本发明专利技术涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种用于田间玉米植株叶片蛋白质含量检测装置和方法。该装置包括有悬挂装置、电驱小车和数据处理模块，悬挂装置由直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂组成；电驱小车由车架、电源装置、车轮和微型直流电机组成；数据处理模块安装在车架前部一根立杆上；悬挂装置和电驱小车通过连接杆连接。该检测方法包括：（a）设备准备；（b）光谱白板矫正；（c）光谱采集角度调整；（d）理化值计算。本发明专利技术现场检测，不需在实验室检测，检测效率高，可全方位地测量玉米叶片，可根据不同玉米叶片的自然生长形态，获取较佳的测量角度，采集叶片正反面光谱数据，整个装置简单实用，成本低廉，易于推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光谱检测作物叶片领域，尤其涉及田间玉米植株叶片蛋白质含量检测 装直。
技术介绍
玉米果实含有大量的蛋白质、糖类、脂肪、维生素及微量元素硒、镁等多种营养元 素。所以玉米在我国非常受老百姓欢迎，每年的产量很大。玉米叶片中蛋白质含量是玉米 生长过程中重要的生理指标，涉及玉米生长过程中有机物的合成和积累，酶的转化等，是玉 米生长的重要因素和物质基础。监控玉米生长过程中蛋白质含量指标，分析造成蛋白质含 量指标变化的原因，为玉米种植决策提供依据，对玉米种植合理水肥管理提供科学依据。 玉米叶片蛋白质含量测定仍然主要是凯氏定氮法和燃烧法快速测氮法等。这些方 法需要对作物进行破坏性处理，耗时费力，需要较多的人力成本，分析过程有较多的机械性 操作，并且一般不适宜对大量样本进行分析，更不适合活体检测玉米叶片蛋白质含量，难以 满足数字农业和农业物联网信息快速动态监测的要求，兼顾测定数据的准确性、操作便捷 及环保无污染的特性，利用光谱学技术已经得到一定程度的应用。 因玉米叶片生长形态各异，现场测量对光源投射角度和光谱探头入射角度要求很 高，现有的玉米叶片蛋白质含量光谱检测的方法大多采用采摘新叶，装袋碎冰保鲜防止叶 片变质以影响蛋白质含量光谱测量的准确性，对测量蛋白质含量实时性要求高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供适用于现场检测、测量准确的田间玉米植 株叶片蛋白质含量检测装置和方法。 为达上述目的，本专利技术采用的技术方案为：田间玉米植株叶片蛋白质含量检测装 置，包括有光谱探头和可见近红外光源，其不同之处在于，还包括有悬挂装置、电驱小车和 数据处理模块，悬挂装置由直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂组成，万向节固定端和直角伸 展臂水平外延端连接，万向节活动端和弯刀悬挂臂顶端连接，弯刀悬挂臂弧形均匀设置一 排安装孔，光源和光谱探头根据投射角度和入射角度分别选择其中一个安装孔连接在弯刀 悬挂臂上，螺栓固定；电驱小车由车架、电源装置、车轮和微型直流电机组成，车架前端和后 端分别安装有1个前轮和2个后轮，微型直流电机安装在前轮内部，电源装置安装在车架上 面靠近前轮位置；数据处理模块安装在车架前部一根立杆上；悬挂装置和电驱小车通过连 接杆连接。 较佳地，所述的弯刀悬挂臂上均匀分布有15个圆孔，圆孔中心距离10cm，弯刀悬 挂臂通过万向节可以实现全自由度转动，可以实现对自然形态叶片正反两面光谱采集，在 小车保持不动的情况下，可以对以万向节为圆点，弯刀悬挂臂直线距离为半径的区域叶片 进行数据采集和检测。 较佳地，所述的直角伸展臂长2米，直角之间焊接一块三角板，直角外围焊接一根 加强筋，增加直角伸展臂的抗拉抗弯强度，使之经久耐用。 较佳地，所述的连接杆两端分别与驱动小车的车架中部立杆、悬挂装置的直角伸 展臂垂直端螺纹连接，通过转动连接杆实现悬挂装置高度调节，保证不同生长高度的玉米 叶片都能被检测到，可以对同一株玉米不同高度的叶片进行数据采集和检测，还可以对不 同生长期的玉米叶片进行数据采集和检测。 较佳地，所述的直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂材质为铝材，连接杆和车架材质 为铸铁材料，小车在田间行进和开展检测工作时可以最大限度保持平衡，保证检测设备和 人员安全。 较佳地，所述的数据处理模块，液晶显示，安装高度为1.2米，与水平夹角为120 度，方便工作人员通过液晶显示查看检测结果，电源装置有3组蓄电池组成，安装位置靠近 前轮，除了给微型直流电机、光源和数据处理模块供电，还可以起到配重平衡的作用，微型 直流电机驱动前轮向前或向后行进，后轮控制行进方向。 