專利名稱：一種葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)遙感領(lǐng)域，特別是涉及一種葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀。
背景技術(shù)：
光合作用是提供植物所有物質(zhì)代謝和能量代謝的基礎(chǔ)，它包括一系列光物理、光 化學(xué)和生物化學(xué)轉(zhuǎn)變的復(fù)雜過程，在光合作用的原初反應(yīng)，將吸收光能傳遞、轉(zhuǎn)換為電能的 過程中，有一部分光能損耗以較長(zhǎng)波長(zhǎng)的熒光方式釋放(通常不到1%的入射能量)。研究 和探測(cè)這種自然條件下光合作用的熒光特性有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。首先，自 然條件下的葉綠素?zé)晒夂凸夂献饔糜兄置芮械年P(guān)系。 一方面，當(dāng)植物被暴露在過強(qiáng)的 光照條件下，熒光起著十分重要的保護(hù)作用，避免葉綠體吸收光能超過光合作用的消化能 力，將強(qiáng)光灼傷的損失降低到最小；另一方面，一般來說，自然條件下葉綠素?zé)晒夂凸夂纤?率是相互負(fù)關(guān)聯(lián)的，光合速率較高，則熒光較弱，反之亦然。所以通過探測(cè)葉綠素?zé)晒?，可?間接了解植物的光合作用。其次，作為植物健康狀況的"探針"，自然條件下光合作用熒光特 性與植物的營(yíng)養(yǎng)和受脅迫程度密切相關(guān)。因此，通過植物光合作用的熒光特性探測(cè)可以了 解植物的生理、生長(zhǎng)、病害及受脅迫狀態(tài)。 幾乎所有光合作用過程的變化均可通過葉綠素?zé)晒夥从吵鰜?，而熒光測(cè)定技術(shù)不 需破碎細(xì)胞，不傷害生物體，因此通過研究葉綠素?zé)晒鈦黹g接研究光合作用的變化是一種 簡(jiǎn)便、快捷、可靠的方法。目前，葉綠素?zé)晒庠诠夂献饔?、植物脅迫生理學(xué)、水生生物學(xué)、海洋 學(xué)和遙感等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 目前葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)主要采用熒光光譜法，它利用調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x、熒光分光 光度計(jì)等熒光測(cè)量?jī)x器，測(cè)量單色光激發(fā)照明條件下的熒光波長(zhǎng)的發(fā)射熒光，這種方法測(cè) 定的葉綠素激發(fā)熒光與自然條件光合作用的熒光的物理意義差別很大，并且，由于使用條 件的限制(激光激發(fā)、葉片接觸式測(cè)量等)，難以推廣到遙感應(yīng)用。 自然光照條件下測(cè)定的植被反射的輻照度光譜既包括太陽光誘導(dǎo)熒光的發(fā)射光 譜，又包括葉片對(duì)入射光的反射光譜。由于熒光發(fā)射光譜和植被冠層反射光譜是混合在一 起的，所以研究如何從冠層光譜中提取熒光光譜有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。因此，目前本領(lǐng)域 技術(shù)人員迫切需要發(fā)展出一種自然光條件下的植被熒光強(qiáng)度探測(cè)儀器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種自然光照條件下的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，所述包括 能量探測(cè)單元，用于探測(cè)植被在自然光照條件下的入射能量和植被反射能量并將 所獲能量的模擬量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理單元； 信號(hào)處理單元，將接受到的能量的模擬量信號(hào)濾波、放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)； 中央控制單元，控制信號(hào)處理單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將得到的數(shù)字信號(hào)輸入能量計(jì) 算模型，得到植被冠層的熒光強(qiáng)度。 其中，所述能量探測(cè)單元包括熒光波段入射能量探測(cè)器、參考波段入射能量探測(cè)
