專利名稱：：一種基于紅、綠、藍三原色數字信號的葉綠素測量儀的制作方法
技術領域：
：本發明屬于光電測量
技術領域：
，涉及一種用于測量植物葉綠素含量的光學電子測量儀器，特別是涉及一種基于紅、綠、藍三原色數字信號的葉綠素測量儀。
背景技術：
：葉綠素是綠色植物進行光合作用的物質基礎，是研究植物生長、生理代謝和營養狀況的重要指標。測定植物葉片的葉綠素含量可以為研究植物生理特性、推薦氮肥施用、挖掘生產潛力和品種資源等提供科學依據。植物葉片葉綠素含量測定主要有化學分析法、計算機視覺法以及葉綠素儀法三種。化學分析法這種定量方法精度較高，但制取葉綠素溶液需要研磨葉片，費時費力，且破壞了葉片組織，僅適用于實驗室測量。計算機視覺法可應用于車載農田診斷系統，是一種快速、非接觸的測量方法，但是其實現需要上位機的參與以及大量數據庫儲備，整個系統體積較大，攜帶不方便。葉綠素儀法是通過讀取植物葉片的透過光或反射光的相關信息，得出植株葉片葉綠素含量的一種方法。葉綠素儀法具有實時、快速、不破壞葉片等優點。現有便攜式葉綠素儀中最具有代表性的是日本美能達公司的SPAD502。SPAD502內部有發出波長為650nm和940nm的光的LED(LightEmittingDiode,發光二級管)，葉綠素對650nm的紅外光具有較高的吸光度，而對940nra的紅外光吸光度極低。SPAD502的工作原理是以940nm紅外光為參照，測定葉片在650nm處的吸光度。因為SPAD502僅利用兩個波段的光測量，得到的吸光度信息有限，所以測量精度較低。
發明內容本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種葉綠素測量儀，它具有照明光源簡單、穩定，葉綠素測量相對含量準確，儀器結構靈巧實用、便于攜帶等特點。本發明采用如下的技術方案一種基于紅、綠、藍三原色數字信號的葉綠素測量儀，其機械結構部分包括機殼、轉軸，立柱，光源，T型載物臺，傳感器座，插頭，所述的光源中放置有白光LED，光源通過轉軸、插頭、立柱與機箱相連，傳感器座底部放置有顏色傳感器，T型載物臺架在傳感器座上部；光源、載物臺和傳感器座構成避光式探頭結構；其電路部分包括驅動白光LED的光源模塊，數字信號傳感器模塊，數字信號處理控制模塊，U盤數據存儲模塊，LCD液晶顯示模塊；光源模塊驅動白光LED,使其發出穩定的測試白光；數字信號傳感器模塊通過顏色傳感器分時采集透過待測物的探測光中紅光、綠光、藍光光強信息并將光強信號轉化為方波信號；數字信號處理控制模塊捕捉三種方波信號，得到表征紅光、綠光、藍光光強信息的頻率信號，并根據三種頻率信號與葉綠素含量之間的多元線性回歸方程計算待測物的葉綠素含量。作為優選實施方式，本發明的葉綠素測量儀，所述顏色傳感器為TCS230，它內部含有分別對應于紅光、綠光、藍光的三種濾光片，濾光片分時選通將透射光光強信號轉化為方波數字信號，其方波頻率與透射光光強成正比。所述的T型載物臺可以有兩種結構，一種是上下表面均是平面的，中間開設有孔。另一種是在第一種的基礎上，在載物臺的上表面開設一個淺的大凹槽，在淺的大凹槽內又開設一個深的小凹槽,所述的小凹槽內開設有螺紋，通過螺紋與一個空心圓柱相連接。本發明以穩定的白色光為光源，利用顏色傳感器分時采集透過待測植物的紅光、綠光、藍光光強信息，光源簡單、穩定，而且與葉綠素儀SPAD502相比，獲取的信息更為豐富，能達到更高的精確度；本發明的光源、載物臺、傳感器座一起構成一個避光式探頭結構，這種結構為葉片葉綠素含量測量提供避光環境，保證光源發出的光近似垂直打在載物臺與傳感器上。總之，本發明的葉綠素測量儀，具有照明光源簡單、穩定，葉綠素含量測量相對準確，儀器結構靈巧實用、便于攜帶等特點。