植物叶片厚度测量仪的研制

　　陈立生 朱莉

　　(东北林业大学 黑龙江哈尔滨 150040)

　　摘 要:根据植物茎叶等器官的几何尺寸与其含水量之间存在直接、准确的对应关系,研制了以差动电感式位移传感器为核心的植物叶片厚度测量仪。以单片机为控制核心,采用单片式集成电路作为转换电路,实现传感器对叶片厚度变化量的采集,并由液晶显示测量结果。

　　经实验证明,仪器具有良好的线性度、测量精度高、抗干扰能力强等优点。众所周知,水资源短缺已成为制约我国农业发展和经济建设的重要因素,其中农业用水占总用水量的70%以上[1],因此节约农业用水将成为节水研究的重点。

　　传统节水灌溉的方法是依据环境温湿度及土壤湿度制定灌溉方案,但考虑农业生态环境的多维空间变异性,利用作物水分状况比土壤水分状况作为灌溉依据更可靠。因此本课题以植物的几何尺寸作为灌溉系统的反馈控制变量,应用工业领域精密测量方法制成高精度植物叶片厚度测量仪,对新型节水灌溉系统的研究具有重要意义。

　　1 植物叶片厚度测量仪的工作原理

　　叶片是植物最重要的器官,植物体内的水分状况可以通过叶片等器官的尺寸变化来反映[2],植物的叶片厚度尺寸的微增量变化与其水分之间有极其准确的对应关系,当厚度尺寸的测量分辨力达到微米级准确度时,这种对应关系就能识别出来。本课题把植物叶片厚度变化转换成一种微位移量的变化来测量,选用TESA公司的GT31型差动电感式位移传感器,其精度可达微米量级[3]。位移传感器内的线圈为螺管型结构,当磁芯移动时,差动电感增量为

　　当位移较小时,一般忽略高次项的影响,按照线性特性处理。但是这样会带来一定的非线性的原理误差。

　　2 植物叶片厚度测量仪的硬件设计

　　实现测量过程控制的电路单元主要由传感器测量部分、信号转换部分、微处理器芯片控制、存储和显示部分组成,原理框图如图1所示。以AT89C55单片机[4]为控制核心,实现传感器对叶片厚度位移量的采集并转变成微弱的交流信号,该信号经转换电路后由A/D采集,再送入单片机进行处理,由液晶屏显示,同时存储在存储器中,完成整个测量过程。

　　本课题选用集成芯片AD598实现对位移传感器测得的微弱信号进行处理与转换,该信号调理电路具有零位调整、增益选择的功能,与传统的电路相比,具有电路简单、体积小的优点。根据传感器量程和仪器分辨率要求,选用AD公司生产的AD574转换器。AD574是一个完整的12位逐次逼近型且带三态缓冲器的A/D转换器,保证了仪器的转换精度,具有低噪声、低功耗、高精度、高分辨率和高采样率的优点。