Способ измерения площади листа растения и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК A01G7/00 G01B7/32 G01B7/04 

2. Устройство для измерения площади листа растения, содержащее две линейки фотоэлементов, осветитель и коммутатор, одни выходы которого соединены с фотоэлементами, а другие подключены к входам блока управления в состав которого входят генератор импульсов, первый и второй элементы совпадения и первый и второй триггеры, первый счетчик, выходы которого , подключены к первым входам схемы сравнения кодов, второй счетчик, выходы которого подключены к цифровому индикатору, а выходы коммутатора подключены к входам схемы преобразователя сигналов с фотоэлементов, о т- Личающееся тем, что, с целью повьнпения точности измерения, в устройство введены запоминающий блок и третий счетчик, выходы Kotopo го подключены к информационным вхо- :Дам эапоминающего блока, одни выходы которого соединены с информационными входами второго счетчика, а другие выходы подключены к вторым входам схемы сравнения кодов, вьпсоды которой соединены с управляющими выходами запоминающего блока, установочные входы которого подключены к первым выходам блока управления, вторые выходы которого соединены с установочными входами эапоминающего блока, первого и третьего счетчиков причем третьи выходы блока управлени подключены к управляющим входам первого и третьего счетчиков, одни инИзобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением площади листьев растений со сложным профилем,

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для измерения площади листьев, растений; на фиг. 2 эшоры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - схема расположения элементов устройства.

59980 „

формационные входы которых соединень соответственно с четвертыми и пятыми выходами блока управления, а другие информационные входы подключены к выходам схемы преобразования сигналов с фотоэлементов, а шестые выходы блока управления соединены с управляющи- , ми входами коммутатора.

3. Устройство по п. 2, о т л и - чающеес.я тем, что блок управления снабжен формирователем импульсов, инвертором, первым и вторым .электронными ключами, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго триггеров, входы установки единицы которых соединены соответственно с выходами элементов совпадения, одни входы которых подключены к входу инвертора и первому выходу формирователя импульсов, который соединен с входом генератора импульсов j выход которого подключен с одной стороны к

f

шестому входу блока управления, а с другой стороны - к входам первого и второго электронных ключей, выходы которых соответственно соединены с пятым и четвертым выходами блока управления, третий выход которого подключен к выходу инвертора, а второй и первый соединены с вторым и третьим выходами формирователя импульсов, причем другие выходы элементов совпадения и входы установки нуля триггеров подключены к входам блока управления .

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Линейки с фотоэлементами располагают по всей, ширине одной из сторон листа растения параллельно друг другу. Расстояние между фотоэлементами в каждой линейке и расстояние между продольными осями линеек выбирают кратным единице дпины, например 1 и 0,1 мм. Выбором этого расстояния определяют необходимую разрешающую способность устройства (в данном случае соответственно 1 и 0,1 мм).

Длину линеек выбирают исходя из максимальной ширины листа конкретного растения, площадь которого измеряется. Затем вдоль фотолинеек перемещают лист растения с помощью, например, валков, покрытых материалом с высоким коэффициентом трения, оси которых посажены на подшипники. Первый из валков, например, жестко забыли равны, в процессе измерения, осуществляя операцию суммирования запомненных чисел при сравнении результатов, получают информацию об измеряемой площади с довольно высокой точностью.

Устройство для измерения площади листа растений содержит линейки 1,2 с фотоэлементами, осветитель 3, ком

креплен на каркасе устройства, второй О мутатор 4, состоящий, например, из

подпружинен по отношению к первому (фиг. 3).

