Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оценке функционального состояния лиственных растений, определяемого их влагообеспеченностью, в реальном времени с целью осуществления регулируемого полива, оптимального для растительных объектов, независимо от типа почв как в полевых условиях, так и в теплицах. Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений содержит лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, который направляет излучение на лист растения через конденсор для формирования светового пятна, первый фотоприемник, установленный на оси зеркально отраженной компоненты с фокусирующей линзой, второй фотоприемник, установленный чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, который расположен в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным потоком от листа растения, который распространяется равномерно и во всех направлениях внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей, по величине которой судят о влагообеспеченности растения. Технический результат заключается в увеличении точности и области применения. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оценке функционального состояния лиственных растений, определяемого их влагообеспеченностью, в реальном времени с целью осуществления регулируемого полива, оптимального для растительных объектов, независимо от типа почв как в полевых условиях, так и в теплицах.

Известен фотометр для измерения коэффициента диффузного отражения природных объектов, в том числе растений, который разрабатывался для работы в полевых условиях, содержащий источник освещения устройства, расположенный в шаре с рассеивающей рабочей поверхностью так, что он непосредственно освещает измеряемый образец, встроенный микропроцессор позволяет выводить зарегистрированный коэффициент спектрального отражения непосредственно в компьютер или на принтер прямо из прибора без применения компьютера (см. Кувалдин, Э.В. Фотометры для измерения коэффициентов отражения природных объектов в спектральной области излучения солнца // Э.В. Кувалдин. - Научное приборостроение. - №1 (том 15). - 2005. - С. 21-28.).

Недостатками данного устройства являются его сложность и проблемы, связанные с устранением внешней засветки, т.к. его работа осуществляется при солнечном освещении.

Известно устройство оценки содержания влаги (воды) в листьях растений (см. патент WO №2007129648, МПК G01N 21/31; A01G 7/00, публ. 15.11.2007 г.), основанное на измерении спектрального коэффициента отражения инфракрасного излучения от листьев и дальнейшем использовании множественного регрессионного анализа по полученным спектральным данным.

Недостатком данного устройства является достаточно сложный алгоритм выделения диагностической информации, а также невозможность учета формирования диффузного и зеркального отражения на поверхности листовой пластины, которая обладает различными участками, приводящими к появлению смешанного отраженного излучения, каждая из составляющих которого будет иметь различное направление и будет нести определенную информацию о состоянии растения в целом.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения шероховатости поверхности, работа которого направлена на определение как диффузной, так и зеркальной составляющих, содержащее лазер, эллипсоидальное зеркало, первый фокус которого расположен на оси зондирующего лазерного пучка, а выходное отверстие размещено на оси зеркально отраженной компоненты света, первый фотоприемник, установленный во втором фокусе эллипсоидального зеркала, предназначенный для регистрации суммарной (интегральной) интенсивности диффузной компоненты, и блок обработки информации, электрически соединенный с первым фотоприемником, второй фотоприемник, регистрирующий суммарную (интегральную) интенсивность зеркальной компоненты, установленный на оптической оси зеркальной компоненты отраженного света, оптически сопряженный с выходным отверстием эллипсоидального зеркала и электрически соединенный с блоком обработки информации (см. патент РФ 2156437, МПК G01B 11/00, публ. 20.09.2000 г.).

Недостатком известного устройства является то, что оно может быть использовано для определения шероховатости сверхгладких поверхностей и плоских металлических полупроводниковых и диэлектрических изделий (а не растительных объектов), и его работа направлена на получение отношения диффузной и зеркальной составляющих, которое определяет шероховатость оцениваемой поверхности. Разделение потока излучения на составляющие с использованием отверстия не гарантирует отсутствия диффузной составляющей в излучении, попадающем на фотоприемник зеркального отражения, а применение в конструкции эллипсоидального зеркала не предполагает использование устройства вне лаборатории из-за жестких требований к условиям окружающей среды и внешним механическим воздействиям.

Согласно изобретению предлагается устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений, в качестве предмета исследования которых выступает шероховатая поверхность листовых пластин (см. Бондарева Л.А., Суханова М.В. Исследование шероховатой поверхности листьев растений // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2014. - №1 (303). - С. 144-151.), а указанный результат получается в результате измерения зеркальной составляющей отраженного излучения от листьев растений.

