專利名稱：一種葉面積指數(shù)測定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生態(tài)學領(lǐng)域，特別涉及葉面積指數(shù)測定方法及裝置。
背景技術(shù)：
葉面積指數(shù)LAI (Leaf Area Idex)是指一塊地上作物葉片的總面積與占地面積的比值，是生態(tài)學研究中的關(guān)鍵參數(shù)之一。目前，LAI的檢測方法中間接光學模型測量法的研究較多，主要研究空隙率，即冠層內(nèi)太陽輻射未被截取的概率，進而出現(xiàn)了一系列基于空隙率分析的冠層LAI分析儀器。然而，由于葉子大量重疊，在葉面積指數(shù)值達5 6的時候，單位土地面積上的葉片總面積較大，導致空隙率很小，利用普通冠層LAI分析儀器檢測不能分辨葉片的重疊，測量值比直接測量測得的要小得多。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能準確測定葉片重疊情況下的葉面積指數(shù)測定方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種能準確測定葉片重疊情況下的葉面積指數(shù)測定
直ο本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種葉面積指數(shù)測定方法，包括以下步驟(1)將葉片層置于激光器和光電變送器之間；(2)系統(tǒng)初始化；(3)擬合測試在任意葉片上任意選取若干點作為擬合測試點進行測試，光電變送器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機；經(jīng)若干次測試后，由計算機擬合得到電壓值Y和重疊葉片層數(shù)X之間的關(guān)系函數(shù)；(4)設(shè)置參數(shù)設(shè)置電壓信號上限、光電變送器的接收面積、葉片層的占地面積和最大循環(huán)次數(shù)；(5)光電變送器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機；(6)計算機判斷采集到的電壓信號是否超過電壓上限，若是，進行步驟(7)；若否，根據(jù)測試得到的電壓值，利用步驟(3)得到的關(guān)系函數(shù)計算測試點的重疊葉片層數(shù)X ；計算測試點葉片面積=測試點葉片層數(shù)X光電變送器的接收面積；(7)判斷是否達到最大循環(huán)次數(shù)；若否，激光器與光電變送器同步平動至下一測試點；若是，則對各測試點葉片面積求和，和值為葉片層的總?cè)~片面積；計算葉面積指數(shù)葉面積指數(shù)=總?cè)~片面積/葉片層的占地面積，完成測定過程。
具體的，所述步驟(3)所述電壓值Y和重疊葉片層數(shù)X之間的關(guān)系函數(shù)為Y = Aexp (-Bx)，其中A和B為擬合得到的系數(shù)，A > 0，B > 0。一種葉面積指數(shù)測定裝置，包括激光器、光電變送器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機，所述光電變送器與所述激光器通過激光信號連接；所述光電變送器通過數(shù)據(jù)采集卡與所述計算機連接。優(yōu)選的，所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，還包括U型架，所述激光器安裝在所述 U型架的上側(cè)；所述光電變送器安裝在U型架的下側(cè)，位于所述激光器的垂直正下方。優(yōu)選的，所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，還包括接線端，所述光電變送器通過所述接線端與計算機連接。優(yōu)選的，所述激光器為近紅外激光器。優(yōu)選的，所述光電變送器包括近紅外硅光電池和調(diào)理模塊，所述近紅外硅光電池與所述調(diào)理模塊連接。優(yōu)選的，所述調(diào)理模塊進一步包括前置放大電路和主放大電路和濾波電路，所述前置放大電路的輸出端與所述主放大電路的輸入端連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果本發(fā)明通過激光器輸出光照射在重疊葉片上，光電變送器檢測透射過葉片的光能量，光電變送器輸出的電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機，計算機根據(jù)電壓信號大小判斷葉片重疊層數(shù)，葉片層數(shù)乘以光電變送器的接收面積得到該測試點的葉片面積，激光器及光電變送器同步平動，對葉片層所在區(qū)域進行掃描，將各測試點的葉片面積累加得到葉片層的總?cè)~片面積，總?cè)~片面積除以占地面積得到葉面積指數(shù)；本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的基于空隙率的LAI測定方法及裝置在葉片重疊層數(shù)較多時無法準確測量LAI值的缺點，而且本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的葉面積指數(shù)測定裝置的組成示意圖。圖2為本發(fā)明的葉面積指數(shù)測定裝置的光電變送器的電路原理圖。圖3為本發(fā)明的葉面積指數(shù)測定方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，本發(fā)明的葉面積指數(shù)測定裝置包括近紅外激光器1、U型架2、光電變送器3、接線端4、數(shù)據(jù)采集卡5和計算機6，近紅外激光器1安裝在U型架2的上側(cè)；光電變送器3安裝在U型架2的下側(cè)，位于近紅外激光器1的垂直正下方；光電變送器3與近紅外激光器1通過激光信號連接；光電變送器3通過接線端4與數(shù)據(jù)采集卡5連接；數(shù)據(jù)采集卡5插入計算機6的PCI插槽。近紅外激光器的輸出光的中心波長為980nm，輸出功率為150mw ；光電變送器的接收中心波長為980nm ；計算機上安裝有LabVIEW軟件及SPSS統(tǒng)計分析軟件。
