專(zhuān)利名稱(chēng)：評(píng)估谷物質(zhì)量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及評(píng)估谷物質(zhì)量的方法和裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種在谷物收割前的生長(zhǎng)期間評(píng)估該谷物收割后的質(zhì)量的方法和裝置。
對(duì)于水稻而言，業(yè)已知道，可從收縮前側(cè)出的生物學(xué)數(shù)據(jù)估算最終糙米中的蛋白質(zhì)量含量。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可由完全將稻穗割下來(lái)時(shí)的葉片含氮量估算出糙米的蛋白質(zhì)含量(見(jiàn)日本食品工業(yè)協(xié)會(huì)kansal分部1993年11月召開(kāi)第九屆無(wú)損檢測(cè)會(huì)議上由Yamaguchi農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的農(nóng)產(chǎn)品加工研究部的Keisuke Yoshimatsu發(fā)表的論文《由新鮮葉片的近紅外線譜進(jìn)行水稻作物的營(yíng)養(yǎng)分析》)。但是，按照所公開(kāi)的技術(shù)，要對(duì)葉片進(jìn)行化學(xué)分析以制定評(píng)估公式，而且不可避免地要為制定上述估算公式耗費(fèi)時(shí)間。另外，當(dāng)觀察給定的稻禾的莖上的葉片與從同一株稻禾收得的糙米之間的關(guān)系時(shí)，由于葉片必須從莖上摘下，并用于化學(xué)分析，而且由于糙米必須從其葉片用于化學(xué)分析而化學(xué)分析后易失去的稻禾上收獲，故不可否認(rèn)會(huì)存在使光合作用產(chǎn)生的組分或者說(shuō)成分不足的問(wèn)題。對(duì)于從葉片的氮含量制定估算公式而言，由上述方法收獲的糙米的量將是質(zhì)量估價(jià)精確度不高的因素之一。
在估算麥粒的蛋白質(zhì)含量方面，已公開(kāi)了一個(gè)根據(jù)在收割前30天未熟的麥粒的蛋白質(zhì)含量估算成熟麥粒的蛋白質(zhì)含量的實(shí)例(農(nóng)業(yè)雜志，Victoria，1963年5月)。該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)涉及到根據(jù)對(duì)未熟麥粒的化學(xué)分析測(cè)定的蛋白質(zhì)含量來(lái)估算成熟麥粒的蛋白質(zhì)含量的方法，該方法需要有時(shí)間來(lái)確定估算公式，并且，由于用于分析未成熟麥粒和用于分析成熟麥粒用的麥粒都是從同一株麥子上摘取的，故也會(huì)引起組分或者說(shuō)成分的不足，這與上面對(duì)稻禾所述的理由相同，也是造成估算精度不高的原因。再者，在種小麥的情況下，由于麥子生長(zhǎng)在旱地，不象生長(zhǎng)在水田的稻禾那樣，不存在其天氣影響和土壤改良都要靠水來(lái)調(diào)節(jié)的潮濕器原理，因此，小麥作物處在氣候條件例如持續(xù)日曬和積溫直接通過(guò)土壤起作用的狀態(tài)下。所以，即使在收割前的某一時(shí)期測(cè)出了生長(zhǎng)物學(xué)數(shù)據(jù)，也可能由于隨后的環(huán)境變化而使生長(zhǎng)估算曲線明顯變化，因此，與稻谷相比，估算成熟麥粒的蛋白質(zhì)含量是十分困難的。
因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種估價(jià)谷粒質(zhì)量的方法和裝置，該方法和裝置可按容易而簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行測(cè)量以便在作物生長(zhǎng)期間精確而快速地估價(jià)其質(zhì)量。為此，本發(fā)明提出了制定可節(jié)省時(shí)間和勞力的估算公式的方法和裝置。而且，即使是對(duì)小麥那樣估算曲線容易變化的情況下也可提高生長(zhǎng)估算曲線的精確性。
按照本發(fā)明，在谷物生長(zhǎng)期間的預(yù)定時(shí)間從通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)中的谷類(lèi)作物的葉片照射光而測(cè)出的與谷物的具體質(zhì)量有關(guān)的吸光率和收割后的谷物具體質(zhì)量確定估價(jià)收割后谷物質(zhì)量的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，然后，作如下安排，在作物生長(zhǎng)期間的特定時(shí)間，按上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和從作物葉片測(cè)定的與具體質(zhì)量有關(guān)的吸光率估價(jià)待收割的谷物未來(lái)的質(zhì)量。在這一環(huán)節(jié)中，由于上述吸光率是從正在生長(zhǎng)的作物的葉片上直接測(cè)定的，所以葉片既不同摘下也不會(huì)損壞，所以在不損壞葉片的情況下就不會(huì)影響作物在測(cè)量后到收割之前的生長(zhǎng)。
另外，進(jìn)一步的工作就是，按照在作物生長(zhǎng)期間的多次預(yù)定時(shí)間測(cè)出的吸光率和收割后測(cè)定的具體質(zhì)量來(lái)確定第二質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，然后，按照該第二質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和在多次預(yù)定時(shí)間從正在生長(zhǎng)中的谷物的葉片測(cè)出的吸光率來(lái)估價(jià)待收割的谷物的質(zhì)量。在這一環(huán)節(jié)中，由于質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)的確定考慮到了從作物葉片多次測(cè)出的吸光率，故提高了對(duì)易受環(huán)境(例如土壤和氣候)影響的作物質(zhì)量估價(jià)的精確性。