Усилия прижима.валков друг к другу выбирают из условий минимального воздействия самого процесса измерения 5 на деформацию объекта измерения. По другую сторону устанавливают осветитель . Таким образом,лист перекрывает световой поток от осветителя к фотолинейкам. .20

Фотолинейки с осветителем подводят к ножке листа. В момент начала измерения tg одновременно определяют число фотоэлементов, перекрытых лисгрупп электронных ключей 5, 6 и рас пределителя 7- импульсов, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлеме тов, в состав которой входят, напр мер, усилители 9, 10 и компараторы 11, 12 напряжения, первый реверсив- ньй счетчик 3 импульсов, третий реверсивньш счетчик 14 импульсов, схему 15 сравнения кодов, запоминаю щий блок 16, второй счетчик-дешифратор 17, цифровой индикатор 18, бл 19 управления, выполненный, наприме в виде управляемого генератора 20 импульсов, формирователя 21 импульсов, первого и второго элементов 22, 23 совпадения, первого и второг триггеров-24, 25, первого и второго электронных ключей 26, 27 и инверто ра 28.

в последующей Nj и предыдущей

25

,2 линейках. Запоминают число фото30

том N

элементов, перекрытых листом в преды дущей линейке, и затем осуществляют протягивание листа вдоль линеек и осветителя, непрерывно сравнивания запомненное число (N ) с .числом фотоэлементов, перекрытых листом в последующей линейке N (t), т.е. это число изменяется во времени движения листа по отнощению к. линейкам ). 5

-В момент времени t эти числа становятся равны друг другу Ny(t)N . Это значит,что лист переместился на расстояние между осями линеек, т.е. последующая линейка в момент времени 40 t заняла место предыдущей линейки в момент времени t. Далее, в этрт момент времени t опять определяют число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке , 45 запоминают это число и сравнивают его с числом N(t). В момент t,jвремени последующая линейка занимает место предыдущей, которая находилась в том месте в момент време50

ни t., и т.д.

Так как профиль многих растений имеет сложную форму, т.е. практичесН ки не возможен случай, чтобы в один и тот же момент времени число фотоэлементов, перекрытьгх листом на последующей и предыдущей линейках.

12599804

были равны, в процессе измерения, осуществляя операцию суммирования запомненных чисел при сравнении результатов, получают информацию об измеряемой площади с довольно высокой точностью.

Устройство для измерения площади листа растений содержит линейки 1,2 с фотоэлементами, осветитель 3, ком50

5

0

5

0 5

0

5

групп электронных ключей 5, 6 и распределителя 7- импульсов, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов, в состав которой входят, например, усилители 9, 10 и компараторы 11, 12 напряжения, первый реверсив- ньй счетчик 3 импульсов, третий реверсивньш счетчик 14 импульсов, схему 15 сравнения кодов, запоминающий блок 16, второй счетчик-дешифратор 17, цифровой индикатор 18, блок 19 управления, выполненный, например, в виде управляемого генератора 20 импульсов, формирователя 21 импульсов, первого и второго элементов 22, 23 совпадения, первого и второго триггеров-24, 25, первого и второго электронных ключей 26, 27 и инвертора 28.

Первый выход формирователя 21 импульсов блока 19 управления подключен к входу управляемого генератора 20, к одним из входо в элементов 22, 23 совпадения и входу инвертора 28, выход которого соединен с управляю- -щими входами счетчийов 13, 14, одни из информационных входов которых соединены через электронные ключи 26, 27 с выходом генератора 20 блока 19 управления. Второй выход формирователя 21 импульсов соединен с установочными входами запоминающего блока и счетчиков 13, 14, другие информационные входы которых подключены соответ- ствен1 о к выходам компараторов 1 1 , I2 напряжения схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов. Третий выход формирователя 21 импульсов соединен с установочным входом счетчика-дешифратора 17, выходы которого подключены к входам цифрового индикатора 18, а информационные входы соединены с первыми выходами запоминающего блока 16, управляющие входы которого подключены к выходам схемы 15 сравнения кодов, одни из входов . которой соединены с выходами счетчи$1259980

ка 14, а другие подключены к вторым выходам запоминающего блока 16, входы (которого соединены с выходами счетчика 13. Выход генератора 20 импульсов блока 19 управления также подключен

ни жи

на

5 то 33 Ме та ры

к входу распределителя 7 импульсов (вьшолненного, например, на базе многоразрядного счетчика с заданным коэффициентом деления) и коммутатора 4.