圖l為系統結構示意圖2為光源模塊的電路示意圖3為TCS230功能框圖4為數字信號傳感器模塊電路圖5為數字信號處理控制模塊電路圖6為主程序流程圖7為液晶顯示模塊電路圖8為U盤數據存儲模塊電路圖9為電壓轉換模塊電路圖10為鋰電池充電模塊電路圖ll為儀器機械結構圖12為載物臺葉結構圖13為載物臺菌結構圖。具體實施方法下面結合附圖和實例對本發明作進一步說明。(一)儀器的功能模塊及其電路本實例的葉綠素測量儀，結構如圖1所示，包括LED光源模塊，數字信號傳感器模塊，數字信號處理控制模塊，U盤數據存儲模塊，LCD液晶顯示模塊，以及儀器的機械結構部分。測試光源為全波段白色LED，光源模塊用于LED驅動，使LED發出穩定的測試白光；測試白光垂直打在植物葉片上并透過植物葉片被數字信號傳感器模塊主要芯片TCS230接收，TCS230內部含有對應于紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)的三種濾光片，濾波片分時選通，將透射光光強信號轉化為方波信號，方波頻率與透射光光強成正比。方波信號輸入到數字信號處理控制模塊，該模塊主要芯片單片機利用內部集成的比較/捕捉/脈寬調制(CCP)模塊進行方波信號的捕捉，并采用測周期法得到R、G、B三方波的頻率，根據其內嵌的數理模型處理方波頻率并計算得到所測植物葉片的葉綠素含量。以下對一些功能模塊的選擇作進一步的說明-(1)光源模塊采用高亮度全光譜LED為儀器測試光光源。LED測試光光強隨正向電流的變化而變化，保證了測試光光強的穩定性，光源系統采用專用的LED驅動芯片——MAX1910電荷泵式LED驅動芯片。該芯片將輸入電壓轉換到LED工作電壓。內部電荷泵保證SET端端電壓為200fflV，從而保證流經LED的電流保持不變，維持了LED的亮度。MAX1910體積小，外圍電路簡單，是應用于便攜式儀器的理想選擇。光源模塊具有相應的電路，如圖2所示，其電路由型號為MAX1910集成電路芯片U5，電容C6-CIO，電阻R9-R10，插接件JP4、JP5構成；電容C6、C7公共端接地，另一端通過電阻R9相連，C7非接地端直接與MAX1910腳2、腳6、腳8相連，C6非接地端與供電電壓VCC相連，電容C8的一端接U5的4腳一端接U5的9腳，電容C9一端接U5的3腳一端接U5的7腳，白光LED正負極分別與JP5腳1和腳2相連，JP5腳1與電容C10—端相連并一起接到U5的5腳，C10另一端接地，JP5腳2接到U5的10腳并通過R10接地，JP4腳2和腳1分別與電壓VCC和地相連。(2)數字信號傳感器模塊接收包含植物葉片葉綠素含量信息的透射光并轉化為方波信號輸出。數字式RGB顏色傳感器為美國TAOS公司生產的TCS230。它是業界第一個具有數字兼容接口的RBG顏色傳感器。TCS230將光電二極管陣列與電流一頻率轉換器集成在一起，將光強信號轉化為占空比50%的方波的頻率信號。它具有10位數字輸出，分辨力高，以它為核心傳感器可以制作分光光度計的替代產品。TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，體積小，其外圍電路簡單，適用于便攜設備。TCS230顏色傳感器的典型頻率輸出范圍2Hz500KHz，通道以及輸出比例因子的選通是可配置的，能適應不同的測量范圍。通過管腳S2、S3來選擇所需的濾波器，通過管腳S0、Sl來選擇100%、20%、2%的輸出比例因子或電源關斷模式。