Способ измерения площади листьев растений Советский патент 1988 года по МПК G01B21/28 

V

8 .§

/

4 Ю

ю

.J

Ц)иг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением параметров листьев растений.

Цель изобретения - повышение производительности измерения путем устранения механических операций в процессе измерений за счет использования оптической площадки регистрации интенсивности светового потока, возникающего в приэлектродной области высокочастотного разряда.

На фиг. 1-3 представлены структурные схемы устройств, реализующих способ.

Первый вариант устройства (фиг. 1) содержит генератор 1 переменного высокочастотного высоковольтного напряжения, электроды 2 и 3, между которыми помещают объект 4 измерения, фокон 5, волоконный световод 6, фотоприемник 7, измерительный блок 8, выполненный, например, в виде усилителя 9 напряжения и аналогового регистратора 10.

Второй вариант устройства (фиг. 2) содержит блок 11 управления, блок 12 разверток, а измерительный блок 8, кроме усилителя 9, содержит электронный ключ 13, компаратор 14 напряжения, источник 15 опорного напряжения, счетчик 16 импульсов и цифровой индикатор 17.

Третий вариант устройства (фиг. 3), кроме элементов 1-4, содержит расщепленный волоконно-оптический жгут 18, фотоприемники 19-21, валки 22 и 23, измеритель длины листа, выполненный в виде диска 24 с отверстиями, источника 25 оптического излучения и фотоприемника 26, и блок 27 управления, усилители 28-31 нагфяжений, коммутатор 32, компаратор 33 напряжения, источник 34 опорного напряжения, счетчики 35 и 36, вычислительной блок 37 и цифровой регистратор 38. Выходы генератора 1 (фиг. 1) подключены к электродам 2 и 3. Так как электрод 3 выполнен прозрачным, то лист растения и имеет оптическую связь с фотоприемником 7 (через фокон 5 и волоконный световод 6). Выходы фотоприемника 7 соединены с входами усилителя 9 напряжения, выход которого подключен к входу аналогового регистратора 10.

Выходы генератора 1 (фиг. 2) также подключены к электродам 2 и 3, между которыми помещен лист растения. Волоконный световод 6 с хорошими упругими свойствами соединен с выходом блока 12 разверток, вход которого подключен к первому выходу блока 11 управления, второй выход котор ого подключен к установочному R-входу счетчика 16 импульсов измерительного блока 8. Выходы фотоприемника 7 соединены с входами усилите,:1я 9 напряжения, к которым также подключены коммутацио нные входы электронного ключа 13, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 11 управления. Выход усилителя 9 напряжения соединен с одним из входов компаратора 14 напряжений, другой вход которого подключен к входу источника 15 опорного напряжения. Выход компаратора напряжений подключен к

счетному (информационному) входу счетчика 16 импульсов, выходы которого соединены с входами цифрового индикатора 17. Выходы генератора 1 (фиг. 3) соединены с электродами 2 и 3, причем на электро0 де 3 закреплены волоконные световоды жгута 18 в виде линейки. Расстояние между отдельными световодами а кратно единице длины, например 0,1; 0,01; 0,001 мм и т.п. вдоль листа растения, и с помощью валков 22 и 23 перемещаются электроды 2 и 3, причем линейка световодов жгута 18 имеет оптическую связь с листом 4. Валки 22 и 23 покрыты материалом с высоким коэффициентом трения и посажены на оси с подшипниками, причем один из валQ ков может быть закреплен на подвижных толкателях с пружинами для осуществления перемещения листа и без проскальзывания, и без. его (листа) повреждения (не показано). На оси валка 22 установлен диск 24 с отверстиями, вдоль осей которых по разным

5 сторонам диска 24 установлены источник 25 оптического излучения и фотоприемник 26, выходы которого соединены с входами усилителя 28 напряжений блока 8 измерения. Выходные световоды жгута 18, количество которых равно количеству световодов, закрепленных на электроде 3, имеют оптическую связь с фотоприемниками 19- 21, выходы которых соответственно соединены с входами усилителей 29-31 напряжения, выходы которых подключены к коммутационным входам коммутатора 32, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 27 управления, второй выход которого подключен к установочным R-BXO- дам счетчиков 35 и 36, а третий - к управляющему входу вычислительного блока 37.

0 Выход усилителя 28 напряжения соединен со счетным (информационным) входом счетчика 36, выходы которого подключены к первым информационным входам вычислительного блока 37, вторые информационные входы которого соединены с выходами счетчика 35, а выходы вычислительного блока 37 подключены к входам цифрового регистратора 38. Выход коммутатора 32 соединен с одним из входов компаратора 33 напряжений, другой вход которого подключен к выходу источника 34 опорного напряжения, а выход соединен со счетным (информационным) входом счетчика 35.