Выходы распределителя 7 импульсов равными группами подключены к управляющим входам электронных ключей 5, 6, число которых определяется числом

5 толкателей 34 и отводит второй вало 33 в нижнее положение от исходного. Между валками 32, 33 образуется дос таточно большой зазор, через который пропускается лист 36, Затем

10 фотолинейка 1 устанавливается напро тив основания ножки листа 36 и толкатели 34 приходят в исходное состояние. В корпусе 31 может размещаться измерительно-преобразующая

фотоэлементов в линейках 5, 6, причем 15 часть устройства. Цифровой индикатор 18 (фиг. 2) и органы управления могут быть размещены на верхней пло кости корпуса 31. Усилия прижима валков 32, 33, материал их покрыти

первые выходы групп°распределителя 7 импульсов соответственно подключены к другим, входам элементов 22, 23 совпадения, а последние выходы соединетор 18 (фиг. 2) и органы управления могут быть размещены на верхней пло кости корпуса 31. Усилия прижима валков 32, 33, материал их покрыти

ны с входами установки

нуля

тригге- 20 выбираются из условий минимального

ров 24, 25, входы установки единицы которых соответственно подключены к выходам элементов 22, 23 совпадения блока 19 управления. Прямой выход триггера 24 соединен с управляющим входом электронного ключа 26; а- прямой выход триггера 25 подключен к управляющему входу электронного ключа 27, Выходы электронных ключей 5, 6 коммутатора 4 соответственно под- ключекы к выходам линеек 1, 2 фото- элементов. Выходы электронных ключей 5, 6 погруппно объединены и соответственно соединены с входами усилителей 9,. 10 схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов.

Выход усилителя 9 соединен с одним из входов компаратора 11 напряжений, к другому входу которого подключен источник 29 опорного напряжения, а выход усилителя 10 подключен к одному из входов компаратора 12 напряжения другой вход которого соединен с источником 30 опорного напряжения. Фотолинейки ,2 закреплены на корпусе 31, на котором также закреплен осветитель 3 (фиг. 3). Первый валок 32 закреплен: на корпусе 31 и имеет оси, которые, например, насажены на подшипники, внешние обоймы которых запрессованы в специальные отверстия корпуса 31. Второй валок 33 закреплен на подвижных толкателях 34 с пружинами 35. Лист 36 растения помещают между валками 32, 33 и между фотолинейками 1, 2 и осветителем 3. Толкатели 34 имеют ограничитель 37, в который упираются пружины 35.

Перед началом измерения оператор нажимает пальцами рук на кнотеи 38

толкателей 34 и отводит второй валок 33 в нижнее положение от исходного. Между валками 32, 33 образуется достаточно большой зазор, через который пропускается лист 36, Затем

фотолинейка 1 устанавливается напротив основания ножки листа 36 и толкатели 34 приходят в исходное состояние. В корпусе 31 может размещаться измерительно-преобразующая

часть устройства. Цифровой индикатор 18 (фиг. 2) и органы управления могут быть размещены на верхней плоскости корпуса 31. Усилия прижима валков 32, 33, материал их покрытия

воздействия на деформацию листа 36 растения и из.условий устранения про- скальзьгеания листа 36 растения между валками 32, 33.

Устройство работает следующим образом.