如果對(duì)具體質(zhì)量與蛋白質(zhì)含量建立一種關(guān)系，就可以估價(jià)大多數(shù)谷物的質(zhì)量，在水稻的情況下，蛋白質(zhì)含量與味道和產(chǎn)量有關(guān)，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量高時(shí)，產(chǎn)量增加，但味道變淡。另一方面，由于公知蛋白質(zhì)含量低時(shí)產(chǎn)量降低而味道好，故將蛋白質(zhì)含量作為估價(jià)質(zhì)量的確定參數(shù)。對(duì)于小麥和大麥(尤其是小麥)而言，一般都知道其蛋白質(zhì)含量與其麥質(zhì)有很大關(guān)系，所以，通過(guò)測(cè)定蛋白質(zhì)含量可以評(píng)價(jià)小麥和大麥的質(zhì)量。由于在不同的預(yù)定時(shí)間估算的谷物質(zhì)量可同時(shí)顯示出來(lái)，故可直觀地觀察并掌握分別在不同的預(yù)定時(shí)間估價(jià)的谷物質(zhì)量。并可以將在不同預(yù)定時(shí)間直觀顯示的估價(jià)質(zhì)量之間的差異看作是質(zhì)量估價(jià)的精確程度的象征，故可從試驗(yàn)上得知對(duì)特定作物進(jìn)行測(cè)量的最佳時(shí)間。
從下面參看附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例將可更加了解本發(fā)明的上述的和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中

圖1是制定估算谷物質(zhì)量的標(biāo)定曲線的過(guò)程示意圖；圖2是本發(fā)明的測(cè)定儀的主要部分的局部側(cè)剖視圖3是表示采用本發(fā)明測(cè)定儀的模式的測(cè)定儀的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明測(cè)定儀的主要部分的側(cè)剖視圖；圖5是表示在本發(fā)明的測(cè)定儀中進(jìn)行信號(hào)處理的方塊圖；和圖6是本發(fā)明的測(cè)定儀的另一個(gè)實(shí)施例的主要部分的側(cè)剖視圖。
參看圖1說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。對(duì)于各類(lèi)谷物中的小麥來(lái)說(shuō)，采用其蛋白質(zhì)含量作為實(shí)例來(lái)說(shuō)明它的具體質(zhì)量。通過(guò)在小麥生長(zhǎng)過(guò)程的預(yù)定時(shí)間(例如收割前30天)對(duì)小麥作物的葉片16進(jìn)行特定波長(zhǎng)范圍的光照射，并根據(jù)在照射時(shí)由吸光率測(cè)定儀1測(cè)定的吸光率，和收割后由化學(xué)分析儀36測(cè)定的麥粒蛋白質(zhì)含量，用該蛋白質(zhì)含量作為目標(biāo)變量而將上述的吸光率作為說(shuō)明性變量由小型計(jì)算機(jī)35進(jìn)行多元回歸分析，也就是N1＝F0+x1·F1+x2·F2+…+xn·Fn式中F0-Fn是常數(shù)，x1-xn小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率，N1是待收割小麥的蛋白質(zhì)含量。
假設(shè)上述公式成立，小麥?zhǔn)崭钋?0天其葉片的吸光率為x，而葉片被測(cè)量吸光率的麥粒在收割后的蛋白質(zhì)含量的化學(xué)分析值為N，得到N1＝F0+x11·F1+x12·F2+…+x1n·FnN2＝F0+x21·F1+x22·F2+…+x2n·FnNm＝F0+xm1·F1+xm2·F2+…+xmn·Fn對(duì)所得的值進(jìn)行多步回歸分析，并探尋F0-Fn，導(dǎo)出下式N＝F0+x1·F1+x2·F2+…+xn·Fn+c …(1)式中F0-Fn是常數(shù)，x1-xn是小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率，c是一個(gè)補(bǔ)償值，而N是待收割小麥的蛋白質(zhì)含量的估算值。
因此，若測(cè)出正在生長(zhǎng)的小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率x，就可估算出待收割小麥的蛋白質(zhì)含量N。
如上所述，采用帶有光源和吸光部件的手提式測(cè)量?jī)x1可以簡(jiǎn)便地測(cè)量小麥生長(zhǎng)過(guò)程中在收割前30天的葉片吸光率。這樣，由于不需要摘取葉片來(lái)進(jìn)行測(cè)量，故不影響作物隨后的生長(zhǎng)。收割后的麥粒的化學(xué)分析需要較長(zhǎng)時(shí)間，但這種分析是對(duì)完全長(zhǎng)熟后收割的麥粒進(jìn)行的，不會(huì)受外因(例如摘下葉片來(lái)進(jìn)行測(cè)量)的影響，因此通過(guò)化學(xué)分析測(cè)定的麥粒蛋白質(zhì)含量的值是可靠的。故可按照種植田地或谷物種類(lèi)有利地制定出在上述條件下確定的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)(下稱(chēng)“標(biāo)定曲線”)，將該標(biāo)定曲線存儲(chǔ)在吸光率測(cè)定儀1的記憶部分(下面再說(shuō)明)。在將標(biāo)定曲線應(yīng)用于合適的田地或種類(lèi)后，就可測(cè)出在收割前30天的葉片吸光率，并且可在正式收割前估算出收割后的麥粒的蛋白質(zhì)含量。也可以通過(guò)測(cè)量收割前40天(而不是收割前30天)的葉片吸光率來(lái)制定標(biāo)定曲線。
