專利名稱：一種測(cè)量植物葉片所含水份的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量植物葉片中所含水份，特別是活體植物葉片中所含水份的測(cè)量?jī)x器，本發(fā)明的方法是利用測(cè)量穿過植物葉片的β射線強(qiáng)度來測(cè)定葉片中的含水量；本發(fā)明的裝置中包括有β射線源、β射線探測(cè)器、放大甄別單元、電源、數(shù)據(jù)處理顯示單元。
米德爾斯基(Mederski)曾于1961年提出用β射線測(cè)量?jī)x測(cè)定透過葉片的β射線強(qiáng)度來作為一種非破壞性的方法測(cè)定植物水份狀況的變化。至今為止，尚無專門用來測(cè)定植物葉片含水量的儀器。現(xiàn)階段用β射線測(cè)量葉片水份的裝置均是采用核物理實(shí)驗(yàn)中的幾種通用實(shí)驗(yàn)儀器組合而成，其中的β射線探測(cè)器是用計(jì)數(shù)管或者晶體閃爍器。這類裝置的測(cè)量精度不高，整個(gè)裝置體積較大，使用不便，在進(jìn)行測(cè)定時(shí)所用時(shí)間較長(zhǎng)。除此之外用現(xiàn)有裝置測(cè)定較窄的葉片或測(cè)定活體植物葉片的含水量時(shí)有較大的困難。
本發(fā)明提供一種可克服現(xiàn)有裝置不足，測(cè)量精度較高、裝置體積較小、使用方便、測(cè)量植物葉片中所含水份的專用裝置。本發(fā)明可更為方便地用于測(cè)定活體植物葉片的含水量。
本發(fā)明中用半導(dǎo)體核探測(cè)器作為β射線探測(cè)器，使裝置的測(cè)量精度有較大幅度的提高，并使裝置的體積大為縮小，適合攜帶、運(yùn)輸和野外使用。本發(fā)明中在β射線源和β射線探測(cè)器之間設(shè)有可調(diào)光欄，可以調(diào)節(jié)探測(cè)立體張角，以適于測(cè)定不同大小的葉片。由于β射線源和可調(diào)節(jié)光欄設(shè)于一個(gè)構(gòu)件上，β射線探測(cè)器和另一個(gè)可調(diào)節(jié)光欄置于另一構(gòu)件上，所述的兩構(gòu)件的端部用一絞鏈聯(lián)接，并形成可扣合的結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述的兩構(gòu)件在扣合狀態(tài)時(shí)，在一個(gè)構(gòu)件上設(shè)置的β射線源可調(diào)節(jié)光欄與另一個(gè)構(gòu)件上設(shè)置的β射線探測(cè)器可調(diào)節(jié)光欄間留有一用于放置被測(cè)葉片的空間，使測(cè)定操作更為簡(jiǎn)便。在本發(fā)明的裝置中采用電荷靈敏前置放大器和甄別、成形電路單元。經(jīng)電荷靈敏放大器放大的信號(hào)送入甄別、成形電路單元進(jìn)行處理，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理及顯示單元采用微處理器，可立即顯示所測(cè)的結(jié)果，大大提高了測(cè)定的速度，而且這種裝置特別適合于測(cè)定活體葉片的含水量，為有關(guān)的工作提供了一種可靠的專用儀器。
本發(fā)明的裝置中所用的半導(dǎo)體核探測(cè)器最好是采用GL型鋰漂移金硅面壘探測(cè)器，β射線源采用14C—β放射源，或其它的β射線源。


圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為電荷靈敏前置放大器的電原理圖；圖3為放大、甄別單元電路的電原理圖；圖4為本發(fā)明的電荷靈敏前置放大器的一個(gè)實(shí)施例；圖5為基本放大節(jié)的實(shí)施例；圖6為甄別器的實(shí)施例；圖7為數(shù)據(jù)處理及顯示單元的實(shí)施例；圖8為本發(fā)明的探頭的正視圖；圖9為圖8中A—A向結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖10為本發(fā)明測(cè)定高粱葉片含水量與所透過的β射線強(qiáng)度值的關(guān)系曲線。
