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《冠層反射光譜測(cè)量中主動(dòng)光源光譜穩(wěn)定性控制_丁永前》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、2014年6月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第45卷第6期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．06．043*冠層反射光譜測(cè)量中主動(dòng)光源光譜穩(wěn)定性控制12211丁永前李楊譚星祥曹衛(wèi)星朱艷(1．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心，南京210095;2．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室，南京210031)摘要:結(jié)合自主研發(fā)的冠層反射光譜測(cè)量裝置，對(duì)裝置主動(dòng)光源采用的波長(zhǎng)730nm和810nm兩種窄帶LED的光譜穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:兩種LED在未加特殊控制、按照測(cè)量要求高頻脈動(dòng)點(diǎn)亮?xí)r，結(jié)溫均顯著升高，造成光源光譜峰值波長(zhǎng)的線性紅移和發(fā)光強(qiáng)度的線
2、性降低，嚴(yán)重影響測(cè)量裝置測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。提出了一種間歇式脈動(dòng)驅(qū)動(dòng)LED的方法，該驅(qū)動(dòng)方法使LED工作時(shí)結(jié)溫的升高幅度保持在2℃以內(nèi)，峰值波長(zhǎng)的波動(dòng)小于1nm。最后該驅(qū)動(dòng)方法被嵌入到反射光譜測(cè)量裝置中，進(jìn)行了室內(nèi)及田間穩(wěn)定性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，反射光譜響應(yīng)值最大相對(duì)波動(dòng)率小于5%。關(guān)鍵詞:作物冠層反射光譜主動(dòng)光源光譜穩(wěn)定性中圖分類號(hào):S123;TP702文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-1298(2014)06-0284-07強(qiáng)度有嚴(yán)格要求，因此，LED結(jié)溫變化有可能影響引言測(cè)量裝置的可檢測(cè)性、測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和科學(xué)性，研究表明，利用作物冠層的光譜信息可以有效實(shí)現(xiàn)主動(dòng)光源光譜穩(wěn)定性是
3、實(shí)現(xiàn)冠層反射光譜有效實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)特征和植株?duì)I養(yǎng)狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)量的前提。［1－5］測(cè)，相比于傳統(tǒng)的物理和生化方法研究作物的本文結(jié)合自主研發(fā)的作物冠層反射光譜測(cè)量裝營(yíng)養(yǎng)狀況，采用冠層反射光譜傳感技術(shù)來(lái)獲取作物置，研究LED結(jié)溫對(duì)其發(fā)光光譜穩(wěn)定性的影響，對(duì)的生長(zhǎng)信息指標(biāo)具有快速、便攜、無(wú)損、不受時(shí)空限如何控制LED的結(jié)溫、實(shí)現(xiàn)主動(dòng)光源光譜穩(wěn)定性的制等突出優(yōu)點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和迫切方法進(jìn)行研究，給出冠層反射光譜測(cè)量裝置在田間［6－8］需要的技術(shù)手段。發(fā)達(dá)國(guó)家已有作物冠層光譜穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。［9－10］測(cè)量?jī)x器的商用產(chǎn)品問(wèn)世，國(guó)內(nèi)研究尚處于實(shí)1材料與方法驗(yàn)研究階段，目前國(guó)外的主流產(chǎn)
4、品都采用主動(dòng)光源的形式，其主要特征是儀器自帶能發(fā)射特定波長(zhǎng)的1.1冠層反射光譜測(cè)量裝置主動(dòng)光源(多采用發(fā)光二極管，即LED)，該類儀器圖1為自主研發(fā)的冠層反射光譜測(cè)量裝置的功能消除外部光環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)能結(jié)構(gòu)圖，該測(cè)量裝置總體上可分為主動(dòng)光源、信號(hào)外的主要研究方向。檢測(cè)單元、信號(hào)處理模塊和主控單元等部分。主動(dòng)LED器件具有體積小、壽命長(zhǎng)、亮度高、功耗低光源采用峰值波長(zhǎng)分別為730nm和810nm的窄帶等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用為光譜檢測(cè)及分析儀器的光LED以一定順序排列組成LED陣列，通過(guò)單片機(jī)控［11－13］源。但目前市場(chǎng)上比較成熟的LED芯片的電制恒流源模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電流
5、，驅(qū)動(dòng)兩種LED陣列發(fā)光轉(zhuǎn)換效率僅能達(dá)到30%，還有70%的能量轉(zhuǎn)化成出高頻脈動(dòng)光，經(jīng)柱面鏡聚焦以后成為具有規(guī)則形［14］了熱量，從而導(dǎo)致LED結(jié)溫的升高，而結(jié)溫的升狀的條形光;檢測(cè)單元由窄帶濾光片和光電傳感器高又會(huì)影響LED發(fā)光光譜的穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為:組成，承載作物生長(zhǎng)信息的高頻脈動(dòng)反射光及緩變LED發(fā)光光譜峰值波長(zhǎng)紅移、正向電壓降低、相對(duì)環(huán)境反射光疊加在一起通過(guò)窄帶濾光片后被光電傳［15－17］光強(qiáng)減小等現(xiàn)象。而在冠層反射光譜測(cè)量中，感器接收;光電傳感器的響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理模往往對(duì)LED主動(dòng)光源的發(fā)光光譜波長(zhǎng)范圍和發(fā)光塊一系列信號(hào)調(diào)理電路處理之后，環(huán)境反射光的響收稿日期:2
6、013-07-30修回日期:2013-08-31*“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013BAD08B04)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(KYZ201127)和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介:丁永前，副教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)信息化和自動(dòng)化研究，E-mail:yongqiand@njau．edu．cn第6期丁永前等:冠層反射光譜測(cè)量中主動(dòng)光源光譜穩(wěn)定性控制285應(yīng)被濾除，裝置最終檢測(cè)出作物冠層對(duì)主動(dòng)光源的給LED驅(qū)動(dòng)恒流模塊提供控制信號(hào)，控制LED的反射光譜響應(yīng)。點(diǎn)亮和熄滅;恒溫箱(溫度可調(diào)范圍為25～95℃，溫度波動(dòng)度為±1℃)，用來(lái)控制LED的環(huán)境溫度;微型光
7、纖光譜儀為杭州晶飛科技有限公司生產(chǎn)的FLA4000型光譜檢測(cè)儀，測(cè)量范圍為400～1100nm，分辨率為0.1nm，用來(lái)采集和記錄光纖接收到的LED光譜信息;采用K型熱電偶作為測(cè)溫探頭，與被測(cè)LED的管腳焊接在一起，以有效感測(cè)LED管腳的溫度;數(shù)據(jù)采集卡用來(lái)采集熱電偶傳感器測(cè)量到的LED的管腳溫度，并通過(guò)USB發(fā)送給計(jì)算機(jī)保存相關(guān)數(shù)據(jù);支架用來(lái)支撐LED和光纖探頭，保證圖1冠層反射光譜測(cè)量裝置功能結(jié)構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)過(guò)程中LED與光纖探頭相對(duì)位置的一致性。Fig．1Functi