在小麥生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)受到天氣條件例如持續(xù)日照和積溫的明顯影響，因此，即使已測(cè)到收割前某一時(shí)期的生物學(xué)數(shù)據(jù)，生長(zhǎng)估算曲線也可能因隨后的環(huán)境變化而明顯改變。因此，最好在收割前30-40天內(nèi)進(jìn)行多次吸光率測(cè)量。例如，若通過(guò)兩次測(cè)量，也就是在收割前30天和40天進(jìn)行測(cè)量測(cè)出了吸光率，那么可得出下式N1＝F0+x401·F401+x402·F402+…+x40n·F40n+x301·F301+x302·F302+…+x30n·F30n式中F0-Fn是常數(shù)，x401-x40n是小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率，x301-x30n是小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率，而N1是待收割小麥的蛋白質(zhì)含量。
假定上式成立，收割關(guān)30天的葉片吸光率為x30，收割前40天的葉片吸光率為x40，而葉片已被測(cè)量吸光率的小麥?zhǔn)崭詈蟮柠溋５鞍踪|(zhì)的化學(xué)分析值為N，那么得到N1＝F0+X4011·F401+X4012·F402+…+X401n·F40n+X3011·F301+X3012·F302+…+X301n·F30nN2＝F0+X4021·F401+X4022·F402+…+X402n·F40n+X3021·F301+X3022·F302+…+X302n·F30n· · ·Nm＝F0+X40m1·F401+X40m2·F402+…+X40mn·F40n+X30m1·F301+X30m2·F302+…+X30mn·F30n對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，并尋求常數(shù)F1，F(xiàn)401-F40n和F301-F30n，便得到下式
N＝F0+X401·F401+X402·F402+…+X40n·F40n+X301·F301+X302·F302+…+X30n·F30n+C…(2)式中，F(xiàn)0，F(xiàn)401-F40n和F301-F30n是常數(shù)，x401-x40n是小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率，x301-x30n是小麥?zhǔn)崭钋?0天的葉片吸光率，C是補(bǔ)償值。
因此，通過(guò)測(cè)量正在生長(zhǎng)的小麥?zhǔn)崭钋?0天和30天的葉片吸光率，就可估算出待收割小麥的蛋白質(zhì)含量No.上面所說(shuō)的預(yù)定測(cè)量時(shí)間是兩次，即收割前40天和30天各一次，但是，預(yù)定測(cè)量時(shí)間也可多于兩次。如果通過(guò)適宜地增加預(yù)定測(cè)量次數(shù)而制定出標(biāo)定曲線，從而避免了復(fù)雜性并根據(jù)上述標(biāo)定曲線求出葉片的吸光率，那么便可進(jìn)一步提高估算的精確性。
在將由上述方法制定的標(biāo)定曲線的公式(1)和公式(2)或其中一個(gè)公式存儲(chǔ)在吸光率測(cè)量?jī)x1內(nèi)的情況下，如果按照用于存儲(chǔ)在吸光率測(cè)量?jī)x1內(nèi)的標(biāo)定曲線中的說(shuō)明性變量，例如將公式(1)存儲(chǔ)在儀器中，并且測(cè)出小麥?zhǔn)崭钋?0天扣地片吸光率，那么就可計(jì)算出代表小麥?zhǔn)崭顣r(shí)的質(zhì)量的蛋白質(zhì)含量，在現(xiàn)場(chǎng)顯示出來(lái)。此外，如果將公式(2)存儲(chǔ)在儀器中，并在小麥?zhǔn)崭钋?0天和40天兩次測(cè)量出葉片吸光率，便可計(jì)算出代表收割時(shí)小麥質(zhì)量的蛋白質(zhì)含量，并在現(xiàn)場(chǎng)顯示出來(lái)。因此小麥生長(zhǎng)者可確認(rèn)待收割小麥的質(zhì)量，并在收割前向買(mǎi)方提供這種信息，買(mǎi)方在確認(rèn)這種質(zhì)量信息后，就可在收割前決定購(gòu)買(mǎi)事宜。
為了確定上述的標(biāo)定曲線，用線性分析作為實(shí)例來(lái)說(shuō)明用于求出蛋白質(zhì)含量的方法(非線性分析也可以用)。另外，作為一種按化學(xué)分析值和與之相關(guān)的吸光率修正值來(lái)確定標(biāo)定曲線的方法，可以采用化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)。而且，雖然上面所述的小麥的質(zhì)量是按蛋白質(zhì)含量來(lái)估價(jià)，但是，其他的麥粒組分含量也可用作為判定麥粒質(zhì)量的因素例如淀粉、水和鉀的含量，或者感覺(jué)上的因素例如味道或者香味。尤其是，上述的蛋白質(zhì)含量是公知的確定小麥質(zhì)量的重要組分值，所以應(yīng)用這個(gè)值作為小麥質(zhì)量因素可保證待收割小麥的質(zhì)量。眾所周知，對(duì)于水稻而言，其產(chǎn)量隨蛋白質(zhì)含量的提高而增加，但味道變淡，降低蛋白質(zhì)含量可改善味道，但產(chǎn)量減少。因此對(duì)于水稻和小麥而言，蛋白質(zhì)含量是重要的組分因素。