Оператор в процессе измерения, как бы протягивает лист через валки 32, 33, не отрывая его от стебля. С помощью блока 19 управления, коммутатора 4, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов на выходе счетчика 13 формируется код, несущий информацию о числе перекрытых фотоэлементов предыдущей фотолинейки I (значит, о ширине листа в месте установки фотолинейки), а на выходе счетчика 14 формируется код, несущий информацию о числе перекрытых фотоэлементов посл ующей фотолинейки 2 (а значит, и о ширине листа в месте установления фотолинейки 2), Код с выхода счетчика 14 заносится в блок 16 памяти и подается на один из входов схемы 15 сравнения, на другой вход которой подается код с выхода блока 16 памяти, т.е. при движении объекта измерения запомненный код сравнивается с кодом счетчика 13. Момент совпадения кодов в схеме 15 сравнения говорит о том, что последующая линейка 2 заняла место предыдущей линейки 1 (в момент запоминания) и за это время лист прошел расстояние между линейк ами и в счет- ,. ,чик 17 занесена информация о единич- ной площади, равной числу фотоэле- ментов перекрытых листов в линейке

2 (и запомненной в блоке 16), умноженному на расстояние между фотолинейками 1, 2. Следует заметить, что блоку 16 памяти не предъявляется каких-либо дополнительных и особен- ных требований.

С выхода 39 формирователя 21 импульсов блока 19 управления формируются периодические импульсы длительностью t -tjj (см. фиг, 2а). По пе- реднему фронту этого импульса формирователь 21 формирует установочный шvlпyльc с выхода 40 {фиг. 26, t } , который устанавливает в исходное состояние счетчики 13, 14 и служит импульсом синхронизации для блока 16 памяти. Перед началом измерения на выходе 41 ф ормир-ователя 21 также формируется импульс, устанавливающи счетчик 17 в исходное состояние. Жд щий генератор 20 импульсов в течени длительности входного импульса (фиг. -t-j) формирует прямоугоные импульсы периодом t|-t (фиг. 2 Эти импульсы поступают на вход рас- пределителя импульсов 7 коммутатора который может быть вьшолнен, например, в виде регистра сдвига или многоразрядного счетчика с заданным коэффициентом деления. Выходные сигнал распределителя импульсов на выходах 42-48 соответственно показаны на фиг. 2г-2л. Условно принято, что линейки 1,2 имеют по четыре фотоэлемета. Эти управляющие выходные импуль сы распределителя 7 последовательно через ключевые элементы 5,6 подключают фотоэлементы линеек 1,2 к вход соответственно усилителей 9, 10 схемы 8 преобразования сигналов.

В интервале времени t -t на выходе элемента 22 совпадения появляется уровень логической единицы (фиг.2м tj -t ) , который устанавливает прямой выход триггера 24 в состояние логической единицы (фиг. 2н, t, -t ). Триггер устанавливает электронный ключ 26 в положение Замкнуто и на один информационный вход счетчика 13 поступают с выхода генератора 20 импульсы (фиг. 2о, t|-tg). В интервале времени t с выхода 45 (фиг. 2ж, tj -,д} распределителя 7 поступает импульс, который устанавливает триггер 24 в состояние логического нуля. Электронньй ключ 26 размыкается. Но так как реальный триггер 24 имеет определенное быстродействие, то он

259980В

не сразу устанавливается в нулевое состояние, а через некоторое время (фиг. 2о, tg-t,J . Поэ тому на вход С счетчика 13 записывается число, рав- 5 нее количеству фотоэлементов в линейке 1 .

паратора

В это же время анализируется состояние фотоэлементов линейки 1,т.е. фотоэлеме«ты последовательно подключаются к входу усилителя 9, на выходе которого формируются электрические сигналы-импульсы, количество которых равно числу неперекрытых листом фотоэлементов (фиг. 2т). Компаратор 11 из этих сигналов формирует прямоугольные импульсы, обрезая на уровне напряж ения U источника 29 (фиг. ). Импульсы, с выхода ком10t5 0 паратора 50 5 0

