一種葡萄果實活體智能測量裝置的設計

趙 軍 趙成娟 高林森

(1石家莊益康農科技發展有限公司 河北 石家莊 050051；2河北一獸藥業有限公司 河北 石家莊050051；3河北省農林科學院農業信息與經濟研究所 河北 石家莊 050051)

現有測量果實尺寸儀器主要為游標卡尺和線性位移傳感器(linear variable displacement transducers，LVDTs)以及計算機視覺測量技術。游標卡尺不能連續測量果實大小，且不易控制果體上測量位置和卡尺夾持力度，會給測量結果帶來誤差；線性位移傳感器，其測量精度高且能連續測量果實大小，國內外研究者已使用該傳感器對植物生長與生長環境間關系進行過許多研究[1～2]，不足之處是測量時傳感器與植物果實體接觸，不可避免對果實生長造成影響[3]，且本類產品基本為進口產品，性價比較低。計算機視覺測量技術[4～5]能對植物的生長特征參數進行非接觸、非破壞式測量，但測量相機拍照操作比較難，特別是在植株上操作更難，不適合大批樣品測量。葡萄花序為柔荑花序，果穗由許多密集的果粒組成，以上測量方法都不太方便。在葡萄研究過程中，葡萄果實生長發育的數據測量一直是個難題。

1 裝置設計

1.1 裝置測量原理。采取溢水法測量葡萄果實生長發育過程，在一個半徑r的圓形容器里加一定的水，高度為h1，把葡萄果實完全浸入容器水中，水面上升高度至h2，則葡萄的體積V=3.14r2(h2-h1)。

1.2 裝置構成。本裝置主要由測量系統和支撐系統2部分組成。測量系統主要包括測量桶、測量桶平衡架、計量器及數據記錄儀和儲水箱4部分。支撐系統主要包括4根裝置腿、升降臺、裝置把手、支撐平臺及橡膠輪5部分。

1.3 裝置各部分功能

1.3.1 支撐平臺。安裝在4條裝置腿上，后面的2條腿上安裝有橡膠輪，方便在葡萄行間移動。并安裝了升降臺，可以根據測量葡萄果實的位置高低調節測量桶的高度，使測量果實接近測量桶水面，使測量果實完全浸入測量桶水中。

1.3.2 測量桶平衡架。安裝在升降臺上，外環與內環之間有轉動軸連接，可以繞軸相互轉動。內環用同樣的方式與測量桶連接，但轉動軸方向與外環內環連接軸方向垂直。這樣的結構可以使測量桶加水后一直處于水平狀態，保證測量結果的精準性。

1.3.3 測量桶。為儲水容器，沿測量桶內側裝有容積定位管，定位管為中空管，當水位超過管子上端時水從管子中部流出測量桶，流過計量器后進入儲水箱。

1.3.4 計量器及數據采集系統。主要功能是測量流過的水的體積，并記錄測量，自動生成調查表格保存到SD卡上。

1.3.5 儲水箱。既能儲存測量桶溢出的水，也可以放水加到測量桶內，使水得到循環利用，方便野外操作。

2 裝置測量過程

整個測量過程如圖1所示。

圖1 葡萄果實活體智能測量裝置測量流程

3 裝置使用案例

利用本裝置在設施葡萄種植基地進行果實階段性測量，結果如表1和圖2，從中可以發現，利用該智能測量裝置進行測量可以很好的反映葡萄果實膨大期的生長發育特點和個性差異。

圖2 葡萄生長曲線圖

表1 葡萄果實調查表 (單位：cm3)

4 結論

本裝置采用了常規的溢水法測量葡萄果實大小，設計了升降平臺便于高低位果實的測量，同時加入了智能計量測量系統，能精準的計算出測量結果并把數據保存到儀器的SD卡上，可以方便把數據導入計算機中進行后期數據整理。通過使用發現，本裝置操作簡單，誤差小，精準度高，很好的反映了葡萄果實的生長發育狀況，具有極高的推廣價值。