TCS230結構框圖如附圖3所示，顏色通道、輸出比例因子選擇如表l所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>數字信號傳感器模塊有相應的電路，如圖4所示，它由型號為TCS230D的集成電路U4，電容C29,單刀雙擲開關S4-S5，電阻R28組成；集成電路U4的6、7、8腳分別連接到單片機型號為PIC18F4523的17、2、3腳，同時U4的5腳接供電電壓VCC，3、4腳接地，1、2腳接單刀雙擲開關S4和S5的公共極，單刀雙擲開關另外兩端一端接地，另一端通過電阻R28接供電電壓正極VCC,U4腳3、腳4相連并通過C29連接到U4腳5。(3)數字信號處理控制模塊由單片機完成系統中頻率信號的采集與處理以及控制。單片機型號MICR0CHIP公司的PIC18F4523。PIC系列單片機采用精簡指令集、哈佛總線結構，并以流水線方式進行取指，具有抗干擾能力強，運行速度快等優點。PIC18F4523單片機的指令字節為16位，屬PIC系列高檔單片機，可以實現在線調試和在線編程。頻率采集通過PIC單片機的CCP模塊完成。將CCP(Capture/Compare/PWM)模塊設為捕捉模式，將輸入方波的上跳沿作為中斷事件，建立數組T[n]。在每個上跳沿處，單片機都產生中斷，CCP1捕捉這個時刻TMR1H:TMR1L的值，并將其存入T[n]中，由此可以得到方波的周期。單片機程序采用C語言編寫，在MPLAB環境下，用ICD2進行在線調試。主程序流程圖如附圖5所示，圖中S0、Sl、S2、S3分別是復位鍵、開始鍵、顯示鍵和清零鍵。數字信號處理控制模塊有相應的電路，如圖6所示，它由型號為PIC18F4523的集成電路U1芯片，電容C11-C14，晶振Yl,電阻R12-R27,小按鍵1-4，插接件JP10組成；電容Cll和C12并聯且一端接到Ul的11腳并接供電電壓正極VCC,另一端接到Ul的12腳并接地，Ul腳13接晶振Yl的2端并通過電容C13、C14接晶振的1端并與Ul的14腳相連，Ul的19-22、27-30腳通過上拉電阻R20-R27接電源電壓正極，并連接到液晶顯示模塊連接件JP12的D0-D7和U盤存儲模塊U6(CH375)的15-22腳，小鍵盤2、3、4的2端接地1端通過電阻R15、R17、R19接供電電壓正極VCC，Ul的34、35、6腳通過電阻R14、R16、R18接到小鍵盤2、3、4的1端，小鍵盤1的2端接地，1端通過電阻R12、R13接電源正極，Ul的1端接R12與R13相連處，并連接到JP10的1腳，JP10的2端接VCC，3端接地，4、5端接U1腳40、39,6端懸空。(4)液晶顯示模塊該模塊用于測試數據顯示，采用具有低功耗、體積小、質量輕的液晶顯示器(LCD)，為北京青云創新科技發展有限公司的LCM128643，它采用8位并行數據傳輸方式，內含DC-DC電路，工作電壓為5V，典型工作電流為2.7mA,采用COB封裝，由單片機驅動LCD顯示。單片機PIC18F4523的I/O口APORTD口直接與LCD的8位數據口連接，進行數據交換和指令發送。同時，單片機利用管腳RB1、RB4、RB5、RC1、RCO與液晶顯示器的RS、RW、E、CSB、CSA引腳相連，控制數據交換的性質和方向丄CM128643內部集成了所需的負電壓源，在實際的電路中，將V。接在電位器的可調端，電位器兩固定端接在Vw和GND的引腳上，可以通過調節V。的電壓改變液晶顯示器的亮度液晶顯示模塊有相應的電路，如圖7所示，其中的液晶顯示模塊電路的插接件JP12與液晶顯示器LCM128643C相連，JP12外圍電路由電阻R29-R32,單刀雙擲開關S6，電容C19組成；滑動變阻器R32—端接JP12的3腳并接地另一端接JP12的20腳，其中間輸出端接JP12腳5，單刀雙擲開關S6公共端分別通過R30、R31接供VCC和地，S6另兩端任選一端接JP12腳17，JP12腳19通過R29接VCC,通過電解電容C19接地，JP12腳18接地，腳4接VCC，JP12腳1、2、6、7、8接U1腳15、16、34、37、38。