一種快速測(cè)量作物葉片介電常數(shù)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速檢測(cè)作物局部葉片介電常數(shù)的裝置和方法，屬于檢測(cè)儀器技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，作物的缺水檢測(cè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)工程的一個(gè)重大問題，而傳統(tǒng)的烘干減重法 雖然能夠精確得到作物含水率，但此方法周期長(zhǎng)且不能進(jìn)行活體檢測(cè)，因此有一定的局限 性。近幾年，隨著科技的快速發(fā)展，一些先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于作物葉片的含水率檢測(cè)，包括光 譜技術(shù)和電特性等技術(shù)。就電特性技術(shù)而言，介電常數(shù)作為物體的一種屬性，因此只要確定 含水量與介電常數(shù)的關(guān)系即可通過介電常數(shù)來預(yù)測(cè)樣本含水量。本發(fā)明正是基于此背景而 研宄的一種快速檢測(cè)作物葉片介電常數(shù)的裝置。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，采用人工分割作物葉片使其與平行板電極面積相等，并手工測(cè)量葉 片的厚度，進(jìn)而得出作物葉片的介電常數(shù)，這種方法對(duì)測(cè)量?jī)x器精確度要求苛刻，并且分割 作物葉片這種方法耗時(shí)很大等問題。而就測(cè)量介電常數(shù)而言，在具體的檢測(cè)中會(huì)出現(xiàn)很多 問題，如作物葉片樣本很薄且易形變，在實(shí)際操作中測(cè)量其厚度時(shí)因夾持力太大容易破壞 樣本或夾持力太小不能夾緊樣本導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。本發(fā)明在活體作物且不損壞葉片的情況 下能夠快速測(cè)量其介電常數(shù)。本發(fā)明可測(cè)量玉米、生菜、小麥等農(nóng)作物的介電常數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決【背景技術(shù)】中提到的對(duì)測(cè)量?jī)x器精度要求苛刻以及葉片易被夾壞等問題， 本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)便快捷測(cè)量介電常數(shù)的裝置，采用的技術(shù)方案為：
[0005] 一種快速測(cè)量作物葉片介電常數(shù)的裝置，包括：作物葉片夾緊裝置、作物葉片厚度 測(cè)量裝置、LCR測(cè)量?jī)x以及數(shù)據(jù)處理裝置；
[0006] 所述作物葉片夾緊裝置包括：電極板、絕緣陶瓷、支架一、支架二、連接結(jié)點(diǎn)、扳手 一、扳手二；所述支架一和所述支架二均為半圓形，所述支架一的一端依次膠黏絕緣陶瓷、 電極板，所述支架二與支架一對(duì)應(yīng)的一端依次膠黏絕緣陶瓷、電極板，構(gòu)成平行板電容器； 所述支架一和所述支架二的另一端分別與所述扳手一和所述扳手二固定連接，所述扳手一 和所述扳手二通過連接結(jié)點(diǎn)活動(dòng)連接；所述扳手二中間一段為緩壓彈簧；
[0007] 所述作物葉片厚度測(cè)量裝置位于所述支架一和所述支架二的圓周內(nèi)部，包括：壓 力傳感器和形變彈簧；所述壓力傳感器的一端與所述形變彈簧的一端固定連接，所述壓力 傳感器的另一端與支架一連接，所述形變彈簧的另一端與支架二連接；
[0008] 所述LCR測(cè)量?jī)x與電極板相連接，用于測(cè)量不同頻率下電極板間的電容；
[0009] 所述數(shù)據(jù)處理裝置分別與壓力傳感器和LCR測(cè)量?jī)x相連接，用于處理測(cè)量得到的 參數(shù)，計(jì)算介電常數(shù)并緩存和輸出至顯示屏。
[0010] 進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理裝置采用單片機(jī)，所述顯示屏安裝在所述支架一上。
[0011] 進(jìn)一步，所述扳手一和扳手二之間有壓力固定裝置，所述壓力固定裝置包括：刻度 尺和刻度板；所述刻度尺的一端固定連接扳手一，所述刻度尺上連接所述刻度板。
[0012] 進(jìn)一步，所述壓力傳感器與支架一通過支架三連接，所述形變彈簧與支架二通過 支架四連接，所述支架三與壓力傳感器的總長(zhǎng)度與支架四的長(zhǎng)度相等。
[0013] 進(jìn)一步，所述支架一和所述支架二均為空心金屬管、橫截面均為圓形。
[0014] 進(jìn)一步，所述支架一和所述支架二與所述絕緣陶瓷的連接處分別設(shè)有第一小孔， 所述支架一和所述支架二的管壁上分別開有第二小孔，所述支架一和所述支架二內(nèi)部均有 導(dǎo)線，所述導(dǎo)線外部依次包有絕緣層和塑料導(dǎo)管，所述導(dǎo)線的一端穿過第一小孔固定焊接 在所述電極板上，所述導(dǎo)線的另一端穿過所述第二小孔與LCR測(cè)量?jī)x連接。