如圖2所示，本發(fā)明的葉面積指數(shù)測定裝置的光電變送器3包括接收中心波長為 980nm的近紅外硅光電池和調(diào)理模塊，調(diào)理模塊進一步包括前置放大電路31、主放大電路 32和濾波電路33。光電變送器3的具體電路為前置放大電路31包括運算放大芯片Ul (op07)、可變電阻Rl和可變電阻R2 ；主放大電路32包括運算放大芯片U2 (op07)、可變電阻R3 R4 ；近紅外硅光電池與運算放大芯片Ul的輸入端連接，運算放大芯片Ul的輸出端與運算放大芯片U2的輸入端連接；濾波電路33由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，每部分由電容Cl與C2并聯(lián)組成，分別與電源的正、負極連接，用于為光電變送器提供直流電壓。光電變送器的對信號的處理過程為近紅外硅光電池接收光信號，輸出光電流，前置放大電路將光電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾⌒盘栯妷?，主放大電路將小信號電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)采集卡所需的信號電壓。本發(fā)明的葉面積指數(shù)測定方法具體步驟如圖3所示，本實施例通過運行計算機上的LabVIEW2010程序?qū)崿F(xiàn)測試過程(1)將葉片層置于激光器和光電變送器之間；(2)系統(tǒng)初始化；(3)擬合測試擬合測試在任意葉片上任意選取若干點作為擬合測試點進行測試，光電變送器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機；經(jīng)若干次測試后，由計算機擬合得到電壓值Y和重疊葉片層數(shù)X之間的關(guān)系函數(shù)Y = Aexp (-Bx)；其中A和B為擬合得到的正數(shù)A > 0，B > 0 ；本實施例取重疊葉片層數(shù)分別為1 6的6個點，各點經(jīng)3次測試后，由SPSS統(tǒng)計分析軟件擬合得到電壓值Y和重疊葉片層數(shù)X之間的關(guān)系函數(shù)Y = 7. 35exp (-0. 9IX)。(4)設(shè)置參數(shù)設(shè)置電壓信號上限、光電變送器的接收面積、葉片層的占地面積和最大循環(huán)次數(shù)；(5)光電變送器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機；(6)計算機判斷采集到的電壓信號是否超過電壓上限；若是，進行步驟(7)；若否，根據(jù)測試得到的電壓值，利用步驟(3)得到的關(guān)系函數(shù)計算測試點的重疊葉片層數(shù)X ；計算測試點葉片面積=測試點葉片層數(shù)X光電變送器的接收面積；(7)判斷是否達到最大循環(huán)次數(shù)；若否，激光器與光電變送器同步平動至下一測試點；若是，則對各測試點葉片面積求和，和值為葉片層的總?cè)~片面積；計算葉面積指數(shù)葉面積指數(shù)=總?cè)~片面積/葉片層的占地面積，完成測定過程。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，如激光器除近紅外激光器外可紫外激光器或其他激光器，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種葉面積指數(shù)測定方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將葉片層置于激光器和光電變送器之間；(2)系統(tǒng)初始化；(3)擬合測試在任意葉片上任意選取若干點作為擬合測試點進行測試，光電變送器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機；經(jīng)若干次測試后，由計算機擬合得到電壓值Y和重疊葉片層數(shù)X之間的關(guān)系函數(shù)；(4)設(shè)置參數(shù)設(shè)置電壓信號上限、光電變送器的接收面積、葉片層的占地面積和最大循環(huán)次數(shù)；(5)光電變送器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機；(6)計算機判斷采集到的電壓信號是否超過電壓上限，若是，進行步驟⑵；若否，根據(jù)測試得到的電壓值，利用步驟(3)得到的關(guān)系函數(shù)計算測試點的重疊葉片層數(shù)X ；計算測試點葉片面積=測試點葉片層數(shù)X光電變送器的接收面積；(7)判斷是否達到最大循環(huán)次數(shù)；若否，激光器與光電變送器同步平動至下一測試點；若是，則對各測試點葉片面積求和，和值為葉片層的總?cè)~片面積；計算葉面積指數(shù)葉面積指數(shù)=總?cè)~片面積/葉片層的占地面積，完成測定過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種葉面積指數(shù)測定方法，其特征在于，步驟(3)所述電壓值Y和重疊葉片層數(shù)X之間的關(guān)系函數(shù)具體為Y = Aexp (-Bx)，其中A和B為擬合得到的系數(shù)，A > 0，Β > 0。
3.一種葉面積指數(shù)測定裝置，其特征在于，包括激光器、光電變送器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機，所述光電變送器與所述激光器通過激光信號連接；所述光電變送器通過數(shù)據(jù)采集卡與所述計算機連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，其特征在于，還包括U型架，所述激光器安裝在所述U型架的上側(cè)；所述光電變送器安裝在U型架的下側(cè)，位于所述激光器的垂直正下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，其特征在于，還包括接線端，所述光電變送器通過所述接線端與計算機連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，其特征在于，所述激光器為近紅外激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，其特征在于，所述光電變送器包括近紅外硅光電池和調(diào)理模塊，所述近紅外硅光電池與所述調(diào)理模塊連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種葉面積指數(shù)測定裝置，其特征在于，所述調(diào)理模塊進一步包括前置放大電路和主放大電路，所述前置放大電路的輸出端與所述主放大電路的輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種葉面積指數(shù)測定方法，通過激光器輸出光照射在重疊葉片上，光電變送器檢測透射過葉片的光能量，光電變送器輸出的電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集至計算機，計算機根據(jù)電壓信號大小判斷葉片重疊層數(shù)，葉片層數(shù)乘以光電變送器的接收面積得到測試點的葉片面積，激光器及光電變送器同步平動，對葉片層所在區(qū)域進行掃描，將各測試點的葉片面積累加得到葉片層的總?cè)~片面積，總?cè)~片面積除以占地面積得到葉面積指數(shù)。本發(fā)明還提供了實現(xiàn)該測定方法的葉面積指數(shù)測定裝置；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有測試結(jié)果準確，裝置簡單，制備成本低的優(yōu)點。
文檔編號G01B11/28GK102243069SQ20111016918
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者馮瑞玨, 吳偉斌, 李東東, 李岳鋮, 梁權(quán)榮, 洪添勝, 郭錦興, 黃涵 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學