如上所述的多次測(cè)量吸光率要求測(cè)定分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)吸光率的波長(zhǎng)。可以采用近紅外線區(qū)或可見(jiàn)光區(qū)的多個(gè)波長(zhǎng)作為波長(zhǎng)范圍，為了產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)，可采用按波長(zhǎng)使用多個(gè)窄帶濾光片的方法，使用衍射光柵可進(jìn)行具有幾個(gè)微毫米空隙的光照射，或者在吸光傳感器一側(cè)使用具有特定排列的傳感器陣列，以便在不使用窄帶濾光片的情況下從多種波長(zhǎng)中選擇合適的波長(zhǎng)，并測(cè)出多個(gè)吸光率。
上面所述的預(yù)定時(shí)間定為收割前40天或30天，考慮的理由是希望盡可能地在收割前容易在一次估算出小麥的質(zhì)量，而且，在谷物生長(zhǎng)中，在收割前30-40天其葉片的氮含量趨于穩(wěn)定并且逐漸減少，這段時(shí)間的變化比施肥階段(附加施肥和抽穗施肥)小。若在這時(shí)測(cè)定葉片的吸光率，質(zhì)量估算最為精確。至于谷物生長(zhǎng)的最終施肥時(shí)間，最普通的是，在種植水稻的情況下，大多在收割前40天完成施肥，而在種植小麥的情況下，大多在收割前30天完成施肥。這就意味著，估價(jià)質(zhì)量的時(shí)間應(yīng)選擇在最終完成施肥并且作物葉片的氮含量不受施肥的直接影響的時(shí)候。如果在其后才測(cè)量吸光率(也就是在收割前30天與收割日之間測(cè)量)；估算質(zhì)量時(shí)間便太晚了，作為從田野里獲取的信息，對(duì)于生產(chǎn)方和購(gòu)買(mǎi)方都過(guò)時(shí)了。
下面參看圖2-5說(shuō)明本發(fā)明最佳實(shí)施例的手提式吸光率測(cè)定儀1。圖2和4示出手提式測(cè)定儀的主要部分的局部剖視圖。如圖2和3所示，在測(cè)定儀1的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置在其上部的主體13具有一個(gè)光源部件2和一個(gè)設(shè)置在主體13下方的作為光量測(cè)定器11的光電二極管(未示出)。在光源部件2中，沿同一個(gè)圓周上設(shè)置多個(gè)具有不同波長(zhǎng)峰值的發(fā)光二極管(LED)3、4，在該二極管3、4上分別設(shè)置具有不同透射波長(zhǎng)的窄帶濾光片。最佳的波長(zhǎng)帶寬為500nm-1100nm，從這些波長(zhǎng)選擇適合于是預(yù)定的具體波長(zhǎng)并與所測(cè)定的組分有關(guān)系的窄帶濾光片14，15的波長(zhǎng)。從每個(gè)LED 3、4發(fā)射的光由窄帶濾光片14，15轉(zhuǎn)變成特定波長(zhǎng)的光，并投射在反射光線的漫反射板5上。而且設(shè)置一個(gè)鏡盤(pán)6，使得從每個(gè)LED 3，4發(fā)射的光基本上沿同一角度投射到漫反射板5上。
從漫反射板5反射的光進(jìn)入位于鏡盤(pán)6中心的反射光路8，并投射到設(shè)置在反射光路8的照射側(cè)9上的漫透射板10上。該漫透射板10設(shè)置成與反射光路8的光軸相垂直，并用毛玻璃或乳白玻璃制成圓形。漫透射板10可在照射側(cè)9或者在測(cè)量葉片16側(cè)或者兩側(cè)都制成粗糙表面。另外，開(kāi)口部分7和反射光路8最好用例如硬鋁制成?？蓪?duì)鋁的內(nèi)表面進(jìn)行加工使之具有閃光效應(yīng)，但是采用Flon涂層也可容易地而且低成本地獲得上述的相同效果。
光在由開(kāi)口7、反射光路8和漫反射板5包圍的空間內(nèi)重復(fù)著反射和漫射后從反射光路8出來(lái)，并在穿過(guò)漫透射板10后通過(guò)被測(cè)量葉片16由光量測(cè)定器11接收。在光量測(cè)定器11與漫透射板10之間，固定地設(shè)置一個(gè)環(huán)狀墊圈12，以便形成一個(gè)可插入和固定葉片樣品16的空間。
另外，在光源部件2的上圓周設(shè)置一個(gè)蓋罩13，從該蓋罩13伸出的臂17由軸18支承。支承蓋罩13的軸18帶有一個(gè)螺簧19，從而使蓋罩13總是被向上壓緊。這就是說(shuō)，如圖3所示，當(dāng)被測(cè)葉片16插入并將蓋罩壓下時(shí)，就準(zhǔn)備好進(jìn)行測(cè)量。至于測(cè)量時(shí)間，當(dāng)壓下蓋罩13時(shí)，置于蓋罩13下面的下壓凸塊20就壓下位于相對(duì)位置上的微開(kāi)關(guān)21。當(dāng)檢測(cè)出蓋罩13壓下時(shí)，就進(jìn)行測(cè)量(光照測(cè)量和光量測(cè)量)。而且，在一種最佳實(shí)施例中，設(shè)置了用彈性材料制的環(huán)形墊圈12包圍漫透射板10，以便在壓下蓋罩13時(shí)，墊圈12在壓力下支承葉片樣品16并產(chǎn)生屏蔽外部光的效果。
下面參看圖5說(shuō)明吸光率測(cè)定儀1，該圖以方框圖的形式示出測(cè)定儀1。在由光源部件2和光量測(cè)定器11組成的測(cè)量部分中透過(guò)被測(cè)葉片樣品16的光量由光量測(cè)定器11轉(zhuǎn)換成一種模擬信號(hào)，并傳送到模擬轉(zhuǎn)換器22。在光源部件2中設(shè)有一個(gè)LED 3、4的光發(fā)射控制器23，在模擬轉(zhuǎn)換器22上進(jìn)行從模擬信號(hào)至數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換或從電壓至頻率的V/F轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)輸入/輸出(I/O)儀表板24輸入到用作操作和控制裝置的計(jì)算機(jī)中心處理裝置(CPU)操縱臺(tái)25，I/O儀表板24具有一個(gè)用于顯示測(cè)量結(jié)果、計(jì)算結(jié)果或操作指令的液晶顯示器26、一個(gè)工作輸入件27、一個(gè)用于從外部裝置輸入數(shù)據(jù)和向外部裝置輸出數(shù)據(jù)的RS232C接口28、一個(gè)開(kāi)關(guān)21、等等。CPU操縱臺(tái)25和I/O儀表板24均與電源配電盤(pán)29相連接以接通電源。另外，CPU操縱臺(tái)25通過(guò)打印機(jī)象幀比(I/F)模板30與打印機(jī)31相連接，并與只讀存貯器(下稱(chēng)“ROM”)33和隨機(jī)存取存貯器(下稱(chēng)“RAM”)34相連接。在ROM中存儲(chǔ)有上面所述的按照種植田地或按谷物種類(lèi)的式(1)或式(2)的許多標(biāo)定曲線，而且，在ROM中還存儲(chǔ)有通過(guò)在吸光率測(cè)定儀1上測(cè)定吸光率而用蛋白質(zhì)含量估算作物質(zhì)量的程序，也就是存儲(chǔ)有從測(cè)定吸光率到估算和顯示質(zhì)量值的一系列程序。