Техническая задача заключается в создании устройства, способного непосредственно в полевых условиях неинвазивно в реальном времени провести оценку влагообеспеченности растительных объектов с целью дальнейшего контроля за расходом воды и регулирования интенсивности полива для оптимизации процесса выращивания растительных объектов и затрат, связанных с этим процессом.

Техническая задача достигается тем, что устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений содержит лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, который оснащен конденсором для формирования светового пятна, первый фотоприемник установлен на оси зеркально отраженной компоненты и оснащен фокусирующей линзой, второй фотоприемник установлен чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, которая расположена в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным лучистым потоком от листа растения, размещенного внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей.

Технический результат заключается в возможности определения разработанным устройством функционального состояния растений для определения их потребностей в воде в режиме реального времени на основе облучения листьев растений электромагнитным излучением ближнего инфракрасного диапазона и измерении зеркальной составляющей отраженного излучения, по величине которой судят о влагообеспеченности растения.

Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена конструкция устройства (продольное сечение), на фиг. 2 - схема предлагаемого устройства (сечение в плоскости падения).

Устройство (фиг. 1) содержит лазер или светодиод 1, излучающий в ближнем ифракрасном диапазоне через конденсор 2, первый фотоприемник 3, установленный на оси зеркально отраженной компоненты с фокусирующей линзой 4, второй фотоприемник 5, установленный чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы 6, расположенной в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным лучистым потоком от листа растения 7, размещенного в измерительной камере 8, причем электрические выходы фотоприемников 3 и 5 соединены с блоком 9 обработки информации.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в отличие от известного устройства для определения шероховатости поверхности в предлагаемом техническом решении используется:

1) в качестве источника излучения лазер или светодиод 1, длина волны которого должна соответствовать ближнему инфракрасному диапазону длин волн 750…1150 нм, где наблюдается наиболее интенсивное отражение от листьев растений;

2) расположение первого фотоприменика 3, регистрирующего смешанное 11 отражение, содержащее как зеркальную, так и диффузную 10 составляющую отраженного излучения, должно быть под тем же углом, что и источник излучения, а первая фокусирующая линза 4 направляет суммарное излучение на чувствительную поверхность первого фотоприемника 3;

3) расположение второго фотоприемника 5, регистрирующего диффузную 10 составляющую отраженного излучения, должно быть ориентировано на поверхность объекта исследования 7, фокусирующая линза 6 которого направляет отраженное излучение на его чувствительную поверхность;

4) блок обработки информации 9, одновременно фиксирующий величину фототока в двух каналах, определяет разность этих величин, выделяя тем самым информацию о зеркальной составляющей, а одновременное измерение интегральных интенсивностей исключает влияние нестабильности источника излучения на определение влагообеспеченности растений;

5) использование устройства в полевых условиях предъявляет специфические требования к его конструкции, связанные с простотой и надежностью эксплуатации. Замена эллипсоидального зеркала на полый цилиндр с зеркальной внутренней поверхностью, внутри которого осуществляется процесс отражения от листьев, обеспечивает как достаточную прочность устройства, так и его сравнительную простоту. При этом существенное упрощение конструкции позволяет обеспечить формирование диффузной 10 составляющей отраженного от листьев излучения внутри измерительной камеры 8.

Устройство работает следующим образом.

Пучок монохроматического света длиной волны 750…1150 нм от лазера или светодиода 1 (фиг. 2) падает под острым углом на контролируемую поверхность листа 7. В связи с тем, что распределение микронеровностей по поверхности листовой пластины неоднородно, исследование проводится на площадке, диаметр которой составляет 15 мм, а излучение от лазера или светодиода 1 проходит через конденсор 2 для формирования светового пятна указанного диаметра. Отразившись от неровностей профиля поверхности листа растения, поток электромагнитного излучения разделяется на зеркальную и диффузную 10 составляющие отраженного света.