较佳地，所述的电驱小车的车架中部立杆两侧分别安装有一根加强筋，车架中部 立杆和车架前部立杆之间焊接有倒T字形连杆，倒T字形连杆顶端和车架中部立杆之间焊 接有一根短连接杆，增加驱动小车的结构强度，使之经久耐用。 较佳地，田间玉米植株叶片蛋白质含量检测的方法，其特征在于：包括如下步骤： (a) 设备准备：将装置牵引或自行至待展开检测工作的位置，启动电源开关，开启光源， 预热15分钟，使光源稳定，对装置水平找平，保持稳定； (b) 光谱白板矫正：白板与玉米植株叶片高度平齐放置，进行光谱白板矫正； (c) 光谱采集角度调整：调节直角伸展臂的高度，使玉米植株叶片处于直角伸展臂下 方，将光谱探头和光源通过安装孔分别安装在弯刀悬挂臂上，光谱探头和光源的数据线和 光纤线分别与数据处理模块和电源装置连接，转动弯刀悬挂臂，获取较佳的检测角度，使光 源投射角与叶片检测点平面呈45度，光谱探头接收反射光，反射角与叶片检测点平面呈45 度，利用光谱探头采集检测点处的波长为693nm、853nm、993nm、1026nm、1304nm、1505 nm、1603nm、1860nm、1981nm、2243nm和2308nm所对应玉米植株叶片的反射率； (d) 理化值计算：将所得反射率输入检测装置，检测装置依据多元线性回归方程： Y=18. 124X1+15. 345X2+37. 276X3-28. 356X4+27. 985X5-9. 638X6+27. 325X7+34. 587X8- 67. 257X9+39. 365X10-28. 934X11+4. 87,计算得到玉米植株叶片的蛋白质含量，式中Y为玉 米植株叶片的蛋白质含量；X1~X11分别为波长693nm、853nm、993nm、1026nm、1304nm、 1505nm、1603nm、1860nm、1981nm、2243nm和2308nm所对应的玉米植株叶片的反射率。 本专利技术的有益效果有： (1)检测装置在玉米田间种植现场展开检测工作，可获取活体玉米叶片的光谱数据，不 需在实验室检测，检测效率_。 (2)弯刀悬挂臂和万向节配合转动，获取较佳的检测角度，可全方位全自由度地测 量玉米叶片，可根据不同玉米叶片的自然生长形态，便捷地改变光谱投射角度和入射角度， 获取较佳的测量角度，可以检测叶片的正反面。 (3)相对与直角伸展臂，转动连接杆，调节直角伸展臂的高度，有利于采集不同生 长期玉米叶片光谱数据，可以做到玉米全生命周期玉米叶片活体光谱数据采集，采集的光 谱数据建立的模型适用性更好。 (4)整个装置简单实用，成本低廉，易于推广。【附图说明】 图1为玉米植株示意图； 图2为本专利技术实施例中田间玉米植株叶片蛋白质含量检测装置结构示意图； 图3为本专利技术实施例中田间玉米植株叶片蛋白质含量检测结果； 图中标记注明：1 一弯刀悬挂臂，2-光谱探头，3-可见近红外光源，4一万向节，5-直 角伸展臂，6-连接杆，7-数据处理模块，8-车架，9一电源装置，10-前轮，11 一微型直流 电机。【具体实施方式】 为了更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一 步的说明，参见图1、图2和图3 : 按本专利技术实施的田间玉米植株叶片蛋白质含量检测装置，主要作用是方便现场检测， 通过万向节4调试弯刀悬挂臂1可以使之相对于直角伸展臂5作全自由度转动，查看转动 是否正常，工作正常有利于采集不同形态玉米叶片的光谱数据，不但可以采集玉米叶片正 面光谱数据，而且可以采集玉米叶片反面光谱数据。 有阳光照射的情况下，在直角伸展臂5上方或旁边打开遮阳伞本文档来自技高网...
【技术保护点】
田间玉米植株叶片蛋白质含量检测装置，包括有可见近红外光源和光谱探头，其特征在于，还包括有悬挂装置、电驱小车和数据处理模块，悬挂装置由直角伸展臂、万向节和弯刀悬挂臂组成，万向节固定端和直角伸展臂水平外延端连接，万向节活动端和弯刀悬挂臂顶端连接，弯刀悬挂臂弧形均匀设置一排安装孔，光源和光谱探头根据投射角度和入射角度分别选择其中一个安装孔连接在弯刀悬挂臂上，螺栓固定；电驱小车由车架、电源装置、车轮和微型直流电机组成，车架前端和后端分别安装有1个前轮和2个后轮，微型直流电机安装在前轮内部，电源装置安装在车架上面靠近前轮位置；数据处理模块安装在车架前部一根立杆上；悬挂装置和电驱小车通过连接杆连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍时东，阮学云，仉春辉，
申请(专利权)人：华东交通大学，刘雪梅，
类型：发明
国别省市：江西;36
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