田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光譜檢測作物葉片領域，尤其涉及田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測 裝置。
【背景技術】
[0002] 玉米果實含有大量的蛋白質、糖類、脂肪、維生素及微量元素砸、鎮等多種營養元 素。所W玉米在我國非常受老百姓歡迎，每年的產量很大。在玉米植株生長過程中，葉片如 果缺乏葉綠素就不能進行光合作用，進而影響玉米產量。監控玉米生長過程中葉綠素含量 指標，分析造成葉綠素含量指標變化的原因，為玉米種植決策提供依據，對玉米種植合理水 服管理提供科學依據。
[0003] 玉米葉片葉綠素含量測定仍然主要是分光光度法和化學方法測定。采用分光光度 法和化學方法耗時費力，需要較多的人力成本，分析過程有較多的機械性操作，并且一般不 適宜對大量樣本進行分析，更不適合活體檢測玉米葉片葉綠素含量，兼顧測定數據的準確 性、操作便捷及環保無污染的特性，利用光譜學技術已經得到一定程度的應用。
[0004] 因玉米葉片生長形態各異，現場測量對光源投射角度和光譜探頭入射角度要求很 高，現有的玉米葉片葉綠素含量光譜檢測的方法大多采用采摘新葉，裝袋碎冰保鮮防止葉 片變質W影響葉綠素含量光譜測量的準確性，對測量葉綠素含量實時性要求高。
【發明內容】
[0005] 針對上述問題，本發明的目的在于提供適用于現場檢測、測量準確的田間玉米植 株葉片葉綠素含量檢測裝置和方法。
[0006] 為達上述目的，本發明采用的技術方案為：田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測裝 置，包括有光譜探頭和可見近紅外光源，其不同之處在于，還包括有息掛裝置、電驅小車和 數據處理模塊，息掛裝置由直角伸展臂、萬向節和彎刀息掛臂組成，萬向節固定端和直角伸 展臂水平外延端連接，萬向節活動端和彎刀息掛臂頂端連接，彎刀息掛臂弧形均勻設置一 排安裝孔，光源和光譜探頭根據投射角度和入射角度分別選擇其中一個安裝孔連接在彎刀 息掛臂上，螺栓固定；電驅小車由車架、電源裝置、車輪和微型直流電機組成，車架前端和后 端分別安裝有1個前輪和2個后輪，微型直流電機安裝在前輪內部，電源裝置安裝在車架上 面靠近前輪位置；數據處理模塊安裝在車架前部一根立桿上；息掛裝置和電驅小車通過連 接桿連接。
[0007] 較佳地，所述的彎刀息掛臂上均勻分布有15個圓孔，圓孔中也距離10 cm,彎刀息 掛臂通過萬向節可W實現全自由度轉動，可W實現對自然形態葉片正反兩面光譜采集，在 小車保持不動的情況下，可W對W萬向節為圓點，彎刀息掛臂直線距離為半徑的區域葉片 進行數據采集和檢測。
[000引較佳地，所述的直角伸展臂長2米，直角之間焊接一塊H角板，直角外圍焊接一根 加強筋，增加直角伸展臂的抗拉抗彎強度，使之經久耐用。
[0009] 較佳地，所述的連接桿兩端分別與驅動小車的車架中部立桿、息掛裝置的直角伸 展臂垂直端螺紋連接，通過轉動連接桿實現息掛裝置高度調節，保證不同生長高度的玉米 葉片都能被檢測到，可W對同一株玉米不同高度的葉片進行數據采集和檢測，還可W對不 同生長期的玉米葉片進行數據采集和檢測。
[0010] 較佳地，所述的直角伸展臂、萬向節和彎刀息掛臂材質為鉛材，連接桿和車架材質 為鑄鐵材料，小車在田間行進和開展檢測工作時可W最大限度保持平衡，保證檢測設備和 人員安全。
[0011] 較佳地，所述的數據處理模塊，液晶顯示，安裝高度為1.2米，與水平夾角為120 度，方便工作人員通過液晶顯示查看檢測結果，電源裝置有3組蓄電池組成，安裝位置靠近 前輪，除了給微型直流電機、光源和數據處理模塊供電，還可W起到配重平衡的作用，微型 直流電機驅動前輪向前或向后行進，后輪控制行進方向。
[0012] 較佳地，所述的電驅小車的車架中部立桿兩側分別安裝有一根加強筋，車架中部 立桿和車架前部立桿之間焊接有倒T字形連桿，倒T字形連桿頂端和車架中部立桿之間焊 接有一根短連接桿，增加驅動小車的結構強度，使之經久耐用。