(5)U盤數據存儲模塊用于即時存取測量數據，該模塊電路如圖10所示，電路由集成電路芯片U6，插接件JPll，電阻R26、R33、R34，電容C22-C28，晶振Y2組成；集成電路U6是USB總線接口芯片，型號是CH375，U6腳28接VCC，VCC通過C26接地，U6腳2通過C22接VCC，U6腳9通過C23接地，U6腳13通過C24接地，腳14通過C25接地，晶振Y2—端接U6腳13,另一端接U6腳14，U6腳24通過電阻R33接發光二極管D2負極，D2正極接電源電壓VCC，U6腳5、12、23均接地，U6腳l、3、4、8、27分別與U1腳33、9、8、6、IO相連，JP11腳1通過C28接地且通過R34、C27接地，R34、C27公共端接供電電壓VCC，JP11腳2、腳3接U6腳10、腳ll,JP11腳4接地。該電路輸入端接單片機并可以實現隨時插入計算機進行數據讀取的功能。(6)電壓轉換模塊也具有相應的電路，如圖9所示，其中電路由集成電路M1芯片，電阻R6-R8，電容C3-C5，二極管D3-D5，插接件JP2、JP3，單刀雙擲開關S1、S2組成；集成電路M1是電壓轉換芯片，型號是MAX667,單刀雙擲開關S1公共端與二極管D3、M負極相連，并通過D3、D4分別與電池正極(JP1腳2)、直流電壓VCCS相連，Sl另兩端有一端通過并聯電容C3、C4接地并連接到M1腳8，電阻R6—端接M1腳8，另一端接M1腳3并通過R7接地，電阻R8—端接Ml腳2另一端接Ml腳7并與D5正極相連，C5—端接地另一端接Ml腳2并與S2公共極相連，插接件JP2、JP3腳對應腳相連,腳1接S2剩余兩端之一，腳2接地，Ml腳4、5、6接地，D5負極接地。(7)鋰電池充電模塊用于給該儀器提供電源，便于戶外攜帶。該模塊具有相應的電路，如圖8所示，其中的鋰電池充電模塊電路由集成電路芯片U2型號是BQ2057W,電阻Rl-R5，電容CO-C2，三極管Q1，二極管Dl,插接件JPO、JP1組成；集成電路U2是電池充電芯片，三極管Ql型號為FZT788B，直流電壓VCCS與地GND之間通過并聯電容CO、Cl連接，CO、C1直流電壓VCCS端與U2腳3相連，U2腳1通過電阻R1與直流電電壓VCCS相連，U2腳2與電池正極相連，電阻R2—端與直流電壓VCCS相連，另一端連接U2腳4并通過R1接地，二極管Dl正極與U2腳5相連，負極通過電阻R5接地，U2腳6接地，U2腳8接直流電壓VCCS端，三極管Q1腳3接U2腳1，腳1通過電阻R4接U2腳7，腳2與腳4通過電容C2接地并接電池正極，電池正極接JP1的2端，負極接JP1的1端，直流電壓VCCS接JPO的2端，地接JPO的1端。(二)儀器的機械組成結構以下對該儀器的機械結構作進一步的說明如圖11所示，儀器機械結構部分包括機殼l，轉軸2，連桿3，立柱4，光源5，載物臺6,傳感器座7，插頭8，光源5中裝有白光LED。其中的傳感器座7的底部固定有顏色傳感器TCS230。光源5、載物臺6、傳感器座7—起構成一個避光式探頭結構，這種結構為葉片葉綠素含量測量提供避光環境，該結構保證光源發出的光近似垂直打在載物臺與傳感器上，光源5可以抬起實現葉片的取放、固定以及大葉片的測量。