Диффузная составляющая 10 фокусируется собирающей линзой 6 на чувствительной поверхности второго фотоприемника 5, регистрирующего интенсивность диффузной компоненты. Внутренняя поверхность измерительной камеры 8, выполненной в форме полого цилиндра, имеет светоотражающее покрытие, обеспечивающее в области длин волн ближнего инфракрасного диапазона показатель отражения от 84% до 99%. Выбор материала напрямую влияет на точность полученных результатов измерения. Фокусирующая линза 6 должна лежать касательно к полусфере диффузного 10 распределения светового потока. При этом равномерное во всех направлениях распределение диффузно отраженного потока предполагает, что он будет попадать не только на второй фотоприемник 5, но и на первый фотприемник 3, который расположен под тем же углом, что и источник излучения 1. Подобное расположение предполагает возможность регистрации зеркальной составляющей отраженного излучения в случае, если исследуемая поверхность листа 7 растения обладает минимально выраженными микронеровностями и формирует направленный поток излучения. Зеркальная составляющая фокусируется собирающей линзой 4 на чувствительной поверхности первого фотоприемника 3, регистрирующего интенсивность зеркальной составляющей совместно с диффузной 10, которая также попадает на фотоприемник 3.

Сигналы с фотоприемников 3 и 5 поступают в блок 9 обработки информации, осуществляющий вычитание диффузной составляющей 10 излучения из суммарного отраженного потока 11. При этом полученный результат в виде зеркальной составляющей отраженного потока несет непосредственную информацию о влагообеспеченности исследуемого растения.

Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений, содержащее лазер или светодиод, работающий в ближнем ифракрасном диапазоне, первый и второй фотоприемники, соединенные с блоком обработки информации, отличающееся тем, что лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, оснащен конденсором для формирования светового пятна, первый фотоприемник установлен на оси зеркально отраженной компоненты и оснащен фокусирующей линзой, второй фотоприемник установлен чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, которая расположена в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным лучистым потоком от листа растения, размещенного внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению. Устройство компьютерной системы для телевизионного кругового обзора внутренней поверхности труб и трубопроводов большого диаметра содержит телевизионную камеру и компьютер оператора в качестве сервера, к которому подключены два или более персональных компьютеров.

Изобретение относится к телевизионному круговому сканированию. Устройство компьютерной системы для телевизионного кругового сканирования внутренней поверхности сварных швов трубопровода из труб большого диаметра содержит телевизионную камеру и компьютер оператора в качестве сервера, к которому подключены два или более персональных компьютеров.

Изобретение раскрывает систему изготовления для изготовления конструктивных элементов конструкции самолета, включающую в себя сверлильный блок (2) для создания отверстий (3) в пакете (4) материалов по меньшей мере из двух слоев (4a, 4b) материала для введения крепежных элементов, в частности заклепочных элементов, и измерительный блок (5) для определения по меньшей мере одного параметра геометрии для произведенного ранее отверстия (3), при этом измерительный блок (5) имеет электронную измерительную систему (6) с оптическим сенсорным элементом (7), оптическую измерительную систему (8) и измерительную пику (9), причем для определения расстояния (10) между измерительной пикой (9) и точкой (11) измерения на соответствующей внутренней поверхности (12) отверстия измерительный блок (5) производит оптический измерительный луч (13), который выходит через оптическую измерительную систему (8) из измерительной пики (9) и попадает в точку (11) измерения на соответствующей внутренней поверхности (12) отверстия, и причем в измерительном цикле предусмотрено измерительное движение между измерительной пикой (9) и пакетом (4) материалов и измерительный блок (5) во время измерительного движения циклично с частотой сканирования определяет значения расстояния для различных точек (11) измерения и из значений расстояния определяет по меньшей мере один параметр геометрии для соответствующего отверстия (3), где указанное измерительное движение (19) представляет собой по существу спиралеобразное движение, так что точки измерения находятся на по существу спиралеобразной кривой измерения.

Изобретение относится к технологиям получения топографической карты поверхности интерференционным методом и позволяет контролировать форму выпуклой сферической (СП) или асферической (АП) поверхностей.

Изобретение относится к устройству для калибровки шлема, в частности шлема, используемого пилотом самолета. Устройство включает память, камеру и механический привод, к которому шлем присоединяется в процессе калибровки так, что он может перемещаться относительно камеры.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для измерения децентрировки оптических элементов, в том числе выполненных из материалов для инфракрасной (ИК) области спектра, непрозрачных в видимой области спектра, и асферических.