Лист растения помещают в пространстве между электродами, на которые подают переменное высокочастотное поле напря5 женностью В/см, и зажигают высокочастотный газовый разряд. Наличие листьев растения в межэлектродном промежутке приводит к нарушению квазинейтраль0

5

5

0

ности плазмы вблизи поверхности листьев, поскольку потоки ионов и электронов на лист определяются процессами на его поверхности (ионэлектронной эмиссией, автонейтронной эмиссией) и пе равны соответствующим стационарным потокам заряженных частиц в плазме. Для того чтобы скомпенсировать ионный поток на .тист, вблизи его поверхности возникает слой пространственного заряда с высокой напряженностью электрического поля, в котором и осуществляется генерация заряженных частиц. Высокая напряженность электрического поля в этом слое приводит также и эффективному возбуждению э пектронных состояний молекул и, как следствие, к яркому свечению этих областей. Это явление и используется для визуализации объекта измерений. Регистрируя суммарную интенсивность излучения разряда, судят о площади листа.

При определенной напряженности поля для конкретных листьев растения можно получить изображение, которое будет характеризовать площадь поверхности листа. Повышая напряженность электрического поля, можно достигнуть однородного объемного разряда, в котором интенсивность света пропорциональна общей площади листа растения. Значение напряжения поля может колебаться в пределах 10-100 кВ, частота до нескольких десятков мГц.

Интенсивность свечения (при прочих рав- ЗО блока измерения и закорачивает вход усиных условиях) зависит от влажности поверхности листа. Так, например, пораженная солнечной радиацией или тепловым ударом часть листа будет иметь меньшую интенсивность свечения и по уменьшению этой интенсивности можно судить о площади по- з5 раженного участка. Кроме того, по уменьшению интенсивности свечения можно судить о количестве влаги в -объекте измерения.

Устройство по первому варианту работает следующим образом.

Генератор 1 формирует заполненные вы- 0 сокой частотой импульсы с заданными длительностью и частотой следования и вызывает свечение поверхности листа. Площадь электродов 2 и 3 выбирается с учетом максимальной площади объекта 4 измерения. Для получения более четкого изображения на прозрачном электроде 3 может быть нанесен слой люминафора. Излучение объекта измерения через фокрн 5 и волоконный световод б- поступает на фотоприемник 7, который преобразует оптический Q сигнал в сигнал электрический. Этот сигнал усиливается усилителем 9 напряжения, и информация о площади поступает па аналоговый регистратор 10. Фокон 5 служит для оптического согласования поверхности электрода 3 с поверхностью торца 55 световода 6. Изменяя параметры генератора 1, можно получить информацию о площади листа.

лителя 9 напряжений на время дискретного перемещения световода 6. Так как усилитель 9 связан с фотоприемником 7, на который поступает информация о свечении с объекта измерения (через волоконный световод 6) и сканирование производится дискретно с перемещением световода ,6 кратным единице длины, то число импульсов с выхода усилителя 9 будет характеризовать площадь листа растения. Эти импульсы поступают на вход компаратора 14 напряжения и с помощью источника опорного напряжения нормируются по амплитуде до необходимого уровня работы счетчика 16 импульсов. Счетчик 16 считывает эти импульсы, преобразует в код, и полученная информация отображается на

цифровом индикаторе 17. Меняя значение опорного напряжения в источнике 15, нетрудно произвести селектирование входных и.мпульсов по уровню и тем самым получить информацию как об общей площади, так и ее составляющих. По окончанию цикла измерения измерительный блок 11 приводит световод 6 в исходное состояние (к начальной точке сканирования) и после снятия информации с цифрового индикатора 17 «обнуляет счетчик 16 и.мпульсов.

Отличие работы устройства, представленного на фиг. 3, заключается в следующем.

0 5

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

Блок 12 разверток с помощью блока управления осуществляет последовательное дискретное перемещение световода 6 (крат- ное единице длины) по всей рабочей плоскости электрода 3. Развертка производится «посрочно и по всему «кадру. Это может осуществляться с помощью шаговых двигателей или преобразователя с электромаг- 0 нитным развертывающим устройством. В этом случае lia гибком световоде установлена специальная катушка индуктивности и отклоняющие катущки. В результате взаимодействия поля катущки индуктивности световода и магнитных полей отклоняющих катушек блока растровых разверток будет производиться считывание элементов изображения с выходного торца волоконного световода 6. Преобразователь с таким развертывающим световодом будет иметь более высокую скорость сканирования по сравнению с механической системой развертки, построенной на базе шаговых двигателей.