3器、植被在待測(cè)熒光波段的反射能量探測(cè)器以及植被在參考波段的反射能量探測(cè)器，均與 信號(hào)處理單元連接，分別用以測(cè)量熒光波段入射能量、參考波段入射能量、植被在待測(cè)熒光 波段的反射能量以及植被在參考波段的反射能量。 其中，所述能量探測(cè)器包括外殼以及依次封裝在所述外殼中的濾光片、透鏡和光 電探測(cè)器，入射光線依次經(jīng)過所述濾光片、透鏡后，待測(cè)波長(zhǎng)的光線在光電探測(cè)器上成像。 其中，所述濾光片為窄帶干涉濾光片。 其中，所述外殼為鋁合金材質(zhì)。 通過本實(shí)用新型提出一種自然光條件下探測(cè)植被熒光強(qiáng)度的裝置。利用該裝置進(jìn) 行探測(cè)更加直觀地反映自然條件下的光合作用的熒光信息，并且能夠探測(cè)植被冠層熒光強(qiáng) 度。此外，本實(shí)用新型所提供的裝置與傳統(tǒng)的激光脈沖調(diào)制熒光儀相比，使用簡(jiǎn)便快捷，結(jié) 果真實(shí)可靠，更容易推廣到航空或衛(wèi)星平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)熒光探測(cè)從接觸式的點(diǎn)測(cè)量到航空 或衛(wèi)星遙感大面積監(jiān)測(cè)的技術(shù)飛越。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀的探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3a-b是利用本實(shí)用新型葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀進(jìn)行探測(cè)的原理圖。
其中，1、濾光片；2、透鏡；3、外殼；4、探測(cè)器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下 實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。 如圖1所示為本實(shí)用新型葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖，所述葉綠素?zé)晒馓綔y(cè) 儀包括能量探測(cè)單元，用于探測(cè)植被在自然光照條件下的入射能量和植被反射能量并將 所獲能量的模擬量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理單元；信號(hào)處理單元，將接受到的能量的模擬量信 號(hào)濾波、放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；中央控制單元，控制信號(hào)處理單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將得到 的數(shù)字信號(hào)輸入能量計(jì)算模型，得到熒光的能量數(shù)據(jù)。所述能量探測(cè)單元包括熒光波段入 射能量探測(cè)器、參考波段入射能量探測(cè)器、植被在待測(cè)熒光波段的反射能量探測(cè)器以及植 被在參考波段的反射能量探測(cè)器，均與信號(hào)處理單元連接，分別用以測(cè)量熒光波段入射能 量、參考波段入射能量、植被在待測(cè)熒光波段的反射能量以及植被在參考波段的反射能量。 將熒光波段入射能量探測(cè)器和參考波段入射能量探測(cè)器垂直于作物冠層向上布置，用以測(cè) 量入射光能量；將植被在待測(cè)熒光波段的反射能量探測(cè)器和植被在參考波段的反射能量探 測(cè)器垂直于植被冠層向下布置，用以測(cè)量植被反射光能量。 如圖2所示為上述四個(gè)能量探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。所述能量探測(cè)器包括外殼3以 及依次封裝在所述外殼3中的濾光片1、透鏡2和光電探測(cè)器4。入射能量首先經(jīng)過濾光片 1 ，只將所需要測(cè)量的波長(zhǎng)的光的能量通過，然后光線經(jīng)過透鏡2后成像在光電探測(cè)器4上。 所述濾光片1優(yōu)選窄帶干涉濾光片，所述外殼3優(yōu)選鋁合金材質(zhì)。 圖3a、3b為利用本實(shí)用新型葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀進(jìn)行探測(cè)的原理圖，其中a， b分別 表示測(cè)定的太陽輻照度光譜在夫瑯和費(fèi)暗線和相鄰譜區(qū)的強(qiáng)度，c， d分別表示植被冠層反射的輻照度光譜在夫瑯和費(fèi)暗線和相鄰譜區(qū)的強(qiáng)度，A。為夫瑯和費(fèi)暗線波長(zhǎng)。若假定植被 在夫瑯和費(fèi)暗線和相鄰譜區(qū)的冠層光譜反射率相等R，植被在夫瑯和費(fèi)暗線和相鄰譜區(qū)的 熒光強(qiáng)度為f，則 c = RXa+f d = RXb+f 只要測(cè)定夫瑯和費(fèi)暗線和相鄰譜區(qū)的太陽光譜輻射強(qiáng)度和植被反射的光譜輻射 強(qiáng)度a， b， c， d，就可以計(jì)算植被冠層的熒光絕對(duì)強(qiáng)度f。 f = c-R X a = (a X d_c X b) / (a_b) 考慮到R二 (c-d)/(a-b)冠層光譜反射率R與熒光無關(guān)，而f = c_RX a，這表明只 要能夠測(cè)定夫瑯和費(fèi)暗線波段的光譜反射率、太陽輻照度、冠層反射輻照度，就可以測(cè)定葉 綠素?zé)晒??；趫D1中所述的原理，利用本實(shí)用新型所提供的植被熒光探測(cè)方法，利用植被 熒光探測(cè)的方法包括在自然光照條件下測(cè)量熒光波段入射能量、參考波段入射能量、植被 在待測(cè)熒光波段的反射能量以及植被在參考波段的反射能量；利用測(cè)量所得到的能量值獲 取植被冠層的熒光絕對(duì)強(qiáng)度f。 