[0013] 較佳地，田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測的方法，其特征在于；包括如下步驟： (a) 設備準備；將裝置牽引或自行至待展開檢測工作的位置，啟動電源開關，開啟光源， 預熱15分鐘，使光源穩定，對裝置水平找平，保持穩定； (b) 光譜白板矯正；白板與玉米植株葉片高度平齊放置，進行光譜白板矯正； (C)光譜采集角度調整；調節直角伸展臂的高度，使玉米植株葉片處于直角伸展臂下 方，將光譜探頭和光源通過安裝孔分別安裝在彎刀息掛臂上，光譜探頭和光源的數據線和 光纖線分別與數據處理模塊和電源裝置連接，轉動彎刀息掛臂，獲取較佳的檢測角度，使光 源投射角與葉片檢測點平面呈45度，光譜探頭接收反射光，反射角與葉片檢測點平面呈45 度，利用光譜探頭采集檢測點處的波長為490皿、750皿、860皿、968皿、1109皿、1428 皿、2012皿、2268皿和2418皿所對應玉米植株葉片的反射率； (d)理化值計算；將所得反射率輸入檢測裝置，檢測裝置依據多元線性回歸方程： Y=13. 035X1+11.828X2巧6. 215X3-23.189X4巧5. 609X5-54.633X6-28.618X7巧4.236X 8+38. 178X9+1. 14,計算得到玉米植株葉片的葉綠素含量，式中Y為玉米植株葉片的葉綠素 含量；XI?X9 分別為波長 490 nm、750 nm、860 nm、968 nm、1109 nm、1428 nm、2012 nm、2268 nm和2418 nm所對應的玉米植株葉片的反射率。本發明的有益效果有： (1)檢測裝置在玉米田間種植現場展開檢測工作，可獲取活體玉米葉片的光譜數據，不 需在實驗室檢測，檢測效率高。
[0014] (2)彎刀息掛臂和萬向節配合轉動，獲取較佳的檢測角度，可全方位全自由度地測 量玉米葉片，可根據不同玉米葉片的自然生長形態，便捷地改變光譜投射角度和入射角度， 獲取較佳的測量角度，可W檢測葉片的正反面。
[0015] (3)相對與直角伸展臂，轉動連接桿，調節直角伸展臂的高度，有利于采集不同生 長期玉米葉片光譜數據，可W做到玉米全生命周期玉米葉片活體光譜數據采集，采集的光 譜數據建立的模型適用性更好。
[0016] (4)整個裝置簡單實用，成本低廉，易于推廣。
【附圖說明】
[0017] 圖1為玉米植株示意圖； 圖2為本發明實施例中田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測裝置結構示意圖； 圖3為本發明實施例中田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測結果； 圖中標記注明；1一彎刀息掛臂，2-光譜探頭，3-可見近紅外光源，4一萬向節，5-直 角伸展臂，6-連接桿，7-數據處理模塊，8-車架，9-電源裝置，10-前輪，11-微型直流 電機。
【具體實施方式】
[0018] 為了更好地理解本發明，下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案做進一 步的說明，參見圖1、圖2和圖3 : 按本發明實施的田間玉米植株葉片葉綠素含量檢測裝置，主要作用是方便現場檢測， 通過萬向節4調試彎刀息掛臂1可W使之相對于直角伸展臂5作全自由度轉動，查看轉動 是否正常，工作正常有利于采集不同形態玉米葉片的光譜數據，不但可W采集玉米葉片正 面光譜數據，而且可W采集玉米葉片反面光譜數據。
[0019] 有陽光照射的情況下，在直角伸展臂5上方或旁邊打開遮陽傘，確保陽光不會照 射到玉米植株葉片上面，阻擋外界環境太陽光線對采集光譜數據的影響，使得測量結果更 準確，在無陽光或者陰天的情況下，無需在直角伸展臂5上方或旁邊打開遮陽傘。
[0020] 檢查電源裝置9是否供電正常，如電量不足，應該充電或更換蓄電池，由于電源裝 置9有3組蓄電池組成，可W保證12小時連續為安裝在前輪10上的微型直流電機11、可見 近紅外光源3和數據處理模塊7供電，將電源裝置9的安裝位置盡量靠近前輪10，可W起到 平衡整個檢測裝置的作用，前輪10和微型直流電機11 一體化安裝，微型直流電機11驅動 前輪10向前或向后行進，后輪人工控制行進方向，無需耗費人力成本搬運，既簡單又方便。
[0021] 由于直角伸展臂5長2米，可確保檢測裝置采集較大范圍玉米葉片光譜數據，根據 采集玉米葉片光譜數據需要，如需要比較田間和田邊玉米葉片葉綠素含量區別，既可W選 擇在路邊開展檢測