至此，所說(shuō)明的是用透射光測(cè)量葉片樣品16，但是，也可以如圖6所示，在漫反射板5的中央設(shè)置開(kāi)口94，而且在漫反射板5的開(kāi)口側(cè)設(shè)置一個(gè)用于阻止來(lái)自光源3、4的直射光進(jìn)入的光屏蔽件92，而其中心是開(kāi)口94，反射光量接收器90與開(kāi)口94對(duì)中，該接收器90也與模擬轉(zhuǎn)換器22相連接，以便與光量測(cè)定器11一起測(cè)定透射光量和反射光量。
下面說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)的吸光率測(cè)定儀1的功能。當(dāng)葉片樣品16插入吸光率測(cè)定儀1并壓下蓋罩13時(shí)，來(lái)自開(kāi)關(guān)21的信號(hào)被送到CPU操縱臺(tái)25，并從該CPU操縱臺(tái)25將信號(hào)送到光發(fā)射控制器23，以便將發(fā)射信號(hào)從光發(fā)射控制器23送到光源2。因此，由光源2中的LED3和LED4交替地對(duì)葉片樣品16進(jìn)行照射。從LED3和4發(fā)射的光由窄帶濾光片14、15轉(zhuǎn)變成近紅外射線區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)的特定波長(zhǎng)的光，由于上述光線在重復(fù)上述的反射和漫射后從漫透射板10到達(dá)光量測(cè)定器11，故葉片樣品16可以達(dá)到如使用積分球那樣均勻地接收光。
當(dāng)葉片樣品16受到照射時(shí)，透射光或反射光由光量測(cè)定器11對(duì)應(yīng)于LED3和4分別地接收，被接收的光傳送到模擬轉(zhuǎn)換器22進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在模擬轉(zhuǎn)換器22中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其結(jié)果通過(guò)I/O儀表板24輸入CPU操縱臺(tái)25，在該CPU操縱臺(tái)25上按葉片樣品16的透射光或反射光計(jì)算出透光率或吸光率，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在RAM34內(nèi)。
輸入部分27設(shè)有一個(gè)使吸光率測(cè)定儀1接通電源的電源開(kāi)關(guān)27a；一個(gè)可測(cè)量透射光的測(cè)量開(kāi)關(guān)27b；一個(gè)是有開(kāi)關(guān)功能的用于讀出存儲(chǔ)在ROM33內(nèi)的標(biāo)定曲線(公式)或存儲(chǔ)在RAM 34內(nèi)的吸光率或透射光數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果或樣品數(shù)的讀出開(kāi)關(guān)27c；多個(gè)用于設(shè)定透射光的測(cè)量時(shí)間的時(shí)間設(shè)定開(kāi)關(guān)27d-27f；和一個(gè)用于選擇顯示公式或顯示值的選擇開(kāi)關(guān)27h。輸入部分27具有一個(gè)用于在收割后估算質(zhì)量而測(cè)量透光率的質(zhì)量估算模式和一個(gè)用于測(cè)量制定標(biāo)定曲線用的透射光量的標(biāo)定曲線制備模式。這兩種模式之間的轉(zhuǎn)換是這樣進(jìn)行的按壓一次測(cè)量開(kāi)關(guān)27b，就轉(zhuǎn)換到質(zhì)量估算模式；按預(yù)定時(shí)間(例如3秒)連續(xù)按壓測(cè)量開(kāi)關(guān)27b，就轉(zhuǎn)換到標(biāo)定曲線制備模式。按壓讀出開(kāi)關(guān)27c，便可按卷軸形式顯示出各種項(xiàng)目例如存儲(chǔ)在ROM33內(nèi)的標(biāo)定曲線(公式)、存儲(chǔ)在RAM34內(nèi)的吸光率數(shù)據(jù)和計(jì)算值、和樣品數(shù)目。使用選擇開(kāi)關(guān)27h可通過(guò)使用用右箭頭標(biāo)記或左箭頭標(biāo)記使它們進(jìn)一步滾動(dòng)的方式從以卷軸形式顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)中選擇所需的數(shù)據(jù)和公式。如果在選擇之后再次按壓讀出開(kāi)關(guān)27c，選出的數(shù)據(jù)或公式就按需要顯示出來(lái)，或者說(shuō)確定下來(lái)。
