的o2和co2两者具有相同的精度，减少因光程不一致导致两者之间存在的误差。
再者，本实施例较现有技术以及实施例1和实施例3，充分利用了利用可调谐波长的激光吸收光谱技术实时在线和非接触测量的特性，进而可以实现co2和o2两种气体同时在线测量，同时获得co2和o2两者浓度，这是其它测量技术所不具有的。
本实施例中，可第一可调谐半导体激光器a和第二可调谐半导体激光器b均包括激光器模块21、激光器驱动模块22、信号扫描模块电路23、信号调制电路模块24和加法电路模块25；信号扫描模块电路23的输出端和信号调制电路模块24的输出端均连接加法电路模块25的输入端，加法电路模块25的输出端连接激光器驱动模块22的输入端；且激光器驱动模块22的输入端还连接有第一控制模块4；激光器驱动模块22的输出端连接激光器模块21，用于驱动激光器模块21输出激光的光频率和波长范围；输出激光经过入射光纤射入光学吸收池1内。
光学吸收池1为光斑呈规则圆形的herriot型光学吸收池，该吸收池能够多次反射增加光程，进而提高检测灵敏度的优点。使用的时候，将待测量种子放置在该光学吸收池1的内部，并把光学吸收池1密封。为了保证光学吸收池1的密封，光学吸收池1上设置有入射光孔和出射光孔，入射光孔上密封安装有入射光纤，出射光孔上密封安装有探测器；入射光纤用于将第二可调谐半导体激光器b输出的波长2004nm激光和第一可调谐半导体激光器a输出的波长764.2nm激光射入到光学吸收池1内，两个波长激光分别吸收光学吸收池1内部的co2气体和o2气体后，被探测器接收，这里的探测器是指光纤探测器，光纤探测器将光经过光纤进一步传输给信号采集及处理模块3并被采集及处理模块3采集和处理，获得co2气体激光吸收光谱光信号和o2气体激光吸收光谱信号，这里的信号采集及处理模块3包括用于数据采集的数据采集卡以及用于信号处理的计算机，其中，计算机上内置有吸收光谱信号处理模块，该吸收光谱信号处理模块根据所述测定气体的激光吸收光谱信号获取所述测定气体的浓度，然后根据所述测定气体的浓度判定所述待测量种子的种子活力。而第一控制模块4，分别连接可调谐半导体激光器系统2(包括第一可调谐半导体激光器a和第二可调谐半导体激光器b)和信号采集及处理模块3，用于分别向可调谐半导体激光器系统2和信号采集及处理模块3输出调制信号和同步触发信号。计算机处理co2气体激光吸收光谱光信号和o2气体激光吸收光谱信号的过程同实施例1和实施例3，在此不多过多描述。
其中，待测量种子放置时，可以直零散放置在光学吸收池1，也可以先将种子放置在待测量种子容纳盒内，而光学吸收池1仅作为吸收池本体用来反射震荡可调谐激光，增加该激光的光程路径，需要说明的是，种子放置在待测量种子容纳盒内时，可以在待测量种子容纳盒的开口处增设滤网，滤网能使得co2气体和o2气体通过，同时能够防止灰尘进入吸收池本体；当吸收池本体水平放置时，待测量种子容纳盒可以固定在吸收池本体内部上侧，也可以放置在吸收池本体内部上侧，考虑到co2密度和o2密度均大于空气密度，本实施例优选，待测量种子容纳盒可以固定在吸收池本体内部上侧。需要说明的是，不管何种放置方式，待测量种子容纳盒放置在吸收池本体内时，待测量种子容纳盒与可调谐波长激光的传输路径不相互干涉，以保证光的正常传输。
该实施例中，第二可调谐半导体激光器b的激光器模块21为nanoplus公司生产的dfb激光器，其输出探测co2用的波长2004nm激光。第一可调谐半导体激光器a的激光器模块21输出探测o2用的波长746.2nm激光；两者的输出的激光均经分束器一分为二之后，一路进入光学吸收池1作为待测信号，一路直接返回集成信号采集及处理模块3和第一控制模块4的计算机内，作为参考信号。其中，数据采集卡采用1840l采集卡，该采集卡为14位的位宽，最高采用速率65msps。在计算机内的第一控制模块4上设置数据采集卡的基本参数。而计算机上内置的吸收光谱信号处理模块处理数据采集卡采集到的数据得到浓度，具体流程如下：
对采集到的所述测定气体的激光吸收光谱信号先进行去噪处理，再利用数字锁相算法提取二次谐波信号2f0；
采用最小二乘拟合法对提取得到二次谐波信号2f0进行数据拟合，获得光滑的波峰曲线；
获取波峰曲线的峰值a2(ωl)，并确定峰值位置ωl；
利用峰值a2(ωl)和峰值位置ωl反演所述测定气体浓度ci。
实施例6：
本实施例对应实施例5，主要是基于实施例5提供的基于激光吸收光谱技术的种子活力测量系统，提供一种基于激光吸收光谱技术的种子活力测量方法，该测量方法的实施过程同实施例2和实施例4，在此不作过多描述。
需要说明的是，在本实施例中，同时获取光学吸收池1内的co2和o2两者的激光吸收光谱，并反演获取光学吸收池1内的co2和o2浓度，在封闭的光学吸收池1内，o2作为种子呼吸被消耗气体，其浓度应该处于减小并趋于平缓变化的状态，而co2作为种子呼吸产生气体，其浓度应该处于增大并趋于平缓变化的状态。基于此，如果测量得到的o2浓度出现增大，或者测量得到的co2浓度突然出现急剧增大，则说明种子呼吸环境改变，测量得到的数据不再有效，一方面，可以利用最终得到的o2浓度曲线和co2浓度曲线相互验证数据的准确度，以准确确定种子活力，另一方面，无需设置特别的种子呼吸环境，方便了测量的进行。
另外，在本实施例中，同时实现co2和o2两种气体的在线测量，若采用光斑呈规则圆形的herriot型光学吸收池，则为保证两种不同波长激光的在herriot型光学吸收池内的反射震荡具有相同的光程，需要对herriot型光学吸收池的结构进行改进，该改进不属于本发明的保护范围，在此不做过多描述，本实施例只限定光学吸收池1能够同时实现两种波长的激光的反射震荡，且保证两者具有相同的光程，该光学吸收池1可以为herriot型光学吸收池，也可以为本领域技术人员能够想到的结构简单便于使用的光学吸收池。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。