本發(fā)明以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)解說由附圖1可見本發(fā)明中在β射線源(1)和半導(dǎo)體核探測(cè)器(2)間設(shè)有可調(diào)節(jié)光欄(3a)和(3b)，光欄(3a)和(3b)間放置被測(cè)葉片(4)，由β射線源(1)和半導(dǎo)體核探測(cè)器(2)構(gòu)成的探頭(11)與電荷靈敏前置放大器(5)及放大、甄別單元電路(6)、微處理器和數(shù)據(jù)顯示單元(7)相連接。裝置中有直流電源及逆變器(21)，向半導(dǎo)體核探測(cè)器(2)供電的高壓是電源(8)。為適于野外使用，本發(fā)明中還可加設(shè)有6V電源變換器或6V電池組(9)。
附圖2給出的電荷靈敏前置放大器中，Q為半導(dǎo)體探測(cè)器，C1是探測(cè)器的電容，而C2代表放大器的輸入電容和分布電容之和，放大器D中的K表示電壓放大器的放大倍數(shù)，其前的負(fù)號(hào)表示放大器的輸入和輸出的極性相反，Cf是反饋電容。關(guān)于電荷靈敏前置放大器的更詳細(xì)情況及具體的電路可參見清華大學(xué)工程物理系編的《射線儀器電子學(xué)》第八章、第八節(jié)(原子能出版社1978年)的有關(guān)內(nèi)容。
圖3給出的甄別、成形單元電路中虛線內(nèi)的部分是主放大器，它是通常的線性放大器，其中(10)為衰減器，(11)和(12)分別為兩個(gè)放大節(jié)，(13)為甄別器，(14)為成形輸出極。電路中的衰減器(10)用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。R1C1構(gòu)成一個(gè)微分電路。放大節(jié)(11)是負(fù)反饋放大節(jié)，其后接R2C2組成的積分電路。(12)是主放大器的輸出級(jí)。圖中的(13)為積分甄別電路，其具體應(yīng)用的電路可采用清華大學(xué)工程物理系編的《射線儀器電子學(xué)》(原子能出版社1978年版)第九章所給出的幾種電路。
本發(fā)明中，其微處理器和數(shù)據(jù)顯示單元(7)可以是由單片機(jī)與數(shù)碼管構(gòu)成，也可由單片機(jī)、數(shù)碼管和打印裝置構(gòu)成，也可以是在輸出級(jí)后接輸出接口和微型計(jì)算機(jī)。關(guān)于具體的結(jié)構(gòu)在有關(guān)微型計(jì)算機(jī)方面的手冊(cè)及教材中均有詳細(xì)的介紹。
本發(fā)明的探頭由附圖8和圖9給出，其中在探頭(15)的結(jié)構(gòu)中，β射線源(1)和可調(diào)節(jié)光欄(3a)置于構(gòu)件(16)上，光欄(3b)和半導(dǎo)體核探測(cè)器(2)置于構(gòu)件(17)上?？烧{(diào)節(jié)光欄(3a)和(3b)的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的照相機(jī)的可調(diào)光欄基本相同。本發(fā)明的可調(diào)光欄也可以由兩組薄金屬片構(gòu)成，每組有兩片可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的金屬薄片，兩組間的金屬薄片可作相對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的光欄更為簡(jiǎn)單，至于光欄的調(diào)解可通過下述的措施實(shí)現(xiàn)在每個(gè)金屬薄片上設(shè)螺母，使該螺母與固定于探頭上的螺栓相配合，轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓即可實(shí)現(xiàn)光欄的調(diào)整。通過調(diào)節(jié)可調(diào)光欄，可調(diào)整測(cè)量的立體張角。構(gòu)件(16)和(17)間用絞鏈(18)聯(lián)接，并形成一可扣合的結(jié)構(gòu)。當(dāng)構(gòu)件(16)和(17)處于圖9所示的扣合位置時(shí)，在光欄(3a)和(3b)間有一用于放置被測(cè)葉片的空間(30)。在構(gòu)件(16)上設(shè)有一用于開啟的手柄(19)。在位于絞鏈(18)另一側(cè)，在構(gòu)件(16)和(17)間設(shè)有恢復(fù)彈簧(20)。當(dāng)按動(dòng)手柄(19)，構(gòu)件(16)和(17)即可張開，以便于置入被測(cè)葉片，松開手柄(19)后在彈簧(20)的作用下構(gòu)件(16)與(17)扣合，探頭(15)處于測(cè)定狀態(tài)。在圖9中，空間(22)可用于設(shè)置有關(guān)的電氣元件，這樣可使儀器的結(jié)構(gòu)更為緊湊。