[0015] 進(jìn)一步，所述電極板為圓形，采用銅或鋁，尺寸小于作物葉片樣本的尺寸。
[0016] 進(jìn)一步，所述緩壓彈簧可更換。
[0017] 基于上述裝置，本發(fā)明還提出了一種快速測(cè)量作物葉片介電常數(shù)的方法，包括以 下步驟：
[0018] a.測(cè)量前，通過制動(dòng)扳手一和扳手二使電極板間的壓力達(dá)到最大，更換調(diào)整緩壓 彈簧，使最大壓力在待測(cè)葉片可承受的壓力范圍內(nèi)，并且在刻度尺上標(biāo)出待測(cè)葉片承受最 佳壓力值的位置，用刻度板固定該位置；
[0019] b.電極板間不夾任何樣本，通過制動(dòng)扳手一和扳手二讓兩電極板完全接觸閉合， 記錄形變彈簧所受到的壓力F1 ;
[0020] C.將待測(cè)葉片放置在兩電極板間，并完全覆蓋兩電極板，制動(dòng)扳手一和扳手二使 葉片被夾緊，將扳手二固定在步驟b中刻度板的位置，記錄形變彈簧所受到的壓力F2 ;
[0021] d.計(jì)算因夾持樣本而引起的壓力差為F=F1-F2,根據(jù)此壓力差推衍出電極板由 完全閉合到張開一定角度下形變彈簧的形變量，根據(jù)杠桿及三角形原理即可推衍出電極板 間的距離，即電極板夾緊作物葉片的厚度；
[0022] e.利用LCR測(cè)量?jī)x測(cè)量得到電極板間的電容；
[0023] f.根據(jù)電極板的尺寸，計(jì)算電極板的面積；
[0024] g.利用單片機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)步驟b、c、d、e、f的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)平行板電容器原 理得到作物葉片介電常數(shù)，并將結(jié)果放入緩存和輸出顯示屏。
[0025] 進(jìn)一步，所述步驟a還包括：在兩電極板間放入標(biāo)準(zhǔn)薄片壓力傳感器。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：
[0027] (1)作物葉片夾緊裝置利用緩壓彈簧的緩壓特性，通過調(diào)節(jié)更換不同型號(hào)的彈簧 可調(diào)節(jié)兩極板間壓力最大值，進(jìn)而可保證壓力最大值在作物葉片可承受的范圍內(nèi)，既可達(dá) 到電極板夾緊作物葉片的目的，又不會(huì)損傷作物葉片。
[0028] (2)通過對(duì)刻度尺和刻度板的設(shè)計(jì)，可做到兩電極板間壓力固定為樣本承受的最 佳壓力，并可多級(jí)調(diào)節(jié)。
[0029] (3)壓力傳感器和形變彈簧的結(jié)合使用，僅根據(jù)相應(yīng)公式即可計(jì)算得到作物葉片 厚度，簡(jiǎn)單易操作，且精度高。
[0030] (4)設(shè)計(jì)電極板的尺寸小于作物葉片樣本的尺寸，可保證電極板的面積即為平行 板電容器的有效面積，計(jì)算簡(jiǎn)單、實(shí)用性好；并且電極板與支架一和支架二之間夾有絕緣陶 瓷，消除了邊緣效應(yīng)。
[0031] (5)支架一、支架二設(shè)計(jì)為半圓形，保證有足夠的空間裝下形變彈簧、壓力傳感器 等器件。
[0032] (6)本發(fā)明提出的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、集成度高、體積小、易于攜帶和操作，可 應(yīng)用于局部活體作物。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明提供的測(cè)量介電常數(shù)的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明提供的支架一和支架二內(nèi)部的導(dǎo)線通道示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明提供的快速更換緩壓彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖4為本發(fā)明提供的定量刻度兩極板間壓力并進(jìn)行固定的刻度裝置圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明提供的測(cè)量作物樣本厚度的原理示意圖；
[0038] 圖6為本發(fā)明提供的一種數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)框圖。
[0039] 其中，1-電極板，2-絕緣陶瓷，3-支架一，4-支架二，5-扳手二，6-扳手一，7-緩 壓彈簧，8-連接結(jié)點(diǎn)，9-壓力傳感器，10-形變彈簧，11-顯示屏，12-支架三，13-支架四， 14-刻度尺，15-刻度板，16-導(dǎo)線，17-絕緣層，18-塑料導(dǎo)管，19-插槽，20-座架。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明提出一種測(cè)量作物葉片介電常數(shù)的裝置，包