便携式植物叶片叶绿素含量无损检测仪设计与试验

为了快速、无损检测植物叶片叶绿素含量,基于叶绿素a和叶绿素b在光波长约660nm和460nm处有最大吸收峰的现象,设计了一种便携式植物叶片叶绿素含量无损检测仪。该检测仪主要由单片机、光源模块、光传感器、电源模块和输入输出模块等组成;其软件采用Keil C51编写,主要包括主函数、按键子函数、光采集子函数、数据处理子函数、显示子函数等。以菠菜、大青菜和油麦菜为试验对象,研究了460nm和660nm处植物叶片的吸光度与叶绿素含量之间的关系,结果表明,随着叶绿素含量的增加,吸光度增大,其关系可用二元一次方程描述（决定系数为080）。与分光光度法相比,本文设计检测仪的叶绿素含量检测误差为-0.32~0.20mg/g,平均绝对误差为0.14mg/g;与SPAD-502型叶绿素仪相比,本文设计检测仪的SPAD值绝对测量误差为-3.3~1.8,平均绝对误差为1.1,且成本低,响应时间小于2s。     

近红外土壤含水率传感器设计与试验

设计了一种适用于快速测量土壤含水率的近红外传感器。发光二极管(LED)作为传感器的光源,中心波长为1 940 nm的光为测量光,1 800 nm为参考光,土壤含水率对这2个波长的光有不同的吸收特性。光源发出的光照射到土壤表面,经反射后进入光电转换器,将光信号转换为电信号,送至两级放大电路、模数转换器(A/D)、显示和存储设备,输出的反射光强与土壤含水率存在一定的关系。仪器性能试验表明:光源传感器到土壤表面的距离对采集信号的强度有一定影响,根据传感器的结构,可以选择一定的距离使反射信号的强度和稳定性最好。两波长光的反射光强随着土壤粒径的增大而减小;土壤含水率与相对吸收深度之间具有很好的线性相关性,回归分析的决定系数为0.863。     

石佛寺水库叶绿素a浓度高光谱遥感反演

在水质测量评价中,通常将水体中叶绿素a的含量大小作为一个非常关键的指标。为获取石佛寺水库水体叶绿素a浓度反演模型,对石佛寺水库的水体进行光谱测量,获取水体光谱特征,并对采集的水样进行检测,得出叶绿素a浓度。在此基础上分析叶绿素a浓度与水体反射率的相关性,得到如下结论:石佛寺水库水体叶绿素a的浓度与反射比R_(702)/R_(674)和595 nm波长处反射率的一阶微分值都有较为明显的相关性(r~2分别为0.724 4和0.745 0)。     

基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义，但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题，难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理，利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜，经激发光照射后产生红色荧光，该荧光寿命可由溶解氧浓度调节；然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知；再以STM32F103微处理器作为主控芯片，编写下位机程序实现激发光脉冲产生，利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换（FFT）计算激发光与参照光的相位差，进而转化为溶解氧浓度，实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想，利用屏蔽排线直接插拔连接，便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试，本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。     

基于光环境校正的便携作物叶绿素检测仪设计

为快速获取作物的生长状态信息及时指导农业生产,基于作物生理生化光谱学响应机理,设计了基于光环境校正的便携作物叶绿素检测装置。装置测量以610、680、730、760、810、860nm为中心,20nm带宽的反射光谱以及环境光照光谱数据,计算植被指数并预测植物叶绿素含量,在环境光照强度较差时使用主动补光灯进行补光,并对补光条件下环境光照强度进行校正。实验表明GPS定位在纬度最大漂移为6.2m、经度最大漂移为4.9m;光谱传感器6个波段的光强响应与照度计测量值之间的决定系数均超过0.99;标定的2块光谱传感器的匹配系数在610nm和860nm波段分别为0.743、1.035。建立了610nm和860nm波段补光强度与测量距离间的拟合模型用于光环境校正;使用无纺布进行了叶绿素梯度实验,建立了植被指数NDVI与植物叶绿素含量的数学模型,在较差光环境条件下不进行补光的模型决定系数为0.685,补光并进行校正情况下模型决定系数为0.965。     

水体叶绿素a光学传感器信号调理电路设计与测试

为了将水体叶绿素a光学传感器光通路微弱的荧光信号转换为能够满足模数转换器件输入要求的稳定电信号,在前期光通路部分设计的基础上,设计了水体叶绿素a光学智能传感器的信号调理电路部分。该电路包括激发光源驱动模块、光电I/V转换与放大模块、滤波模块、检波模块4部分:对于激发光源驱动模块,采用偏置匹配度高、偏置偏移极小、压差更低的集成驱动芯片,同时驱动多组LED,比传统的限流电阻方案更加稳定、高效,驱动电流也更加一致;设计的光电I/V转换与放大模块,经过I/V转换电路和同相比例放大电路进行了两级放大,相比传统滤波放大电路具有放大交流、抑制直流的特点;在滤波模块,采用单片集成有源滤波器,无需外接电容,与传统的高阶低通滤波器相比,不仅受杂散电容的影响小,而且可以有效减小电路体积;在检波模块,使用了一款具有增量累计转换方式的集成转换器芯片,较之传统的峰值检波电路具有更宽的输出幅度、轨对轨输出、更快的转换速度和更高的转换精度(高达99.75%),而且具有输出直流稳定、温度漂移更小等特点。     

作物叶片叶绿素动态监测系统设计与试验

为了实现作物生长过程中叶绿素的动态在线监测,设计开发了一款叶绿素在线检测传感器系统。应用可见-近红外(660、880 nm)波段光谱检测植物叶绿素含量的体积小、功耗低的模块,通过AD转换电路、数字滤波电路得到叶片反射光数字信号,利用灰度板对反射光信号进行反射率校准,660 nm和880 nm波段的反射率校正模型的R~2分别为0. 999 6和0. 999 5;取10个不同等级叶绿素溶液样本共80个,使用国标法检测叶绿素含量后将溶液倒入无纺布开展叶绿素梯度仿真测量。叶绿素检测模块测量双波长反射率后,分别计算归一化差值植被指数(NDVI)和叶绿素指标SPAD指数值。建立相应的叶绿素含量检测数学模型,其决定系数R~2分别为0. 955 7、0. 958 7。开展活体植株叶绿素检测验证试验,叶片原位光谱测量后,再将叶片剪碎,使用国标法测量叶绿素真实值,检测样本与真实值的相关系数分别为0. 888 7、0. 874 5。进而开展在线动态监测试验,实时监测水肥胁迫组和正常水肥管理对照组玉米幼苗植株,监测90 h内的叶绿素含量变化,可知,相同管理条件下植株叶绿素含量变化规律大致相同,受水肥胁迫的影响,水肥胁迫组的叶绿素浓度呈下降趋势。证明了传感器系统在线监测作物叶绿素动态的可行性,可为农作物生长与胁迫动态监测提供技术支持。     

应用于植物生理状态检测的低成本叶绿素荧光成像系统

[目的/意义]植物光合作用过程中释放的叶绿素荧光与光化学反应紧密耦合,其荧光信号采集是光合作用效率、植物生理及环境胁迫等无损的测试手段。作为获取该信号的叶绿素荧光成像系统通常价格昂贵,针对此问题,本文提出一种低成本叶绿素荧光成像系统设计方案。[方法]叶绿素荧光成像系统主要由激发光灯组、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)相机及其控制电路和智能手机上位机三部分组成。激光发灯组采用LED面光源和碗状结构,通过对光场的仿真分析保证光照强度和均匀性;采用微型CMOS相机进行荧光图像采集,利用智能手机作为上位机完成激发光控制,并将数据回传至手机或服务器进行分析、处理、存储及显示。[结果和讨论]基于该方案,制造了一款仪器样机,其激发光强最大为6250μmol/(m²·s),光场整体变化幅度偏差为2%,光谱范围为400～1000 nm,稳定的采集频率最高可达42 f/s,具备连续光激发和调制脉冲激发功能。[结论]通过叶绿素荧光图像采集实验验证了本仪器的有效性。该仪器结构简单、造价成本低,在植物生理状态检测领域有着很好的应用价...     

农田环境中农药残留比例型荧光传感系统研究

为监测农业环境中有机磷农药的残留,从种养源头管控农产品安全,基于锆离子和1,2,4,5-四（4-羧苯基）苯（H-4-TCPB）合成了蓝色荧光金属-有机框架材料（MOFs）Zr-TCPB,并与红色荧光量子点QDs组装成双荧光QDs@MOFs复合物,基于Zr-TCPB对有机磷农药特异性荧光淬灭效应,构建比例型荧光化学传感器系统,实现了有机磷农药的快速、灵敏、可视化检测。甲基对硫磷与对硫磷的检测限（LOD）分别为1.9μg/L和4.9μg/L,线性检测范围为0.005~2mg/L。研究表明,该荧光分析法能有效用于农业环境水样中甲基对硫磷及对硫磷的现场快速测定,甲基对硫磷回收率为93.23%~116.46%,平均相对标准偏差（RSD）为5.29%,对硫磷回收率为92.52%~107.83%,平均RSD为5.74%。该方法在环境样品农药残留快速监测方面具有巨大的应用价值。     

一种叶绿素实时检测的新方法

介绍了一种基于MINIPAM荧光仪调制脉冲式荧光检测技术的LED辐照叶绿素荧光参数的实时检测方法。该方法利用可编程电源为LED列阵提供恒流输出驱动,LED列阵作为激发叶绿素产生荧光的光化光,利用MINIPAM荧光仪对植物光系统II的稳态荧光Fs、光适应下最大荧光Fm’进行检测,并结合环境测控系统的测量,综合分析环境因素对实际量子效率、实际电子传递速率等参数的影响。MINIPAM荧光仪通过与上位机通信,可以进行实时在线监控。     

摊铺机压实机构动态特性仿真

在摊铺机中,由熨平压实机构和压实介质组成的系统,为两个自由度的非线性动力学系统,压实介质简化为粘弹塑性体.建立熨平压实机构动态特性力学模型,利用计算机仿真,研究了熨平压实机构的动力学问题,分析了熨平压实机构动力学参数变化对该系统动态特性的影响.     

灌溉水平及灌溉间隔对大豆植株干物质积累的影响

采用桶栽方法,选用黑农48为试验材料,设计4个灌溉水平及4种干旱胁迫历时进行交叉试验,研究了灌溉水平及干旱胁迫历时对大豆干物质积累的影响。结果表明,花荚期大豆植株叶、茎、根和荚果更易受干旱胁迫历时影响,干旱胁迫历时越短越有利于植株生长,灌溉水平对植株的生长影响相对弱于干旱胁迫历时。植株各器官干质量的等高线图表明高灌溉水平、短干旱胁迫历时比低灌溉水平、长干旱胁迫历时有绝对优势,同时也表现出高灌溉水平、长干旱胁迫历时处理与低灌溉水平、短干旱胁迫历时处理之间具有相似性。     

番茄果实热导率测试装置参数实

微热探针法测试热导率系统已被广泛应用于食品材料热导率的测试中.但是,由于实验条件或实验设备的限制,基于理想的线热源瞬态模型测量原理得到的结果会产生某些测试误差.针对测试误差,从探针输入电压、加热时间和样品的径向尺寸等装置操作参数的选择着手,通过实验,得到装置系统测定中输入电压的最佳值为2.5～6.5V、加热时间最佳值为20～50s.最后通过实际测试,得到了番茄果实在不同成熟阶段的热导率变化规律.     

影响感官检验棉花品级的因素探析

感官检验棉花的品级,这是农村常见的一种检测手段.它的一个主要特点就是存在不确定性.这是由于检验员的品级检验水平存在一定的差异,其中有很多因素制约着检验的结果.文章对影响感官检验结果的因素进行了系统的分析.     

并联压电泵腔体初始容积设计

为探究腔体初始容积对压电泵性能的影响,设计了双腔体并联压电泵.通过理论分析,确定了双腔并联压电泵能够工作时泵腔初始容积的取值范围,根据理论公式设计制作了6种不同腔体初始容积的双腔并联有阀压电泵样机,对泵腔初始容积的变化与泵工作性能关系进行研究.在110 V工作电压下,工作频率小于400 Hz范围内,用压电双晶片进行驱动,分别以液体水和空气为介质,对不同压缩比（压电振子振动产生的泵腔容积变化量与泵腔初始容积的比值）下的并联泵进行了试验测试.结果表明,当泵送液体水时,压缩比为1/18时泵的整体输出流量最好,最大输出流量可达1 330 mL/min,压缩比越大,泵的输出压力和自吸能力越好,最大输出压力和自吸高度分别为58.5 kPa和69 cm;当泵送气体空气时,压缩比越大,泵的输出能力越好,最大输出流量和压力分别为850 mL/min和6.5 kPa,当压缩比小于1/32时,泵已经失去了输出气体能力.     

迷宫流道转角对灌水器抗堵塞性能的影

以转角分别为45.0°、60.0°、67.5°和75.0°的齿形流道灌水器为研究对象,应用CFD流场速度数值分析、PIV颗粒运动轨迹线和速度观测对比以及浑水抗堵塞测试相结合的方法,研究了转角对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响.结果表明转角与流量系数及流态指数均呈负相关关系,而灌水器的抗堵塞能力随着转角的增加呈下降趋势.综合分析转角对水力性能和抗堵塞性能的影响,提出迷宫流道结构灌水器的合理转角为60.0°.     

叶轮后密封环直径加大量对轴向力特性的影响

以300QJ230-40/2型潜水泵为研究对象,以清水为介质,采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线;采用机械法对该泵轴向力进行了试验测量,并将模拟值与试验值进行对比分析.结果表明:在0.8Q_sp~1.2Q_sp(对应扬程为46~36 m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,在叶轮后密封环直径加大量Δr_m≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算,绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明了加大后密封环直径能有效地减小轴向力;绘制了轴向力系数与比面积关系的无因次曲线.     

PLC在泵站群计算机远动系统RTU终端中的应用

以某泵站群计算机运动系统为实例，分析由PLC构成的泵站远方终端RTU的特点及功能。     

迷宫流道转角对灌水器水力性能的影

为研究齿形、梯形以及矩形流道转角变化对水力性能的影响,采用Fluent软件对不同形状下不同转角的流道进行了数值模拟.研究结果表明:当其他条件相同时,转角的变化与流量系数、流态指数呈负相关,其变化对梯形流道灌水器的流量系数影响最大,最多下降了19.03%,齿形流道次之,下降了10.14%,矩形流道是梯形流道转角角度增加的延伸,具有相同的水力性能变化规律;随着角度的增加,梯形流道总的局部水头损失系数最多增加了32.5%,而齿形流道总的局部水头损失系数最多增加了23.4%,变化都很明显;压力较高时,摩阻系数基本保持不变,流体为紊流状态.     

机采棉清杂系统的钉床式荷电装置与试验

针对机采籽棉清杂工序中荷电效果不佳的现实问题,提出了一种钉床式荷电方法。以MCU为主控制单元,设计了一款钉床式荷电控制系统。在荷电极板面上均匀分布且垂直于极板面的长度为5cm的金属钉,控制器控制静电发生器产生高压静电,通过荷电极板上的金属钉放电,将平铺在极板间的机采棉荷电。试验结果表明:与无金属钉的荷电极板相比,机采棉荷电均匀,荷电速度提高了8%,效果良好。该研究可为机采棉静电清杂应用提供参考。