Развертка изображения с листа 4 осуществляется с помощью блока 11 управления, который может быть выполнен в виде таймера, т.е. на его первом выходе формируется последовательность импульсов, которая осуществляет сканирование световода 6. Эта же последовательность поступает на управляющий вход электронного ключа 13

5

О блока измерения и закорачивает вход уси5

0 Q 5

лителя 9 напряжений на время дискретного перемещения световода 6. Так как усилитель 9 связан с фотоприемником 7, на который поступает информация о свечении с объекта измерения (через волоконный световод 6) и сканирование производится дискретно с перемещением световода ,6 кратным единице длины, то число импульсов с выхода усилителя 9 будет характеризовать площадь листа растения. Эти импульсы поступают на вход компаратора 14 напряжения и с помощью источника опорного напряжения нормируются по амплитуде до необходимого уровня работы счетчика 16 импульсов. Счетчик 16 считывает эти импульсы, преобразует в код, и полученная информация отображается на

цифровом индикаторе 17. Меняя значение опорного напряжения в источнике 15, нетрудно произвести селектирование входных и.мпульсов по уровню и тем самым получить информацию как об общей площади, так и ее составляющих. По окончанию цикла измерения измерительный блок 11 приводит световод 6 в исходное состояние (к начальной точке сканирования) и после снятия информации с цифрового индикатора 17 «обнуляет счетчик 16 и.мпульсов.

Отличие работы устройства, представленного на фиг. 3, заключается в следующем.

В данном устройстве световоды расгю- :ложены в виде линейки, и осуществля- ;ется протягивание листа с помощью валков J22 и 23 между системой электродов 2 и 3, на которые также подается переменное высоко- частотное поле генератора 1. Информация |о ширине листа извлекается с помощью рас- {щепленного с двух сторон волоконно-опти- ;ческого жгута 18, преобразуется в элект- |рический сигнал с помощью фотоприем- ников 19-21 и усилителей 29-31 напряже- ;Ния. С помощью блока 27 управления, на iпервом выходе которого формируются после- (Довательности импульсов, которые поступают :на управляющий вход коммутатора 32, ком- {мутатор 32 осуществляет последовательное подключение выходов усилителей 29-31 к ;одному из входов компаратора 33 напря- 1жения. Коммутатор осуществляет электрон- ное сканирование, по ширине объекта 4 из- :мерения. Число импульсов с компарато- : ра 33, несущее информацию о ширине iобъекта 4 измерения, поступает на вход счет- ;Чика 35, где преобразуется в цифровой i код.

Измерение длины листа осуществляется с помощью диска 24 и оптронной пары источника 25 и фотоприемника 26. Расстоя- ние между отверстиями выбраны таким образом, что при перемещении листа и на единицу длины, на выходе фотоприемника 26 формируется единичный импульс. Эти импульсы усиливаются и формируются с по- мощью усилителя 9 напряжения и поступают на информационный вход другого счетчика 36, который преобразует эту информацию в код. Вычислительной блок 37 выполнен в виде цифрового умножителя. Он осуществляет определение площади листьев.

5

0

5

информация о которой регистрируется на цифровом регистраторе 38. Блок управления по окончанию цикла измерения устанав- ливает счетчики 35 и 36, вычислительное устройство 37 и коммутатор 32 в исходное состояние.

В качестве генератора 1 могут быть использованы серийно выпускаемые приборы: прибор для дарсонвализации «Искра-1, генераторы ГЗ-7А с высоковольтными трансформаторами и т.п.. Усилители 9, 28-31 напряжения могут быть реализованы на базе микросхемы К 140 УД 5, 6, 13, компараторы 14 и 33 напряжений - на базе микросхемы К 5 21 С А 2, коммутатор 33 - на базе микросхемы К 56 I КТ 3, счетчики 16, 35 и 36 - на базе микросхемы К 56 I ИЕ 9, ИЕ 10 и т.п. Аналоговый регистратор 10 может быть выполнен на базе серийно выпускаемого самопищуще- го прибора «endim.

Формула изобретения

Способ измерения площади листа растений, заключающийся в том, что лист помещают между электродами, измеряют характеристику электродной системы, по величине которой судят о площади листа, отличающийся тем, что, с целью повыщения производительности измерений, на электроды прикладывают переменное высокочастотное напряжение, создают между электродами высокочастотное поле с амплитудным значением напряженности порядка Ю - 10 В/см, зажигают высокочастотный газовый разряд, а о плоидади листа судят по свечению, индуцируемому на поверхности листа высокочастотным газовым разрядом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением параметров листьев растений. Цель изобретения - повышение производительности измерения - достигается за счет устранения механических операции в процессе измерения путем использования оптической методики регистрации интенсивности светового потока, возникающего в при- электродной области высокочастотного разряда. Неоднородность разряда, вызываемая внесением листа в высокочастотный разряд, создает область усиленного поля, свечение которого и служит источником информации о геометрических размерах листа. Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1 переменного напряжения, которое подается на электроды 2, 3. Свечение объекта 4 с помощью фокона 5 и волоконного световода 6 подается на фотоприемник 7. Суммарная интенсивность света, пропорциональная площади листа, регистрируется с помощью аналогового регистратора 10. 3 ил. сл

иг.2

со

fO