在液晶顯示器26上顯示出各種項(xiàng)目，例如“R01”是測(cè)量樣品號(hào)；“n＝100”是樣品數(shù)目；“30天或40天之前”是代表測(cè)量時(shí)間的預(yù)定時(shí)間；“13.8P”是在各預(yù)定時(shí)間估算的蛋白質(zhì)含量；和“4.3N”是葉片中的含氮量。通過(guò)進(jìn)一步顯示代表現(xiàn)用標(biāo)定曲線種類(lèi)的值“1”，操作者可容易地由此確認(rèn)該標(biāo)定曲線公式是否適用于該葉片樣品16。關(guān)于預(yù)定時(shí)間，可在輸入部分27設(shè)定收割前35天作為上述預(yù)定時(shí)間，同理，可加入35天的字樣。在“40天”這一列，顯示出根據(jù)在收割前40天從葉片樣品16測(cè)出的吸光率計(jì)算的質(zhì)量估算值，在“30天”這一列，可顯示出根據(jù)在收割前30天從葉片樣品16測(cè)出的吸光率計(jì)算的質(zhì)量估算值，或者顯示出根據(jù)收割前40天和30天的吸光率計(jì)算的質(zhì)量綜合估算值。另外，如上所述，可設(shè)定“30天”的項(xiàng)目。關(guān)于樣品數(shù)目，當(dāng)為了制定標(biāo)定曲線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可顯示出為制定標(biāo)定曲線測(cè)量的樣品的數(shù)目，而當(dāng)為了估算質(zhì)量而進(jìn)行測(cè)量時(shí)，則可顯示出為質(zhì)量估算測(cè)量的樣品的數(shù)目。
在尚未制定標(biāo)定曲線的情況下，如上所述，在收割前30天測(cè)量多個(gè)例如100個(gè)來(lái)自一塊土地或一個(gè)品種的樣品的吸光率并存貯在RAM 34內(nèi)。將所測(cè)出的吸光率按圖1所示方法進(jìn)行處理以制定標(biāo)定曲線。也就是說(shuō)，在種植小麥的情況下，在測(cè)定吸光率30天后，對(duì)其葉片樣品16測(cè)定過(guò)吸光率的每株麥子長(zhǎng)熟后的麥粒進(jìn)行化學(xué)分析36并對(duì)應(yīng)于每個(gè)樣品吸光率測(cè)出蛋白質(zhì)含量，將所測(cè)定的蛋白質(zhì)化學(xué)分析值通過(guò)鍵盤(pán)輸入到小型計(jì)算機(jī)35中，并通過(guò)測(cè)定儀1的接口28將已存儲(chǔ)的100個(gè)樣品的吸光率輸入小型計(jì)算機(jī)35中，隨后的程序跟上面所述的確定公式(1)所用的程序相同，然后通過(guò)保持蛋白質(zhì)含量值與吸光率值之間的關(guān)系制定出標(biāo)定曲線，其中的常數(shù)通過(guò)回歸分析確定。將上述制定的標(biāo)定曲線反饋并存儲(chǔ)到吸光率測(cè)定儀1的ROM 33內(nèi)。
然后，為了估價(jià)小麥質(zhì)量，由吸光率測(cè)定儀1在收割前30天測(cè)定正在生長(zhǎng)的葉片樣品16的吸光率并存儲(chǔ)在RAM 34內(nèi)。當(dāng)將存貯在RAM 34內(nèi)的吸光率加在存儲(chǔ)于吸光率測(cè)定儀1的ROM33內(nèi)的標(biāo)定曲線(公式(1))上時(shí)，便可計(jì)算出收割后的蛋白質(zhì)含量并顯示在液晶顯示器26上例如“13.8P”。通常對(duì)一個(gè)樣品葉片存儲(chǔ)有多個(gè)吸光率。在本實(shí)施例中，由每個(gè)光源3、4得出吸光率測(cè)定結(jié)果，并與有關(guān)的樣品數(shù)一起存儲(chǔ)。通過(guò)增加光源數(shù)或通過(guò)交換濾光片14、15就有可能增加一個(gè)樣品的吸光率的測(cè)定數(shù)目。在此情況下，如果將計(jì)算葉片中含氮量的標(biāo)定曲線預(yù)先存儲(chǔ)在ROM 33內(nèi)，便可根據(jù)已存儲(chǔ)在RAM 34內(nèi)的吸光率計(jì)算出葉片內(nèi)的含氮量，并且液晶顯示器26除了顯示蛋白質(zhì)含量外，還顯示出氮含量例如“4.3N”。
如果對(duì)葉片樣品16測(cè)定兩次吸光率(也就是收割前30天和40天各一次)，就會(huì)發(fā)生如下情況。在標(biāo)定曲線尚未制定的情況下，從一塊田地或一個(gè)品種在收割前40天測(cè)定多個(gè)(例如100個(gè))葉片樣品的吸光率，并存貯在RAM 34內(nèi)，隨著作物繼續(xù)生長(zhǎng)，又在收割前30天按照上述的收割前40天的取樣方式測(cè)定多個(gè)樣品的吸光率并同樣存貯在RAM34內(nèi)。從測(cè)定過(guò)收割前30天的吸光率之日起30天后，對(duì)其葉片樣品16測(cè)定過(guò)吸光率的每株麥子成熟后摘取的麥粒，對(duì)應(yīng)于各樣品吸光率進(jìn)行化學(xué)分析36，以測(cè)定各自的蛋白質(zhì)含量。將所測(cè)定的蛋白質(zhì)含量的化學(xué)分析值通過(guò)鍵盤(pán)輸入輕型計(jì)算機(jī)35，并通過(guò)測(cè)定儀1的接口28原先存儲(chǔ)的收割前40天和30天測(cè)定的100個(gè)樣品的吸光率輸入小型計(jì)算機(jī)35中。然后按照與上面所述確定公式(2)相同的程序，保持蛋白質(zhì)含量與吸光率之間的關(guān)系，通過(guò)回歸分析確定各個(gè)常數(shù)，從而制定標(biāo)定曲線，將所制定的標(biāo)定曲線反饋并存儲(chǔ)在吸光率測(cè)定儀1的ROM 33內(nèi)。
為了評(píng)價(jià)小麥質(zhì)量，用吸光率測(cè)定儀1測(cè)出收割前30天和40天正在生長(zhǎng)的樣品葉片16的吸光率并存儲(chǔ)在RAM 34內(nèi)。當(dāng)將存儲(chǔ)在RAM 34內(nèi)的吸光率加在存儲(chǔ)在吸光率檢測(cè)儀的ROM 33內(nèi)的標(biāo)定曲線(公式(2))時(shí)，便可計(jì)算出收割后的蛋白質(zhì)含量并在液晶顯示器26上顯示出來(lái)，例如“13.8P”，上述得到的值不是通過(guò)計(jì)算和與收割前40天和30天的吸光率無(wú)關(guān)的蛋白質(zhì)含量的平均值。在該值中，如同在制定標(biāo)定曲線(公式(2))時(shí)通過(guò)多元回歸分析確定各常數(shù)那樣，考慮到兩次測(cè)量中吸光率的變化，所以，上述標(biāo)定曲線能適應(yīng)由環(huán)境變化引起的小麥作物生長(zhǎng)的變化。