本發(fā)明的使用中將被測(cè)葉片置于探頭的空間(30)處，然后扣合構(gòu)件(16)和(17)，利用調(diào)節(jié)可調(diào)光欄(3a)和(3b)，以調(diào)整測(cè)量的立體張角。接通電源后整個(gè)儀器啟動(dòng)，β射線即從β射線源(1)中射出，穿過被測(cè)葉片后被半導(dǎo)體核探測(cè)器(2)所接收并產(chǎn)生電荷脈沖，并被送入電荷靈敏前置放大器(5)中，經(jīng)前置放大的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入放大、甄別、成形電路(6)中，再放大，甄別，去除噪聲并成形，最終以方波信號(hào)輸入微處理器和數(shù)據(jù)顯示單元(7)，微處理器按式(一)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理并通過數(shù)據(jù)顯示單元顯示檢測(cè)結(jié)果。
ln(I/I1)＝ln(Id/I1)(1-RWC)(一)上式中RWC為葉片含水量(％)I為透過被檢測(cè)葉片的β射線強(qiáng)度I1為透過飽和含水的葉片的β射線強(qiáng)度Id為透過完全不含水的葉片的β射線強(qiáng)度式(一)取自于《作物和土壤示蹤教程》(國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)技術(shù)報(bào)告叢書，V·米德爾伯，D·R·尼爾森，D·A·倫尼編，中譯本，馬昌麟等譯，1980，原子能出版社)圖4、圖5、圖6、圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中各相應(yīng)部分的電路圖，而探頭部分仍采用圖8和圖9給出的結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，探頭所用的半導(dǎo)體核探測(cè)器采用了GL型鋰漂移金硅面壘探測(cè)器，β射線源采用14C-β放射源，源強(qiáng)為105次衰變/秒。
在圖4中由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1和四個(gè)晶體管及外圍電路組成電荷靈敏前置放大器。T1的源極接地電阻R9是T1的“柵漏”電阻，通過R9使T1的柵極獲得一定的直流電位，并加有直流負(fù)反饋以保證靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定。T2是一個(gè)輸入電阻大而輸出電阻小的射極輸出器。T3是基極接地電路。T4和T5組成懷特射極輸出器。因?yàn)門3為共基極電路，其輸入電阻小，故接入T2的作用是在不損害第一級(jí)放大器上升時(shí)間的情況下增大T1管的放大倍數(shù)。T3的集電極負(fù)載電阻由R5和起自舉作用的電阻R6組成。自舉電路的作用是為提高無反饋時(shí)的放大倍數(shù)K。最后經(jīng)懷特射極輸出器輸出。反饋電容Cf接在輸出端和輸入端之間。自舉從輸出端經(jīng)過電容C3加到R6和R5的連接點(diǎn)上。本例中經(jīng)半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)出的信號(hào)經(jīng)A點(diǎn)輸入。T1采用低噪聲管，本例中所采用的是CX402B，其噪聲系數(shù)應(yīng)≤0.5db。
圖5是放大、甄別單元電路中放大節(jié)(11)(12)的實(shí)施例。本實(shí)施例由差值放大級(jí)T9和T10、單管放大級(jí)T11及外圍電路組成。在差值放大級(jí)T9的基級(jí)加入輸入信號(hào)，T10的基極加反饋信號(hào)。圖5中R36、C12、C13、R32、C14、C17、C18等均是濾波元件，D11是為了保持靜態(tài)工作點(diǎn)而加的穩(wěn)壓管，R38為反饋電阻，R39是一分壓電阻，C15用于改善輸出信號(hào)的前沿。本實(shí)施例也可用商品化的集成器件組成。
