专利名称：厚度补偿式叶绿素仪测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测试计量技术领域，具体涉及一种厚度补偿式叶绿素仪测量装置。
背景技术：
植物叶片叶绿素的含量和氮元素密切相关，植物叶片中70% 80%的氮素存在于叶绿体内，所以叶绿素含量可以反映植物的氮素营养状况。因此可以通过检测叶片叶绿素的含量来确定植物中氮元素的含量，并以其作为氮肥追施的依据。现今叶绿素仪已经成为测量植物叶绿素含量的常用工具手段，被普遍应用于科学研究和农业制造产业中，顺应了精细农业的潮流。现有叶绿素仪(SPAD-502)受到品种、生长时期、环境因素、测量叶位、测量位置等多种因素影响。有研究发现，当利用叶绿素计SPAD时，需要考虑叶片厚度对SPAD读数的影响，叶片厚度大，会造成读数偏大，从而造成误差。有人用叶片厚度来校正SPAD发现可以更加准确的估计不同生育期与不同品种水稻叶片的氮含量，为了提高对叶绿素含量的检测精度，消除叶片厚度对SPAD读数的影响，一种集叶片厚度和叶绿素测量装置的研究开发显得尤为重要，其可以节约氮肥成本、减少氮肥过量使用导致的土壤恶化和水资源污染，符合我国节能减排和可持续发展战略目标，具有一定的经济效益和社会意义。
发明内容
本发明的目的就是针对叶绿素测量的现有技术的不足，提供一种厚度补偿式叶绿
素仪测量装置。本发明包括夹具底板、直线滑轨、夹具下臂、夹具上臂、光套筒、650nm激光二极管、940nm激光二极管、电感传感器、上下可调平台、测头提杆和信号处理电路。夹具底板两侧对称设置有直线滑轨，夹具下臂通过直线滑轨与夹具底板滑动配合。在夹具下臂的前侧设置有电感传感器和上下可调平台；所述的电感传感器的测头经测头提杆伸入至上下可调平台上，用于测定叶片的厚度，所述的电感传感器通过夹具下臂上的燕尾槽与夹具下臂滑动配
口 o在夹具下臂的后侧固定设置有铰链座，夹具上臂与铰链座铰接，夹具上臂的一端设置有光套筒，光套筒底端与夹具上臂螺纹配合；夹具上臂的另一端悬空，在靠近该悬空端处设置有回复机构；在夹具上臂上还装有测头提杆，所述的测头提杆安装在光套筒与铰链座之间；光套筒顶端内部并排设置有650nm激光二极管和940nm激光二极管，光套筒底端内部设置有透镜组；与该透镜组对应的夹具下臂开有圆形凹槽，在圆形凹槽设置有光电接收器。所述的电感传感器和夹具上臂平行设置，且与直线滑轨垂直；所述的上下可调平台与光套筒位置对应，即上下可调平台的圆心和光套筒的圆心所在直线与直线滑轨平行。所述的信号处理电路包括单片机、光源驱动电路、按键电路和液晶显示屏，所述的 单片机通过控制光源驱动电路使650nm激光二极管、940nm激光二极管轮流发光；所述的光电接收器将接收到的光信号转换为电信号，所述的光电接收器的输出端、电感传感器输出端均与单片机输入端连接；所述的按键电路用于选择测量模式；所述的液晶显示屏与单片机输出端信号连接。本发明的有益效果
I)本装置集厚度测量和叶绿素测量于一体，测量方便，操作简单，精度高。2)利用透镜组将双光源聚焦到一处，满足光电接收器的窗口接收，使两个光源照射到同一叶片位置，减少叶绿素测量误差；
3)利用直线滑轨的往复运动进行测量，保证厚度测量和叶绿素测量在同一叶片位置点，运动简单可靠，保证测量精度；
4)光源驱动电路为集成运放反馈型恒流电路，可实现电流的调节，同时保证电流的稳流精度。
图I为本发明主视 图2 Ca)为本发明中铰链座的截面 图2 (b)为本发明俯视 图3为本发明左视 图4为本发明中夹具下臂的俯视 图5为光源驱动电路；