Изобретение относится к производству высококачественных оптических приборов, в частности к контролю качества обрабатываемых поверхностей оптических материалов как аморфных, так и монокристаллических.

Изобретение предназначено для мониторинга окружающей обстановки с возможностью обнаружения и сопровождения цели в дневное и ночное время. Оптико-электронное устройство содержит видеокамеру, тепловизор, лазерный дальномер, блок видеообработки.

Изобретение относится к области техники изготовления стальной продукции. Заявлен способ изготовления стальной продукции, включающий стадию получения характеристик слоя оксидов (22), присутствующего на движущейся стальной подложке (21).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для калибровки оптического измерителя линейных размеров. Согласно заявленному способу калибровку осуществляют с помощью непрозрачного стержня круглого поперечного сечения, который горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока с сохранением ортогональности оси стержня относительно плоскости оптического канала на всем пути стержня, при этом эффективный размер каждого светочувствительного элемента определяют с помощью выражения: ,где d - диаметр стержня [мм], kij - значение из массива калибровочных данных, i - индекс, соответствующий номеру светочувствительного элемента, j - индекс, соответствующий номеру измерения.

Изобретение относится к производству высококачественных оптических приборов, в частности к контролю качества обрабатываемых поверхностей оптических материалов как аморфных, так и монокристаллических.

Изобретение относится к производству высококачественных оптических приборов, в частности к контролю качества обрабатываемых поверхностей оптических материалов как аморфных, так и монокристаллических.

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность, например, поверхность пера лопатки ГТД на заключительных стадиях обработки.

Группа изобретений относится к области получения поверхности шины и их последующей обработки. Способ, предназначенный для реализации устройства для контроля шин на производственной линии, включает следующие этапы: попеременное освещение участка поверхности шины посредством первого и второго световых излучений, падающих под скользящим углом, и получение соответственно первого и второго двумерных цифровых изображений указанного освещенного участка поверхности.

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

Оптическое измерительное устройство, содержащее первый лазерный модуль, формирующий первую световую линию на поверхности объекта контроля, видеокамеру и систему обработки, отличающееся тем, что в него введены второй и третий лазерные модули, формирующие на поверхности объекта контроля две параллельные световые линии, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии и перпендикулярные первой световой линии, причём первый лазерный модуль установлен так, что плоскость его светового потока перпендикулярна поверхности объекта контроля, видеокамера установлена так, что её оптическая ось составляет с нормалью к поверхности объекта контроля заданный угол, а проекция оптической оси на поверхность объекта контроля параллельна световым линиям второго и третьего лазерных модулей и расположена посередине между ними.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам изучения водной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии. Техническим результатом является повышение точности определения и оцифровки профиля дневной поверхности почвы элементарной площадки в полевых условиях.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Устройство для обнаружения поверхностных дефектов цилиндрических объектов относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве ядерного топлива, в частности для обнаружения дефектов внешнего вида на боковой поверхности топливных таблеток.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к земледелию. Способ включает подготовку пашни к посеву, посев, уход за посевом, уборку урожая, подготовку пашни под зиму.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оценке функционального состояния лиственных растений, определяемого их влагообеспеченностью, в реальном времени с целью осуществления регулируемого полива, оптимального для растительных объектов, независимо от типа почв как в полевых условиях, так и в теплицах. Устройство для определения влагообеспеченности лиственных растений содержит лазер или светодиод, излучающий в диапазоне длин волн 750…1150 нм, который направляет излучение на лист растения через конденсор для формирования светового пятна, первый фотоприемник, установленный на оси зеркально отраженной компоненты с фокусирующей линзой, второй фотоприемник, установленный чувствительной поверхностью в фокусе собирающей линзы, который расположен в боковой поверхности полого цилиндра на полусфере, образованной отраженным потоком от листа растения, который распространяется равномерно и во всех направлениях внутри измерительной камеры, причем электрические выходы первого и второго фотоприемников соединены с блоком обработки информации, осуществляющим выделение зеркальной составляющей отраженного потока путем вычитания диффузной составляющей излучения из смешанного отраженного потока и расчет коэффициента отражения зеркальной составляющей, по величине которой судят о влагообеспеченности растения. Технический результат заключается в увеличении точности и области применения. 2 ил.

Наверх