本實(shí)施例中的甄別器，見圖6，是一電容耦合跟隨器。其中的晶體管T1的集電極與T2的基極通過電容C和電阻R2耦合。T2的基電極電位通過電阻Rv1和Rv2控制。Rc1、R1、R2及T1的分壓電阻R*決定了T2的靜態(tài)工作點(diǎn)。本例的工作狀態(tài)與單穩(wěn)態(tài)電路或雙穩(wěn)態(tài)電路有類似之處，在靜態(tài)時(shí)一晶體管導(dǎo)通，而另一晶體管截止，兩晶體管的發(fā)射極通過電阻R9接地，并使電路實(shí)現(xiàn)正負(fù)反饋的翻轉(zhuǎn)作用。當(dāng)b點(diǎn)電位較低時(shí)，T1管截止，T2管導(dǎo)通，T2的Uc2為低電位。當(dāng)輸入脈沖訊號(hào)時(shí)，T1開始導(dǎo)通，Uc1下降，使T2截止，Uc2從低電位到高電位，產(chǎn)生一個(gè)電壓的跳變。在第一次翻轉(zhuǎn)后T1導(dǎo)通，T2截止，這時(shí)T1為一單管負(fù)反饋放大電路。當(dāng)輸入訊號(hào)下降時(shí)則Re兩端電位下降，并使Uc1上升，通過電阻R2使Ub2增大致使T2又導(dǎo)通，而T1截止。由此根據(jù)輸入的訊號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的矩形脈沖。
經(jīng)前級(jí)輸入的矩形脈沖通過圖7中的光電偶合級(jí)(23)被送入數(shù)據(jù)處理及顯示單元，進(jìn)行處理并顯示測(cè)試結(jié)果。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理及顯示單元由單片機(jī)(24)、存貯器(26)、鎖存器(25)、驅(qū)動(dòng)器(27)(28)以及顯示器(29)等外圍電路構(gòu)成，由于依據(jù)式(一)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的程序較大，所以用存貯器(26)作為擴(kuò)展的外存，并采用鎖存器(25)實(shí)現(xiàn)其擴(kuò)展。本實(shí)施例中單片機(jī)(24)采用的是8031，存貯器(26)采用了光可擦除的直讀存貯器EPROM2716，鎖存器(25)采用74LS373，驅(qū)動(dòng)器(27)(28)均采用74LS273，并通過驅(qū)動(dòng)器(27)(28)驅(qū)動(dòng)六位數(shù)碼管組成的顯示器(29)顯示測(cè)試的數(shù)據(jù)。
上述的實(shí)施例中，各電路的元件的參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體所用的器件及相關(guān)參數(shù)匹配確定。
用本發(fā)明的儀器對(duì)植物葉片含水量的測(cè)定方法、條件及結(jié)果如下實(shí)驗(yàn)條件測(cè)量的立體張角調(diào)至β計(jì)數(shù)為2-3萬左右/5分鐘稱重時(shí)采用萬分之一的分析天平葉片浸泡條件是在光照強(qiáng)度約為700流明/米2條件下，置于2 2.5±2.5℃蒸餾水中浸泡5小時(shí)以上，并以此時(shí)取出的葉片為飽和含水的葉片。
被測(cè)葉片高梁葉實(shí)驗(yàn)方法取一片經(jīng)浸泡后的葉片，將其表面的水用吸水紙吸干后用本發(fā)明的裝置進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定的時(shí)間約5-6分鐘，記錄所測(cè)的β計(jì)數(shù)，然后將該葉片用稱重去稱重，并計(jì)錄所稱的重量。將經(jīng)測(cè)定、稱重后的葉片置于干燥的器皿中靜置30分鐘后取出，再重復(fù)前述的過程，用本發(fā)明的裝置測(cè)定其β計(jì)數(shù)，用稱重法得到葉片重量，并記錄各自的測(cè)定數(shù)值。如此反復(fù)進(jìn)行若干次，直至葉片的β計(jì)數(shù)和重量基本不變化時(shí)，將葉片置于烘箱中烘干，將烘干后的葉片再用本發(fā)明的裝置測(cè)定其β計(jì)數(shù)，用稱重法稱重，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后終止該葉片的實(shí)驗(yàn)過程。
再取出另一片浸泡后的葉片重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。共對(duì)12片葉片進(jìn)行上述的實(shí)驗(yàn)。其中的一組的部分實(shí)測(cè)結(jié)果見下表

