一种叶绿素荧光分时监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种叶绿素荧光分时监测系统，包括传感单元、光谱采集装置和控制单元。其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制单元用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及叶绿素荧光
，具体涉及一种叶绿素荧光分时监测系统。
技术介绍
叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，得到了广泛的研究和应用。叶绿素荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等过程有关。几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反映出来，而荧光测定技术不需破碎细胞，不伤害生物体，因此通过研究叶绿素荧光来间接研究光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法。目前，叶绿素荧光在光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等方面得到了广泛的应用。叶绿素吸收的能量大部分用于光合作用，但是有一部分以长波形式混杂在反射能量中，即为叶绿素荧光。叶绿素荧光释放量通常占近红外反射能量的2％-5％，虽然能量较小，但是可以作为植被生理状态监测的重要指针，特别是在碳同化估计和胁迫早期监测方面相比传统光学指标具有明显优势。叶绿素荧光在650nm-800nm都有分布，690nm和760nm是两个能量释放高峰位置，所以，一般将这两个波段作为荧光监测的重要波段。监测叶绿素荧光需要借助光谱仪，光谱仪根据预定的积分时间采集光谱数据。由于在自然环境下，光照强度会发生变化，因此光谱仪采集光谱时可能出现光饱和现象，因此会降低光谱数据的可靠性，进而降低叶绿素荧光数据的准确性。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中计算叶绿素荧光数据的准确性低的缺陷。有鉴于此，本专利技术提供一种叶绿素荧光分时监测系统，包括传感单元、光谱采集装置和控制单元。其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制单元用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数据。优选地，所述控制单元判断当前时间是否在预设时间范围内，如果当前时间在所述预设时间范围内，则控制所述光谱采集装置以第一积分时间将所述传感单元收集到的太阳光辐射转换为第一光谱数据，并控制所述光谱采集装置以第一积分时间将所述传感单元收集到的植被反射辐射转换为第二光谱数据；如果当前时间未在所述预设时间范围内，则控制所述光谱采集装置以第二积分时间将所述传感单元收集到的太阳光辐射转换为第一光谱数据，并控制所述光谱采集装置以第二积分时间将所述传感单元收集到的植被反射辐射转换为第二光谱数据。优选地，所述光谱采集装置包括光谱采集器和校准光源，所述校准光源用于在正式采集光谱数据之前对所述光谱采集器的光路系统进行辐射能量校正。优选地，所述传感单元包括余弦校正器和准直镜，所述余弦校正器通过第一光纤与所述光谱采集装置连接，所述准直镜通过第二光纤与所述光谱采集装置连接；其中，所述余弦校正器垂直向上收集太阳光辐射，所述准直镜垂直向下收集植被反射辐射。优选地，所述系统还包括电子开关，所述光谱采集装置通过所述电子开关与所述第一光纤和第二光纤连接，所述电子开关用于切换所述光谱采集装置与所述第一光纤和第二光纤的连接状态。优选地，所述控制单元还用于控制所述电子开关，根据预设切换时间交替切换所述光谱采集装置与所述第一光纤和第二光纤的连接状态。优选地，所述系统还包括恒温箱，所述光谱采集装置及所述电子开关设置在所述恒温箱中。本专利技术技术方案，具有如下优点：本系统通过控制单元控制光谱采集装置在不同的时间段内利用不同的积分时间采集光谱数据，以适应不同的光照条件，由此可避免出现光饱和现象，提高数据采集的可靠性，进而提高叶绿素荧光计算的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为叶绿素荧光分时监测系统结构示意图；图2为叶绿素荧光分时监测系统具体结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。本实施例提供一种叶绿素荧光分时监测系统，该系统的结构示意图如图1所示，包括传感单元01、光谱采集装置02和控制单元03。传感单元01可以采用现有技术中能够进行辐射能量收集的设备，传感单元01可包括多个光纤光谱探头，实际测量时，可将传感单元01置于被测植被所在区域的上方，各种探头均可用于收集太阳光辐射和植被反射辐射。控制单元03根据预设的控制策略，例如系统的工作周期、光谱采集装置02的采集时间、积分时间等各种参数，控制光谱采集装置02进行光谱采集工作。控制单元03中可以保存多个预设积分时间，积分时间可以根据日照条件预先设置，控制单元03可根据当前时间选择使用不同的积分时间。例如，在白天的某个日照强度较高的时段内，可以选择较小的积分时间，以避免出现光饱和现象。由此，该系统可以采集到多个第一光谱数据和第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶绿素荧光分时监测系统，其特征在于，包括：传感单元、光谱采集装置和控制单元，其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制单元用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数据。

【技术特征摘要】
1.一种叶绿素荧光分时监测系统，其特征在于，包括：传感单元、光
谱采集装置和控制单元，
其中，所述传感单元用于收集太阳光辐射和植被反射辐射；所述控制
单元用于在不同的时间段内控制所述光谱采集装置以不同的预设积分时间
将所述太阳光辐射转换为第一光谱数据以及将所述植被反射辐射转换为第
二光谱数据，并根据所述第一光谱数据和第二光谱数据计算叶绿素荧光数
据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元判断当前
时间是否在预设时间范围内，如果当前时间在所述预设时间范围内，则控
制所述光谱采集装置以第一积分时间将所述传感单元收集到的太阳光辐射
转换为第一光谱数据，并控制所述光谱采集装置以第一积分时间将所述传
感单元收集到的植被反射辐射转换为第二光谱数据；如果当前时间未在所
述预设时间范围内，则控制所述光谱采集装置以第二积分时间将所述传感
单元收集到的太阳光辐射转换为第一光谱数据，并控制所述光谱采集装置
以第二积分时间将所述传感单元收集到的植被反射辐射转换为第二光谱数
据。
3.根据权利要求1所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：武建军，刘雷震，杨建华，李睿涛，刘京会，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11