一種葡萄果實(shí)活體智能測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

趙 軍 趙成娟 高林森

(1石家莊益康農(nóng)科技發(fā)展有限公司 河北 石家莊 050051；2河北一獸藥業(yè)有限公司 河北 石家莊050051；3河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所 河北 石家莊 050051)

現(xiàn)有測(cè)量果實(shí)尺寸儀器主要為游標(biāo)卡尺和線性位移傳感器(linear variable displacement transducers，LVDTs)以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)。游標(biāo)卡尺不能連續(xù)測(cè)量果實(shí)大小，且不易控制果體上測(cè)量位置和卡尺夾持力度，會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差；線性位移傳感器，其測(cè)量精度高且能連續(xù)測(cè)量果實(shí)大小，國(guó)內(nèi)外研究者已使用該傳感器對(duì)植物生長(zhǎng)與生長(zhǎng)環(huán)境間關(guān)系進(jìn)行過(guò)許多研究[1～2]，不足之處是測(cè)量時(shí)傳感器與植物果實(shí)體接觸，不可避免對(duì)果實(shí)生長(zhǎng)造成影響[3]，且本類(lèi)產(chǎn)品基本為進(jìn)口產(chǎn)品，性?xún)r(jià)比較低。計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)[4～5]能對(duì)植物的生長(zhǎng)特征參數(shù)進(jìn)行非接觸、非破壞式測(cè)量，但測(cè)量相機(jī)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(cè)量。葡萄花序?yàn)槿彳杌ㄐ颍胗稍S多密集的果粒組成，以上測(cè)量方法都不太方便。在葡萄研究過(guò)程中，葡萄果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的數(shù)據(jù)測(cè)量一直是個(gè)難題。

1 裝置設(shè)計(jì)

1.1 裝置測(cè)量原理。采取溢水法測(cè)量葡萄果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，在一個(gè)半徑r的圓形容器里加一定的水，高度為h1，把葡萄果實(shí)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(gòu)成。本裝置主要由測(cè)量系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)2部分組成。測(cè)量系統(tǒng)主要包括測(cè)量桶、測(cè)量桶平衡架、計(jì)量器及數(shù)據(jù)記錄儀和儲(chǔ)水箱4部分。支撐系統(tǒng)主要包括4根裝置腿、升降臺(tái)、裝置把手、支撐平臺(tái)及橡膠輪5部分。

1.3 裝置各部分功能

1.3.1 支撐平臺(tái)。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(dòng)。并安裝了升降臺(tái)，可以根據(jù)測(cè)量葡萄果實(shí)的位置高低調(diào)節(jié)測(cè)量桶的高度，使測(cè)量果實(shí)接近測(cè)量桶水面，使測(cè)量果實(shí)完全浸入測(cè)量桶水中。

1.3.2 測(cè)量桶平衡架。安裝在升降臺(tái)上，外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間有轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，可以繞軸相互轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)環(huán)用同樣的方式與測(cè)量桶連接，但轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向與外環(huán)內(nèi)環(huán)連接軸方向垂直。這樣的結(jié)構(gòu)可以使測(cè)量桶加水后一直處于水平狀態(tài)，保證測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性。

1.3.3 測(cè)量桶。為儲(chǔ)水容器，沿測(cè)量桶內(nèi)側(cè)裝有容積定位管，定位管為中空管，當(dāng)水位超過(guò)管子上端時(shí)水從管子中部流出測(cè)量桶，流過(guò)計(jì)量器后進(jìn)入儲(chