Способ измерения площади листьев растений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением параметров листьев растений. Цель изобретения - повышение производительности измерения - достигается за счет устранения механических операции в процессе измерения путем использования оптической методики регистрации интенсивности светового потока, возникающего в приэлектродной области высокочастотного разряда . Неоднородность разряда, вызываемая внесением листа в высокочастотный разряд , создает область усиленного поля, свечение которого и служит источником информации о геометрических размерах листа. Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1 переменного напряжения , которое подается на электроды 2, 3. Свечение объекта 4 с помощью фокона 5 и волоконного световода 6 подается на фотоприемник 7. Суммарная интенсивность света , пропорциональная площади листа, регистрируется с помощью аналогового регистратора 10. 3 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1422004!

511 4 G 01 В 21/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4220576/24-28 (22) 13.01.87 (46) 07.09.88. Бюл. № 33 (71) Специальное опытное проектно-конструкторско-технологическое бюро СО

ВАСХНИЛ (72) А. Ф. Алейников (53) 531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1287781, кл. А Ol G 7/00, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ

ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением параметров листьев растений.

Цель изобретения — повышение производительности измерения — достигается за счет устранения механических операций в процессе измерения путем использования оптической методики регистрации интенсивности светового потока, возникающего в приэлектродной области высокочастотного разряда. Неоднородность разряда, вызываемая внесением листа в высокочастотный разряд, создает область усиленного поля, свечение которого и служит источником информации о геометрических размерах листа.

Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор переменного напряжения, которое подается на электроды 2, 3.

Свечение объекта 4 с помощью фокона 5 и волоконного световода 6 подается на фотоприемник 7. Суммарная интенсивность света, пропорциональная площади листа, регистрируется с помощью аналогового регистрато- Я ра 10. 3 ил.

1422004

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением параметров листьев растений.

Цель изобретения — повышение производительности измерения путем устранения механических операций в процессе измерений за счет использования оптической плошадки регистрации интенсивности светового потока, возникающего в приэлектродной ооласти высокочастотного разряда.

На фиг. 1 — 3 представлены структурные схемы устройств, реализующих способ.

Первый вариант устройства (фиг. 1) содержит генератор переменного высокочастотного высоковольтного напряжения, электроды 2 и 3, между. которыми помегцают объект 4 измерения, фокон 5, волоконный световод 6, фотоприемник 7, измерительный блок 8, выполненный, например, в виде усилителя 9 напряжения и аналогового регистратора 10.

Второй вариант устройства (фиг. 2) содержит блок 11 управления, блок 12 разверток, а измерительный блок 8, кроме усилителя 9, содержит электронный ключ 13, компаратор 14 напряжения, источник 15 опорного напряжения, счетчик 16 импульсов к цифровой индикатор 17.

Третий вариант устройства (фиг. 3), кроме элементов 1 — -4, содержит pBcLUåïëåííûé волоконно-оптический жгут 18, фотоприемники 19 — 21, валки 22 и 23, измеритель длины листа, выполненный в виде диска 24 с отверстиями, источника 25 оптического излучения и фотоприемника 26, и блок 27 управления, усилители 28 — 31 напряжений, коммутатор 32, компаратор 33 напряжения, источник 34 опорного напряжения, счетчики 35 к 36, вычислительной блок 37 и цифровой регистратор 38. Выходы генератора 1 (фиг. 1) подключены к электродам 2 и 3. Так как электрод 3 выполнен прозрачным, то лист растения и имеет оптическую связь с фотоприемником 7 (через фокон 5 и волоконный световод 6) . Выходы фотоприемника 7 соединены с входами ycv,— лителя 9 напряжения, выход которого подключен к входу аналогового регистратора !О.

Выходы генератора 1 (фиг. 2) также подключены к электродам 2 и 3, между которыми помещен лист растения. Волоконный световод 6 с хорошими упругими свойствами соединен с выходом блока 12 разверток, вход которого подключен к первому выходу блока 11 управления, второй выход которого подключен к установочному К-входу счетчика 16 импульсов измерительного блока 8. Выходы фотоприемника 7 соединены с входами усилителя 9 напряжения, к которым также подключены коммутационные входы электронного ключа

13, управляюгций вход которого соединен с первым выходом блока 1 управления. Вы5

1 э

30 з

2 ход усилителя 9 напряжения соединен с одним из входов компаратора 14 напряжений, другой вход которого подключен к входу источника 15 опорного напряжения. Выход компаратора напряжений подключен к счетному (информационному) входу счетчика 16 импульсов, выходы которого соединены с входами цифрового индикатора 17.

Выходы генератора 1 (фиг. 3) соединены с электродами 2 и 3, причем на электроде 3 закреплены волоконные световоды жгута 18 в виде линейки. Расстояние между отдельными световодами а кратно единиц длины, например 0,1; 0,01; 0,001 мм и т.п. вдоль листа растения, и с помощью валков 22 и 23 перемещаются электроды 2 и 3, причем лкнекка световодов жгута 18 имеет оптическую связь с листом 4. Валки 22 и 23 покрыты материалом с высоким коэффициентом трения и посажены на оси с подшипниками, причем один из валков может быть закреплен на подвижных толкателях с пружинами для осушествления перемещения листа и без проскальзывания, и без его (листа) повреждения (не показано). На оси валка 22 установлен диск 24 с отверстиями, вдоль осей которых по разным сторонам диска 24 установлены источник 25 оптического излучения и фотоприемник 26, выходы которого соединены с входами усилителя 28 напряжений блока 8 измерения. Выходные световоды жгута 18, количество которых равно количеству световодов, закрепленных на электроде 3, имеют оптическую связь с фотоприемниками 19—

21, выходы которых соответственно соединены с входами усилителей 29--31 напряжения, выходы которых подключены к коммутационным входам коммутатора 32, управляюший вход которого соединен с первым выходом блока 27 управления, второй выход которого подключен к установочным К-входам счетчиков 35 и 36, а третий — к управляющему входу вычислительного блока 37.

Выход усилителя 28 напряжения соединен со счетным (информацконным) входом счетчика 36, выходы которого подключены к первым информацконным входам вычислительного олока 37, вторые информационные входы которого соединены с выходами счетчика 35, а выходы вычислительного блока 37 подключены к входам цифрового регистратора 38. Выход коммутатора 32 соединен с одним из входов компаратора 33 напряжений, другой вход которого подключен к выходу ксточника 34 опорного напряжения, а выход соединен со счетным (информационным) входом счетчика 35.

Лист растения помещают в пространстве между электродами, на которые подают переменное высокочастотное поле напряженностью 10 — 10 В/см, и зажигают высокочастотный газовый разряд. Наличке листьев растения B межэлектродном промежутке приводит к нарушению квазкнейтраль1422004

5 !

О !

20

3 ности плазмы вблизи поверхности листьев, поскольку потоки ионов и электронов на лист определяются процессами на его поверхности (ионэлектронной эмиссией, автонейтронной эмиссией) и не равны соответствующим стационарным потокам заряженных частиц в плазме. Для того чтобы скомпенсировать ионный поток на лист, вблизи его поверхности возникает слой пространственного заряда с высокой напряженностью электрического поля, в котором и осуществляется генерация заряженных частиц. Высокая напряженность электрического поля в этом слое приводит также и эффективному возбуждению электронных состояний молекул и, как следствие, к яркому свечению этих областей. Это явление и используется для визуализации объекта измерений. Регистрируя суммарную интенсивность излучения разряда, судят о площади листа.

При определенной напряженности поля для конкретных листьев растения можно получить изображение, которое будет характеризовать площадь поверхности листа. Повышая напряженность электрического поля, можно достигнуть однородного объемного разряда, в котором интенсивность света пропорциональна общей площади листа растения. Значение напряжения поля может колебаться в пределах 10 — 100 кВ, частота до нескольких десятков мГц.

Интенсивность свечения (при прочих равных условиях) зависит от влажности поверхности листа. Так, например, пораженная солнечной радиацией или тепловым ударом часть листа будет иметь меньшую интенсивность свечения и по уменьшению этой интенсивности можно судить о площади пораженного участка. Кроме того, по уменьшению интенсивности свечения можно судить о количестве влаги в объекте измерения.

Устройсгво по первому варианту работает следующим образом.

Генератор 1 формирует заполненные высокой частотой импульсы с заданными длительностью и частотой следования и вызывает свечение поверхности листа. Площадь электродов 2 и 3 выбирается с учетом максимальной площади объекта 4 измерения. Для получения более четкого изображения на прозрачном электроде 3 может быть нанесен слой люминафора. Излучение объекта измерения через фокон 5 и волоконный световод 6 поступает на фотоприемник 7, который преобразует оптический сигнал в сигнал электрический. Этот сигнал усиливается усилителем 9 напряжения, и информация о площади поступает на аналоговый регистратор 10. Фокон 5 служит для оптического согласования поверхности электрода 3 с поверхностью торца световода 6. Изменяя параметры генератора 1, можно получить информацию о площади листа.

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

Блок 12 разверток с помощью блока управления осуществляет последовательное дискретное перемещение световода 6 (кратное единице длины) по всей рабочей плоскости электрода 3. Развертка производится

«посрочно» н Но всему «кадру». Это может осуществляться с помощью шаговых двигателей или преобразователя с электромагнитным развертывающим устройством. В этом случае на гибком световоде установлена специальная катушка индуктивности и отклоняющие катушки. В результате взаимодействия поля катушки индуктивности световода и магнитных полей отклоняющих катушек блока растровых разверток будет производиться считывание элементов изображения с выходного торца волоконного световода 6. Преобразователь с таким развертывающим световодом будет иметь более высокую скорость сканирования по сравнению с механической системой развертки, построенной на базе шаговых двигателей.