其中的載物臺有兩種結構一種是載物臺葉6.1，用于植物葉片無損測量，該結構是一凸臺式結構，上下表面都是平面，中間有一4X4ci^的方孔，載物臺葉的結構如圖1所示；另一種載物臺是載物臺菌6.2，用于各種菌類的測量，該結構是在載物臺葉上表面基礎上挖兩個大小不同的凹槽，大槽6.2.1深度為2mm，小槽6.2.2深度為5mm，且5mm深度凹槽內表面有內徑為lmm的螺紋用來固定載有菌類的載波片，lmm深外螺紋的空心圓柱6.2.3與小凹槽配合。載物臺菌的結構如圖13所示。該機械結構中機殼l用于電子線路板的安裝，連桿由連桿上、連桿下組成；插頭8由插頭大、插頭配組成。轉軸2、連桿3、立柱4、插頭8將機殼1與探頭部分連接，它們內部均帶有空槽實現機殼與探頭部分電子線路板間線路連接。(三)基于該葉綠素儀的植物葉片葉綠素含量測量方法RGB葉綠素儀內嵌回歸方程的獲得配制一批植物樣本葉片，利用RGB葉綠素儀測量植物各個樣本葉片。測量時LED光源照射植物樣本葉片測量區，穿過葉片的透射光被顏色傳感器模塊接收并由該模塊輸出對應透射光紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)光強信息的三個方波信號，方波頻率與光強成正比。數字信號處理控制模塊捕捉三種方波信號并進行處理得到方波信號的頻率，將頻率信號進行LCD液晶顯示并送往U盤存儲。利用分光光度計法進行各個樣本葉片葉綠素含量測量。將頻率值與葉綠素含量送往計算機，利用數學工具Matlab中regress函數對頻率值、葉綠素含量進行多元線性回歸，得到本儀器進行葉綠素含量測量所需回歸方程，回歸方程系數為RGB葉綠素儀測量時需配置的參數。在對待測植物葉片進行測量時，首先根據得到的多元線性回歸方程，利用鍵盤對葉綠素測量儀進行#置，得到RGB葉綠素儀內嵌回歸方程；測量時，數字信號處理控制模塊首先采集三種方波信號并計算方波信號頻率，然后數字信號處理控制模塊根據頻率信號和內嵌多元線性回歸方程，計算得到葉綠素含量，最后數字信號處理控制模塊將方波信號頻率、葉綠素含量送往LCD液晶顯示和U盤數據存儲。本發明的回歸方程模型建立依據為朗伯一比耳定律及其加和性，RGB回歸方程為/0+log10i,+/2log10_S,+/3log10G,-式中Rt是透射紅光強度頻率；Gt是透射綠光強度頻率；Bt是透射藍光強度頻率；b是被測植物葉片厚度；c是葉綠素濃度；h。、hi、h2、h3是回歸方程系數，這些系數由大量測量數據Rt、Gt、Bt(即方波數字信號fl，f2，f3)與葉綠素含量進行多元線形回歸擬合獲得。以黃瓜葉片葉綠素含量測量為例進行說明選取多片黃瓜葉片制作一批樣本，利用RGB葉綠素儀對各個樣本測量得到表征透射光光強信息的方波信號頻率值，記為Rt、Bt、Gt，利用分光光度計測得樣本葉片的葉綠素含量，利用數學工具Matlab中regress函數對頻率值、葉綠素含量進行多元線性回歸，得到本儀器進行葉綠素含量測量所需回歸方程-34.54+13.791og10(及,)-93.581og10)+56.51log10(G,)=_y式中Rt是透射紅光強度頻率；Gt是透射綠光強度頻率；Bt是透射藍光強度頻率；y是黃瓜葉片葉綠素含量；-34.54、13.79、-93.58、56.51是黃瓜葉片葉綠素含量測量方程系數，分別對應回歸方程中的h。、h2、h3。利用Matlab對上式進行多元線性回歸分析得R2=0.57，R=0.755，n=21，R為線性相關系數。根據線性回歸方程顯著性檢驗法中的查表法對線性回歸方程進行顯著檢驗。查表法是統計學者根據相關系數顯著性t檢驗法計算出的臨界R值列出的表格，見表l。査表法是根據自由度n-2査置信度為0.05和O.Ol時的臨界及值,得^辟—2),io辟—2),檢驗時，將計算的|/|與^.。5(-2)，^,_2)比較，做出統計推斷。本試驗中查表得io.。K"—2)=0.665,io.。