利用f = (aXd-cXb)/(a-b)計(jì)算植被冠層的熒光絕對(duì)強(qiáng)度f ，其中a是熒光波段 入射能量，b是參考波段入射能量，c是植被在待測(cè)熒光波段的反射能量，d是植被在參考波 段的反射能量。 本實(shí)用新型的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀利用地物光譜儀測(cè)定的植被輻照度光譜數(shù)據(jù)，利 用其在地球大氣中氧氣吸收形成的"夫瑯和費(fèi)暗線"的光譜特征，成功探測(cè)了太陽光誘導(dǎo)的 光合作用熒光，驗(yàn)證了夫瑯和費(fèi)暗線探測(cè)葉綠素?zé)晒獾姆椒ǎ峁┝艘环N新的葉綠素?zé)晒?的被動(dòng)探測(cè)裝置，可應(yīng)用于機(jī)載或星載的植被被動(dòng)熒光遙感監(jiān)測(cè)。 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改 進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，其特征在于，所述葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀包括能量探測(cè)單元，用于探測(cè)植被在自然光照條件下的入射能量和植被反射能量并將所獲能量的模擬量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理單元；信號(hào)處理單元，將接受到的能量的模擬量信號(hào)濾波、放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；中央控制單元，控制信號(hào)處理單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將得到的數(shù)字信號(hào)輸入能量計(jì)算模型，得到植被冠層的熒光強(qiáng)度。
2. 如權(quán)利要求1所述的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，其特征在于，所述能量探測(cè)單元包括熒光 波段入射能量探測(cè)器、參考波段入射能量探測(cè)器、植被在待測(cè)熒光波段的反射能量探測(cè)器 以及植被在參考波段的反射能量探測(cè)器，均與信號(hào)處理單元連接，分別用以測(cè)量熒光波段 入射能量、參考波段入射能量、植被在待測(cè)熒光波段的反射能量以及植被在參考波段的反 射能量。
3. 如權(quán)利要求2所述的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，其特征在于，所述能量探測(cè)器包括外殼以 及依次封裝在所述外殼中的濾光片、透鏡和光電探測(cè)器，入射光線依次經(jīng)過所述濾光片、透 鏡后，待測(cè)波長(zhǎng)的光線在光電探測(cè)器上成像。
4. 如權(quán)利要求3所述的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，其特征在于，所述濾光片為窄帶干涉濾光片。
5. 如權(quán)利要求3所述的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，其特征在于，所述外殼為鋁合金材質(zhì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀，包括能量探測(cè)單元，用于探測(cè)植被在自然光照條件下的入射能量和植被反射能量并將所獲能量的模擬量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理單元；信號(hào)處理單元，將接受到的能量的模擬量信號(hào)濾波、放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；中央控制單元，控制信號(hào)處理單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將得到的數(shù)字信號(hào)輸入能量計(jì)算模型，得到植被冠層的熒光強(qiáng)度。本實(shí)用新型所提供的葉綠素?zé)晒馓綔y(cè)儀與傳統(tǒng)的激光脈沖調(diào)制熒光儀相比，使用簡(jiǎn)便快捷、結(jié)果真實(shí)可靠，更容易推廣到航空或衛(wèi)星平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)熒光探測(cè)從接觸式的點(diǎn)測(cè)量到航空或衛(wèi)星遙感大面積監(jiān)測(cè)的技術(shù)飛越。
文檔編號(hào)G01N21/64GK201464366SQ20092010749
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者劉良云, 孫剛, 宋曉宇, 常紅, 李偉國(guó), 楊小冬, 楊貴軍, 鄭文剛, 馬智宏, 黃文江 申請(qǐng)人:北京市農(nóng)林科學(xué)院