图6为本发明工作流程示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步描述。如图I所示，本发明包括厚度补偿式叶绿素仪夹具装置包括电感传感器I、紧钉螺钉M2 2、螺母M2 3、圆柱插销4、夹具底板5、直线滑轨6、夹具下臂7、压缩弹簧8、夹具上臂9、支撑螺柱M2 10、测头提杆11、透镜组12、光套筒拧盖13、650nm激光二极管14、940nm激光二极管15、光套筒16、调平螺柱M5 17、螺母M5 18、垫圈M2 19和信号处理电路。夹具底板5两侧对称设置有直线滑轨6，夹具下臂7通过直线滑轨6与夹具底板5滑动配合；在夹具下臂7的前侧设置有电感传感器I和上下可调平台，上下可调平台上包括调平螺柱M5 17和螺母M5 18，调平螺柱M5 17的顶端呈平台状，底端穿过夹具下臂7与螺母M5 18配合，该螺母M5 18用于调整调平螺柱M5 17在夹具下臂7上的高度，调平螺柱M5 17与夹具下臂7也是螺纹配合；电感传感器I的测头经测头提杆11伸入至上下可调平台上，用于测定叶片的厚度。如图4所示，电感传感器I通过夹具下臂7上的燕尾槽与夹具下臂7滑动配合。如图2 (a)所示，在夹具下臂7的后侧固定设置有铰链座，夹具上臂9与铰链座以圆柱插销4为中心形成铰接，圆柱插销4尾部螺母M2 3螺纹配合，圆柱插销4尾部螺母M2 3之间放置垫圈M2 19。夹具上臂9的一端设置有光套筒16，光套筒16底端与夹具上臂9螺纹配合；夹具上臂9的另一端悬空，在靠近该悬空端处设置有回复机构，回复机构包括支撑螺柱M2 10和压缩弹簧8，支撑螺柱M2 10的顶端穿过夹具上臂9，且位于夹具上臂9的上方；支撑螺柱M2 10的底端与夹具下臂7螺纹配合，在夹具上臂9和夹具下臂7之间的支撑螺柱M2 10上套置有压缩弹簧8 ;在夹具上臂9上还装有测头提杆11，测头提杆11安装在光套筒16与铰链座之间；光套筒16顶端内部并排设置有650nm激光二极管14和940nm激光二极管15，光套筒16底端内部设置有透镜组12，两路光源经过透镜组12可以汇聚在光电接收器的接收面上；与该透镜组12对应的夹具下臂7开有圆形凹槽，在圆形凹槽设置有光电接收器。如图2 (b)所示，电感传感器I和夹具上臂9平行设置，且与直线滑轨6垂直；所述的上下可调平台与光套筒16位置对应，即上下可调平台的圆心和光套筒16的圆心所在直线与直线滑轨6平行；夹具底板5对角有两个挡板，其高度高于直线滑轨6上的滑块，用于限制滑块的移动距离，所述的夹具装置的中上下可调平台的圆心和光套筒16的圆心的距离就等于直线滑轨6上滑块的移动距离。如图3所示，测头提杆11呈U形、U形测头提杆11的一端与夹具上臂9固定，另一端悬空，在该悬空端上架设有电感传感器I的测头。所述的信号处理电路包括单片机、光源驱动电路、按键电路和液晶显示屏，所述的 单片机通过控制光源驱动电路使650nm激光二极管14、940nm激光二极管15轮流发光；所述的光电接收器将接收到的光信号转换为电信号，所述的光电接收器的输出端、电感传感器I输出端均与单片机输入端连接；所述的按键电路用于选择测量模式；所述的液晶显示屏与单片机输出端信号连接。如图5所示，所述的光源驱动电路包括第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3、第一去稱电容Cl、第二去稱电容C2、第一电容C3、第三去稱电容C4、第四去稱电容C5、第一电阻R1、第一平衡电阻R2、第二平衡电阻R3、第二电阻R4、第一调节变阻器R5、第三平衡电阻R6、采样电阻R7、第三电阻R8、第四电阻R9、第一 PNP三极管Ql和第二 PNP三极管Q2，其中Dl为650nm激光二极管14，D2为940nm激光二极管15。第一芯片Ul的I脚分别与第一电阻Rl —端、第一芯片Ul的8脚连接,第一电阻Rl的另一端与第一去稱电容Cl的一端接于电源+5V,第一去稱电容Cl的另一端接地；第一芯片Ul的2、3、4、5、7脚悬空；第一芯片Ul的6脚接地；第一芯片Ul的8脚通过第一平衡电阻R2与第二芯片U2的3脚连接；第二芯片U2的I脚与第三芯片U3的栅极连接；第二芯片U2的2脚通过第二平衡电阻R3与第二芯片U2的7脚连接；第二芯片U2的4脚接地；第二芯片U2的5脚通过第三平衡电阻R6分别与第三芯片U3的漏极、采样电阻R7的一端连接，采样电阻R7的另一端接地；第二芯片U2的6脚分别与第一电容C3 —端、第一调节变阻器R5的变阻端连接，第一电容C3另一端分别与第二芯片U2的7脚、第二电阻R4的一端连接，第一调节变阻器R5的一端接地，第一调节变阻器R5的另一端与第二电阻R4的另一端连接；第二芯片U2的8脚与第二去耦电容C2的一端接于电源+5V，第二去耦电容C2的另一端接地；第三芯片U3的源级分别与650nm激光二极管14的一端、940nm激光二极管15的一端连接，650nm激光二极管14的另一端与第一 PNP三极管Ql的集电极连接,940nm激光二极管15的另一端与第二 PNP三极管Q2的集电极连接；第一 PNP三极管Ql的基极通过第三电阻R8与单片机IO 口连接，第一三极管PNP Ql的发射级与第三去耦电容C4的一端连接于+5V，第三去耦电容C4的另一端接地；第二 PNP三极管Q2的基极通过第三电阻R9与单片机IO 口连接，第二 PNP三极管Q2的发射级与第三去耦电容C5的一端连接于+5V，第四去耦电容C5的另一端接地。所述的第一芯片Ul型号为TL431，第二芯片U2型号为零漂移双通道轨对轨AD8552，第三芯片U3型号为场效应管的N沟道MOSE管的IRF520，所述的单片机型号为MSP430f 149，若激光二极管上电流即场效应管漏极电流
4的偏大，则导致加采样电阻R7上的压降偏大，AD8552的3脚输入端的基准电压％较反
馈的2脚输入端小，其电压经放大后加到场效应管的栅极，使其&变小，从而漏极电流
b也随之变�。锏奖Ｖぜす舛芎愣ǖ缌髂康�。其中，i力放大器的放大倍数，在电路实施中通过调节电压器R5来实现电流的变化。如图6所示，本发明具体操作流程为在未放置叶片时，按下按键，通过MSP430f 149单片机控制模拟开关的通断，控制光源驱动电路，使940nm和650nm的激光二极管轮流发光，光强信号被光套筒正下方的光电二极管接收转换成电信号，通过AD转换进入单片机存储；按下夹具上臂的尾部，使叶片样品能够顺利放入夹具内，再按下按键，重复上 述操作，将两种光源透过叶片的光强电信号转换成电信号，通过AD转换进入单片机存储；一直按着夹具上臂尾部，同时保持夹具下板和叶片样品不动，将夹具移动到的直线滑轨另一端，放下夹具上臂尾部，记录电感传感器测量的位移信号，最后将上述信号代入叶绿素数学模型，得出叶绿素数值，结果在液晶上显示。同时在叶片的不同位置上多测几组数据，取平均，得到叶片的叶绿素平均含量。
权利要求
1.厚度补偿式叶绿素仪测量装置，包括夹具底板、直线滑轨、夹具下臂、夹具上臂、光套筒、650nm激光二极管、940nm激光二极管、电感传感器、上下可调平台、测头提杆和信号处理电路，其特征在于夹具底板两侧对称设置有直线滑轨，夹具下臂通过直线滑轨与夹具底板滑动配合； 在夹具下臂的前侧设置有电感传感器和上下可调平台；所述的电感传感器的测头经测头提杆伸入至上下可调平台上，用于测定叶片的厚度，所述的电感传感器通过夹具下臂上的燕尾槽与夹具下臂滑动配合； 在夹具下臂的后侧固定设置有铰链座，夹具上臂与铰链座铰接，夹具上臂的一端设置有光套筒，光套筒底端与夹具上臂螺纹配合；夹具上臂的另一端悬空，在靠近该悬空端处设置有回复机构；在夹具上臂上还装有测头提杆，所述的测头提杆安装在光套筒与铰链座之间；光套筒顶端内部并排设置有650nm激光二极管和940nm激光二极管，光套筒底端内部设置有透镜组；与该透镜组对应的夹具下臂开有圆形凹槽，在圆形凹槽设置有光电接收器；所述的电感传感器和夹具上臂平行设置，且与直线滑轨垂直；所述的上下可调平台与·光套筒位置对应，即上下可调平台的圆心和光套筒的圆心所在直线与直线滑轨平行； 所述的信号处理电路包括单片机、光源驱动电路、按键电路和液晶显示屏，所述的单片机通过控制光源驱动电路使650nm激光二极管、940nm激光二极管轮流发光；所述的光电接收器将接收到的光信号转换为电信号，所述的光电接收器的输出端、电感传感器输出端均与单片机输入端连接；所述的按键电路用于选择测量模式；所述的液晶显示屏与单片机输出端信号连接。
2.根据权利要求I所述的厚度补偿式叶绿素仪测量装置，其特征在于所述的回复机构包括支撑螺柱和压缩弹簧，支撑螺柱的顶端穿过夹具上臂，且位于夹具上臂的上方；支撑螺柱的底端与夹具下臂螺纹配合，在夹具上臂和夹具下臂之间的支撑螺柱上套置有压缩弹簧。