Развертка изображения с листа 4 осуществляется с помощью блока 11 управления, который может быть выполнен в виде таймера, т.е. на его первом выходе формируется последовательность импульсов, которая осуществляет сканирование световода 6.

Эта же последовательность поступает на управляющий вход электронного ключа 13 блока измерения и закорачивает вход усилителя 9 напряжений на время дискретного перемещения световода 6. Так как усилитель 9 связан с фотоприемником 7, на который поступает информация о свечении с объекта измерения (через волоконный световод 6) и сканирование производится дискретно с перемещением световода 6 кратным единице длины, то число импульсов с выхода усилителя 9 будет характеризовать площадь листа растения.

Эти импульсы поступают на вход компаратора !4 напряжения и с помощью источника опорного напряжения нормируются по амплитуде до необходимого уровня работы счетчика 16 импульсов. Счетчик 16 считывает эти импульсы, преобразует в код, и полученная информация отображается на цифровом индикаторе 17. Меняя значение опорного напряжения в источнике 15, нетрудно произвести селектирование входных импульсов по уровню и тем самым получить информацию как об общей площади, так и ее составляющих. По окончанию цикла измерения измерительный блок ll приводит световод 6 в исходное состояние (к начальной точке сканирования) и после снятия информации с цифрового индикатора 17 «обнуляет» счетчик 16 импульсов.

Отличие работы устройства, представленного на фиг. 3, заключается в следующем.

1422004

В данном устройстве световоды расположены в виде линейки, и осуществляется протягивание листа с помощью валков ;22 и 23 между системой электродов 2 и 3, на

,которые также подается переменное высоко: ;частотное поле генератора l. Информация

lo ширине листа извлекается с помощью рас: щепленного с двух сторон волоконно-опти.ческого жгута 18, преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоприем,ников 19 — 21 и усилителей 29 — 31 напряжения. С помощью блока 27 управления, на первом выходе которого формируются после.довательности импульсов, которые поступают на управляющий вход коммутатора 32, ком:. мутатор 32 осуществляет последовательное подключение выходов усилителей 29 — 31 к одному из входов компаратора 33 напря: жения. Коммутатор осуществляет электронное сканирование. по ширине объекта 4 измерения. Число импульсов с компаратора 33, несущее информацию о ширине объекта 4 измерения, поступает на вход счетчика 35, где преобразуется в цифровой код.

Измерение длины листа осуществляется с помощью диска 24 и оптронной пары источника 25 и фотоприемника 26. Расстояние между отверстиями выбраны таким образом, что при перемещении листа и на единицу длины, на выходе фотоприемника 26 формируется единичный импульс. Эти импульсы усиливаются и формируются с Номощью усилителя 9 напряжения и поступают на информационный вход другого счетчика 36, который преобразует эту информацию в код. Вычислительной блок 37 выполнен в виде цифрового умножителя. Он осуществляет определение площади листьев, 6 информация о которой регистрируется на цифровом регистраторе 38. Блок управления по окончанию цикла измерения устанавливает счетчики 35 и 36, вычислительное устройство 37 и коммутатор 32 в исходное состояние.

В качестве генератора 1 могут быть использованы серийно выпускаемые приборы: прибор для дарсонвализации «Искра †», генераторы ГЗ вЂ” 7А с высоковольтными трансформаторами и т.п.. Усилители 9, 28 — 31 напряжения могут быть реализованы на базе микросхемы К 140 УД 5, 6, 13, компараторы 14 и 33 напряжений — на базе микросхемы К 5 21 СА 2, коммутатор 33—

15 на базе микросхемы К 56 1 КТ 3, счетчики 16, 35 и 36 — на базе микросхемы

К 56 1 ИЕ 9, ИЕ 10 и т.п. Аналоговый регистратор 10 может быть выполнен на базе серийно выпускаемого самопишущего прибора «епс11гп».

Формула изобретения

Способ измерения площади листа растений, заключающийся в том, что лист помешают между электродами, измеряют характеристику электродной системы, по величине которой судят о площади листа, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности измерений, на электроды прикладывают переменное высокочастотное напряжение, создают между электродами высокочастотное поле с амплитудным значением напряженности порядка 10 —

10 В/см, зажигают высокочастотный газовый разряд, а о площади листа судят по свечению, индуцируемому на поверхности листа высокочастотным газовым разрядом.

1422004

Составитель В. iiлков

Редактор В. Бугренкова Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ 4415i37 Тираж 68с1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4