在液晶顯示器26上，可顯示出術(shù)語(yǔ)“30天”和“40天”，另外，在ROM 33存儲(chǔ)的標(biāo)定曲線不僅對(duì)應(yīng)于30天的公式(1)以及30天和40天的公式(2)，而且對(duì)應(yīng)于40天的公式(3)。這樣，液晶顯示器26可以用“40天”代表收割前40天測(cè)定的蛋白質(zhì)含量的估算值，另外在“30天”代表收割前30天測(cè)定的蛋白質(zhì)含量的估算值，從而可直觀地確定40天前獨(dú)立估算的和30天前獨(dú)立估算的蛋白質(zhì)含量的變化。而且，按照公式(2)，可以從收割前30天的吸光率和收割前40天的吸光率兩者綜合地估算出收割時(shí)的蛋白質(zhì)含量。
順便說(shuō)到，當(dāng)制定標(biāo)定曲線或評(píng)價(jià)收割后的質(zhì)量時(shí)，從正在生長(zhǎng)的小麥作物的葉片中確定出葉片樣品16，該葉片樣品16被插入測(cè)定儀1中要使它在測(cè)量時(shí)不受損壞。該葉片樣品在測(cè)量時(shí)不從小麥作物上摘下，所以不影響隨后的生長(zhǎng)。透射光量與從該透射光量估算的質(zhì)量之間的關(guān)系可在制定標(biāo)定曲線的時(shí)候起保持不變，故可很精確地估價(jià)小麥的質(zhì)量。
在制定標(biāo)定曲線過(guò)程中，由于是從同一株麥子測(cè)定收割前30-40天的葉片信息和收割后的質(zhì)量信息而不影響作物生長(zhǎng)，故可保證在制定標(biāo)定曲線和制定標(biāo)定曲線后的質(zhì)量評(píng)估時(shí)精確地制定標(biāo)定曲線和評(píng)價(jià)小麥質(zhì)量。
制定標(biāo)定曲線后，可在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)測(cè)量結(jié)果，所以就可在無(wú)需復(fù)雜過(guò)程例如化學(xué)分析的情況下進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。確認(rèn)測(cè)量的值可在田地里進(jìn)行，故可在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)第三者提供信息，而且，如果具有輸出裝置，就更可容易地將上述的值提供給第三者，因此，可提高買(mǎi)方的判斷精確程度，而生產(chǎn)者則可提供質(zhì)量保證，使買(mǎi)方毫不猶豫地購(gòu)買(mǎi)。
雖然上面按最佳實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)明白，上面所用的言詞是說(shuō)明性的而不是限制性的，在不背離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的真實(shí)范圍的情況下可進(jìn)行在所附權(quán)利要求的權(quán)限內(nèi)的改變。
權(quán)利要求
1.一種在收割前從正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物評(píng)估待收割谷物的質(zhì)量的方法，該方法包含如下步驟根據(jù)在谷類(lèi)作物生長(zhǎng)期間的預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物的葉片照射具有預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光而測(cè)定的與谷物的特定質(zhì)量有關(guān)的吸光率和對(duì)相同谷物在收割后測(cè)定的特定質(zhì)量確定評(píng)估谷物收割后的特定質(zhì)量的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；和根據(jù)上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和在預(yù)定時(shí)間從正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物的葉片測(cè)定的與上述特定質(zhì)量有關(guān)的吸光率評(píng)估待收割谷物未來(lái)的質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1評(píng)估谷物質(zhì)量的方法，其特征在于，上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)是從在作物生長(zhǎng)期間的多個(gè)預(yù)定時(shí)間測(cè)出的各個(gè)吸光率和對(duì)收割后的同一谷物測(cè)定的特定質(zhì)量綜合確定的，待收割谷物的質(zhì)量是根據(jù)上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和在上述的多個(gè)預(yù)定時(shí)間內(nèi)從正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物的葉片測(cè)定的與上述特定質(zhì)量相關(guān)的各個(gè)吸光率綜合評(píng)估的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的評(píng)估谷物質(zhì)量的方法，其特征在于，上述的特定質(zhì)量與蛋白質(zhì)含量有關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的評(píng)估谷物質(zhì)量的方法，其特征在于，上述的在不同的預(yù)定時(shí)間評(píng)估的谷物質(zhì)量可同時(shí)顯示出來(lái)。