<p>注本組實(shí)驗(yàn)中I1＝1015±31將12組實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得到了高粱葉片的校正曲線，見圖10。經(jīng)誤差分析表明，用本發(fā)明的裝置所的結(jié)果最大偏差為±3％，而且這一偏差自然包括了校正曲線本身的偏差。由此可見，本發(fā)明的裝置的測(cè)量誤差是很小的。
通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見利用本發(fā)明的裝置測(cè)定植物葉片含水量其精度較高，而且測(cè)定時(shí)間極短。
用本發(fā)明的裝置對(duì)煙葉、薔薇花葉、松樹葉等測(cè)定的結(jié)果有與上述所作的實(shí)驗(yàn)有相同的結(jié)論。
另需說明的是本發(fā)明的實(shí)施并不僅限于上述實(shí)施例的電路，在實(shí)際的應(yīng)用上可采用本說明書中所列的有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)及其他的現(xiàn)有技術(shù)中所公開的有關(guān)電路。
權(quán)利要求
1.利用β射線測(cè)量植物葉片含水量的裝置，包括β射線源、β射線探測(cè)器、放大成形單元、電源、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)顯示器件，其特征在于本發(fā)明的β射線探測(cè)器為半導(dǎo)體核探測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在β射線源和β射線探測(cè)器與被測(cè)葉片之間設(shè)有可調(diào)節(jié)光欄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是β射線源和可調(diào)節(jié)光欄設(shè)于一個(gè)構(gòu)件上，β射線探測(cè)器和另一個(gè)可調(diào)節(jié)光欄置于另一構(gòu)件上，所述的兩構(gòu)件的端部用一絞鏈聯(lián)接，并形成可扣合的結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述的兩構(gòu)件在扣合狀態(tài)時(shí)，在一個(gè)構(gòu)件上設(shè)置的β射線源可調(diào)節(jié)光欄與另一個(gè)構(gòu)件上設(shè)置的β射線探測(cè)器可調(diào)節(jié)光欄間有一用于放置被測(cè)葉片的空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征是裝置中采用的放大成形單元由相互耦合的電荷靈敏前置放大器和放大、甄別、成形電路構(gòu)成，經(jīng)電荷靈敏前置放大器放大的信號(hào)送入甄別、成形電路處理，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理單元采用微處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的裝置，其特征是所述的半導(dǎo)體核探測(cè)器是GL型鋰漂移金硅面壘探測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量植物葉片中所含水份，特別是活體植物葉片中所含水份的測(cè)量?jī)x器。本發(fā)明的裝置中包括有β射線源、β射線探測(cè)器、放大甄別單元、電源、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)顯示器件。本發(fā)明中用半導(dǎo)體核探測(cè)器作為β射線探測(cè)器，在β射線源和β射線探測(cè)器之間還設(shè)有可調(diào)光欄，用以調(diào)節(jié)探測(cè)立體張角。本發(fā)明的裝置中所用的半導(dǎo)體核探測(cè)器最好是采用GL型鋰漂移金硅面壘探測(cè)器。
文檔編號(hào)G01N23/08GK1128867SQ9510029
公開日1996年8月14日 申請(qǐng)日期1995年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月8日
發(fā)明者曾文炳 申請(qǐng)人:曾文炳