5

0

5

11 поступают на другой информационный вход счетчика 13. Так как управляющий вход +1 реверсивного счетчика 13 соединен с инвертором 28 блока управления и на выходе инвертора установлен уровень логического нуля (фиг. 2у, t,--t ) , счетчик работает в режиме вычитания и н°а его выходе появляется информация, равная числу фотоэлементов, перекрытых листом В линейке 1. Эта информация записывается в блок 16 памяти и подается на один из входов схемы 15 сравнения (она сохраняется в блоке 16 до тех пор, пока на его управляющий вход не придет импульс сравнения с выхода схемы 15). Аналогично формируется код в счетчике 14, несущий информа-,

-цию о-числе перекрытых листом фотоэлементов в линейке 2, при этом на фиг..2h показаны эпюры напряжений

на выходе элемента 23 совпадения, на фиг. 2р - на выходе триггера 25, на фиг. 2с - на выходе электронного ключа 27, на фиг. 2 у - на выходе усилителя 10, на фиг. 2х - на выходе компаратора. 12. Такой циклический опрос происходит до тех пор, пока число на счетчике 14 не сравнится с запомненным в блоке 16. На выходе схемы 15 сравнения формируется импульс, изображенный на фиг. 2i, При этом запомненная информация переписывается в счетчик 17, затем стирается и записывается новая информация с линейки 1 и т.д.

По окончании процесса измерения на цифровом индикаторе 18 высвечивается информация об измеренной площади листа растения. После времени.

необходимого для считывания информации, счетчик 17 устанавливается в исходное состояние (например, вручную оператором). Ключевые элементы 5, 6 могут работать параллельно, т.е. процесс опроса состояния фотоэлементов в линейках 1,2, преобразование этих сигналов в схеме 8, запись в счетчиках 13, 14 и т.п. может производиться одновременно (последовательная работа ключевых элементов 5,6 описана для удобства и наглядности).

i Устройство (фиг. 1) не исключает автоматического выбора времени из мерения, который может быть основан на разнице в ширине ножки листа и ширине самого листа. В этом процесс сравнения начинается с некоторого числа, превышающего заданное (в-схеме 15 сравнения) число. В принципе, для повышения достоверности сравниваемой информации не исключается воз

можность многократного запоминания чисел предыдущей линейки и многократное сравнение их с числами последующей линейки как с целью уменьшения 5 случайной составляющей погрешности измерения, основанного на статисти- .ческой обработке результатов измерения , так и с целью сравнения информации по определенным участкам контура 10 листа (-пространственньм фигурам) , В последнем случае в устройстве применяют не две фотолинейки, а группы фотолинеек.

Технико-экономическими преимущест- 15 вами изобретения являются более высокая точность измерения, так как устраняется дополнительная погрешность измере ния длин за счет нестабильности скорости Транспортирования устройства 20 относительно листа, более высокая производительность измерений и более низкая себестоимость реализации предлагаемого способа.

38

(риг. 3

Редактор Н. Швьщкая

Составитель Б. Кузьмич

Техред И.Попович Корректор Е. Рошко

Заказ 5152/1 Тираж 679Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проек иая, 4

1. Способ измерения площади листа растения путем помещения его между осветителем и двумя линейками с фотоэлементами, расстояние между которыми кратно единице длины измерения, и определения числа фотоэлементов, перекрытых листом, отличающийся тем, что. С-целью повышения точности измерения, линейки располагают по всей ширине листа параллельно друг другу и расстояние между осями линеек выбирают кратным единице длины измерения, затем одновременно определяют число фотоэлементов , перекрытых листом в предыдущей и в последующей линейках, запоминают число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке, и непрерывно в течение времени перемещения листа сравнивают число фотоэлементов , перекрытых листом в последующей линейке, с запомненным числом, затем после совпадения результатов сравнения повторяют вьшеописанные операции, связанные с определением, запоминанием и сравнением чисел фотоэлементов в линейках, а об измеряемой площади листа судят по сумме запомненных чисел при совпадении результатов сравнения. i (Л сл со со 00