5.一種用于從收割前正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物評(píng)估待收割谷物未來(lái)的質(zhì)量的裝置，含有一個(gè)可對(duì)谷類(lèi)作物的葉片照射具有預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光的光源部件；一個(gè)用于接收通過(guò)對(duì)正在生長(zhǎng)的作物的葉片照射來(lái)自上述光源部件的光而獲得的透射光和反射光中的至少一種光的光接收器；一個(gè)用于存儲(chǔ)評(píng)估收割后的谷物特定質(zhì)量的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)的存儲(chǔ)器，上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)是根據(jù)在谷物生長(zhǎng)期間的預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物葉片照射光而測(cè)定的吸光率以及對(duì)收割后從同一谷物測(cè)定的特定質(zhì)量計(jì)算確定的；一個(gè)用于由上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和從上述的光接收器在預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物的葉片接收的光量轉(zhuǎn)換的吸光率計(jì)算谷物質(zhì)量的計(jì)算機(jī)；和一個(gè)用于視覺(jué)顯示由上述計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果的顯示器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的評(píng)估谷物質(zhì)量的裝置，其特征在于，上述的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用于評(píng)估收割后的谷物的特定質(zhì)量的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，該質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)是由多次預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物葉片照射光而測(cè)定的各吸光率和對(duì)收割后的相同谷物測(cè)定的特定質(zhì)量綜合計(jì)算出來(lái)的，上述的存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)各個(gè)光接收量或在多次預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物葉片照射光而測(cè)出的光接收量換算的各個(gè)吸收率，其特征還在于，上述的計(jì)算器在若干預(yù)定時(shí)間將被正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物葉片接收的光量換算成吸光率，并且待收割谷物的未來(lái)的質(zhì)量是根據(jù)上述的吸光率和上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)綜合計(jì)算的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的估價(jià)谷物質(zhì)量的裝置，其特征在于，上述的特定質(zhì)量與蛋白質(zhì)含量有關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的評(píng)估谷物質(zhì)量的裝置，其特征在于，上述的顯示器的結(jié)構(gòu)可以同時(shí)顯示出在不同預(yù)定時(shí)間評(píng)估的谷物質(zhì)量。
全文摘要
一種用于在收割前從正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物估價(jià)待收割谷物的未來(lái)質(zhì)量的方法和裝置。所述的方法包含如下步驟:根據(jù)在作物生長(zhǎng)期間的預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物葉片照射具有預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光測(cè)出的與谷物具體質(zhì)量有關(guān)的吸光率和對(duì)收割后的相同谷物測(cè)出的具體質(zhì)量來(lái)確定評(píng)價(jià)收割后的該谷物的具體質(zhì)量的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù);根據(jù)上述的質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)和在預(yù)定時(shí)間對(duì)正在生長(zhǎng)的谷類(lèi)作物葉片測(cè)出的與上述特定質(zhì)量有關(guān)的吸光率來(lái)評(píng)估待收割谷物的未來(lái)質(zhì)量。可以在谷類(lèi)作物生長(zhǎng)期間從簡(jiǎn)單的方法測(cè)出評(píng)價(jià)谷物質(zhì)量的吸光率。
文檔編號(hào)G01N21/35GK1265469SQ0010371
公開(kāi)日2000年9月6日 申請(qǐng)日期2000年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月2日
發(fā)明者佐竹覺(jué), 保坂幸男, 丸山秀春, 中村信彥, 柳下信治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社佐竹制作所