s("—2)=0.575，由0.755>0.665，回歸方程為極顯著，黃瓜葉片葉綠素含量測量回歸模型成立。根據黃瓜葉片葉綠素含量測量回歸模型對RGB葉綠素儀進行參數設置，即將-34.54、13.79、-93.58、56.51由按鍵輸入到RGB葉綠素儀，得到RGB葉綠素儀測量黃瓜葉片葉綠素含量內嵌回歸模型。査表法中的表格r及R的顯著性數值表，表(2)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2r及R的顯著性數值(四)植物葉片葉綠素含量測量多元回歸模型進一步說明所采用的多元回歸模型及其原理(1)根據朗伯一比耳定律和吸光度加和性建立回歸方程朗伯一比耳定律乂-log,。，=log,。+=版吸光度加和性^-4+A+…+4'=log101=log10丄=A^Zc，+K26c2+…A^CjRGB葉綠素儀測試白光穿過植物葉片時，R、G、B三種光光強會發生衰減，衰減的一部分由葉綠素吸收引起，另一部分由葉片中其他物質的吸收或遮擋引起，其他因素引起的衰減可看成是由一種特殊濃度吸光物質引起的，根據朗伯一比耳定律和吸光度加和性建立RGB葉綠素儀測量值與葉綠素含量的關系有紅光1og,。與-^6c+K(3)綠光log,)","[A(4)藍光1。g,。奪-^c+^^(5)式中R。是發射紅光強度，Rt是透射紅光強度，KB是紅光與葉綠素間比例常數，Kxy是紅光與特殊吸光物質間比例常數，G。是發射綠光強度，Gt是透射綠光強度，Ks是綠光與葉綠素間比例常數，！^是綠光與特殊吸光物質間比例常數，B。是發射藍光強度，Bt是透射藍光強度，KB是藍光與葉綠素間比例常數，1U是藍光與特殊吸光物質間比例常數，b是葉片厚度，c是葉綠素濃度，"是特殊吸光物質濃度。將(3)、(4)、(5)加權相加，將與特殊物質相關項消去，消除葉片中其他物質吸收或遮擋的影響，整理后有-尺0_(alog10i,+〃log10G,log105()=尺々c(6)非單色光會對測量方程產生影響，但此影響只引起測量方程常數的改變。對測量方程進行整理，.最后表示為+&log10及,+/2log105,+/3log10(7,=Ac(7)(2)RGB數據的多元回歸法檢驗采用理想可控彩紙材料對(7)式間接驗證，證明RGB對數值與葉綠素含量間是線性關系。首先用RGB葉綠素儀與SPAD502對綠色程度不同的彩紙進行測量，然后利用Matlab多元回歸函數regress建立RGB對數值與SPAD值間的關系并得到復相關系數R。RGB葉綠素儀測量彩紙方程為-37.76logw(i,)+6.44log10(￡,)+5.63log10(G()+85.24=Sil4Z)(8)線性相關系數R-l.OO,回歸方程為極顯著。RGB對數值與SPAD值線性相關，SPAD值與葉綠素含量線性相關。回歸方程(7)得到初步驗證。(2)RGB葉綠素儀對黃瓜葉片的測試和數據處理并與SPAD502進行比較在用分光光度計獲取黃瓜葉片葉綠素含量時要損壞黃瓜葉片，因此，比較RGB葉綠素儀與SPAD502測量效果時，應在測量黃瓜葉片葉綠素含量前測量RGB值、SPAD值。測量方式取兩組黃瓜葉片樣品，第一組黃瓜葉片為21片，第二組為19片。每片葉為一樣本，各樣本均用RGB葉綠素儀、SPAD502、分光光度計進行測量，分別獲得每片葉的RGB值、SPAD值、葉綠素含量。利用打孔器在每片葉上取8小片子樣品(頂部、中上部、中下部、底部各取2小片)，用于RGB值、SPAD值的測量，每片子樣品RGB值、SPAD值為每片子樣品多點測量的均值，每片葉RGB值、SPAD值為8個子樣品RGB值、SPAD值的平均值，分別用Rt、Gt、Bt、SPAD表示，再用分光光度計進行每片葉葉綠素含量的測定，用y表示。