3.根据权利要求I所述的厚度补偿式叶绿素仪测量装置，其特征在于所述的上下可调平台上包括调平螺柱和螺母，所述的调平螺柱的顶端呈平台状，底端穿过夹具下臂与螺母配合，该螺母用于调整调平螺柱在夹具下臂上的高度，调平螺柱与夹具下臂也是螺纹配入口 o
4.根据权利要求I所述的厚度补偿式叶绿素仪测量装置，其特征在于所述的测头提杆呈U形、U形测头提杆的一端与夹具上臂固定，另一端悬空，在该悬空端上架设有电感传感器的测头。
5.根据权利要求I所述的厚度补偿式叶绿素仪测量装置，其特征在于所述的光源驱动电路包括第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3、第一去耦电容Cl、第二去耦电容C2、第一电容C3、第三去稱电容C4、第四去稱电容C5、第一电阻R1、第一平衡电阻R2、第二平衡电阻R3、第二电阻R4、第一调节变阻器R5、第三平衡电阻R6、采样电阻R7、第三电阻R8、第四电阻R9、第一 PNP三极管Ql和第二 PNP三极管Q2 ； 第一芯片Ul的I脚分别与第一电阻Rl —端、第一芯片Ul的8脚连接，第一电阻Rl的另一端与第一去稱电容Cl的一端接于电源+5V,第一去稱电容Cl的另一端接地；第一芯片Ul的2、3、4、5、7脚悬空；第一芯片Ul的6脚接地；第一芯片Ul的8脚通过第一平衡电阻R2与第二芯片U2的3脚连接；第二芯片U2的I脚与第三芯片U3的栅极连接；第二芯片U2的2脚通过第二平衡电阻R3与第二芯片U2的7脚连接；第二芯片U2的4脚接地；第二芯片U2的5脚通过第三平衡电阻R6分别与第三芯片U3的漏极、采样电阻R7的一端连接，采样电阻R7的另一端接地；第二芯片U2的6脚分别与第一电容C3 —端、第一调节变阻器R5的变阻端连接，第一电容C3另一端分别与第二芯片U2的7脚、第二电阻R4的一端连接，第一调节变阻器R5的一端接地，第一调节变阻器R5的另一端与第二电阻R4的另一端连接；第二芯片U2的8脚与第二去耦电容C2的一端接于电源+5V，第二去耦电容C2的另一端接地；第三芯片U3的源级分别与650nm激光二极管的一端、940nm激光二极管的一端连接，650nm激光二极管的另一端与第一 PNP三极管Ql的集电极连接，940nm激光二极管的另一端与第二 PNP三极管Q2的集电极连接；第一 PNP三极管Ql的基极通过第三电阻R8与单片机IO 口连接，第一三极管PNP Ql的发射级与第三去耦电容C4的一端连接于+5V，第三去耦电容C4的另一端接地；第二 PNP三极管Q2的基极通过第三电阻R9与单片机IO 口连接，第二 PNP三极管Q2的发射级与第三去耦电容C5的一端连接于+5V，第四去耦电容C5的另一端接地； 所述的第一芯片Ul型号为TL431，第二芯片U2型号为零漂移双通道轨对轨AD8552，第三芯片U3型号为场效应管的N沟道MOSE管的IRF520，所述的单片机型号为MSP430H49。
全文摘要
本发明公开了一种厚度补偿式叶绿素仪测量装置。本发明中的夹具底板两侧对称设置有直线滑轨，夹具下臂通过直线滑轨与夹具底板滑动配合；在夹具下臂的前侧设置有电感传感器和上下可调平台；在夹具下臂的后侧固定设置有铰链座，夹具上臂与铰链座铰接，夹具上臂的一端设置有光套筒，光套筒底端与夹具上臂螺纹配合；夹具上臂的另一端悬空，在靠近该悬空端处设置有回复机构；光套筒顶端内部并排设置有650nm激光二极管和940nm激光二极管，光套筒底端内部设置有透镜组；与该透镜组对应的夹具下臂开有圆形凹槽，在圆形凹槽设置有光电接收器。本装置集厚度测量和叶绿素测量于一体，测量方便，操作简单，精度高。
文档编号G01N21/17GK102706808SQ20121020957
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者刘月瑶, 方波, 李东升, 郭冲冲, 陈爱军 申请人:中国计量学院
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