利用Matlab對第一組黃瓜葉片處理，得到RGB葉綠素儀測量值與葉綠素含量關系式13.7861og10(i,)-93.57861og10(5》+56.50521og10(G》-少(9)R2=0.57，R-0.755,n=21。査表('2)得^01(2)=0.665，&.05(—2)=0.575，由0.755>0.665,為極顯著，多元線性回歸方程成立。將第二組黃瓜葉片RGB葉綠素儀測量值與葉綠素含量代入式(9)，對黃瓜葉片測量公式(9)驗證，此時R^0.5619，R-0.75，n-22。查表(2)得^^!o^2^^2^^^O^V^^0T6527^r^SW7^5EOT葉片測量公式(9)成立。利用Matlab得到第一組黃瓜葉片SPAD值與葉綠素含量之間的關系式1.93SiMZ)+0.06二y(10)R2-0.7746，R=0.88，n-21。將第二組黃瓜葉片測量值SPAD與葉綠素含量值代入式(10)，R2-0.3668,R=0.6056，n-22。比較第二組黃瓜葉片測量時的線性相關系數，0.727>0.702,RGB葉綠素儀在測量黃瓜葉片葉綠素含量時重復性較SPAD502好。表明RGB葉綠素儀可以用于葉片葉綠素含量的測量，測量效果可以與SPAD502相媲美。權利要求1.一種基于紅、綠、藍三原色數字信號的葉綠素測量儀，其機械結構部分包括機殼、轉軸，立柱，光源，T型載物臺，傳感器座，插頭，所述的光源中放置有白光LED，光源通過轉軸、插頭、立柱與機箱相連，傳感器座底部放置有顏色傳感器，T型載物臺架在傳感器座上部；光源、載物臺和傳感器座構成避光式探頭結構；其電路部分包括驅動白光LED的光源模塊，數字信號傳感器模塊，數字信號處理控制模塊，U盤數據存儲模塊，LCD顯示模塊；光源模塊驅動白光LED，使其發出穩定的測試白光；數字信號傳感器模塊通過顏色傳感器分時采集透過待測物的探測光中紅光、綠光、藍光光強信息并將光強信號轉化為方波信號；數字信號處理控制模塊捕捉三種方波信號，得到表征紅光、綠光、藍光光強信息的頻率信號，并根據三種頻率信號與葉綠素含量之間的多元線性回歸方程計算待測物的葉綠素含量。2.根據權利要求1所述的葉綠素測量儀，其特征在于所述顏色傳感器為TCS230，它內部含有分別對應于紅光、綠光、藍光的三種濾光片，濾光片分時選通將透射光光強信號轉化為方波數字信號，其方波頻率與透射光光強成正比。3.根據權利要求1所述的葉綠素測量儀，其特征在于所述的T型載物臺的上下表面均是平面的，中間開設有孔。4.根據權利要求3所述的葉綠素測量儀，其特征在于所述的T型載物臺的上表面開設有一個淺的大凹槽，在淺的大凹槽內又開設一個深的小凹槽，所述的小凹槽內開設有螺紋，通過螺紋與一個空心圓柱相連接。全文摘要本發明屬于光電測量
技術領域：
，涉及一種葉綠素測量儀，其機械結構部分包括光源，T型載物臺，傳感器座，光源中放置有白光LED，傳感器座底部放置有顏色傳感器，光源、載物臺和傳感器座構成避光式探頭結構；其電路部分包括驅動白光LED的光源模塊，數字信號傳感器模塊，數字信號處理控制模塊；數字信號傳感器模塊通過顏色傳感器分時采集透過待測物的探測光中紅光、綠光、藍光光強信息并將光強信號轉化為方波信號輸出；數字信號處理控制模塊捕捉三種方波信號，得到表征紅光、綠光、藍光光強信息的頻率信號，并根據三種頻率信號與葉綠素含量之間的多元線性回歸方程計算待測物的葉綠素含量。本發明具有照明光源簡單、穩定，葉綠素含量測量相對準確等優點。文檔編號G01N21/25GK101556240SQ20091006897公開日2009年10月14日申請日期2009年5月22日優先權日2009年5月22日發明者何明霞,旭張,張素娟,萌李,李進才,璞王申請人:天津大學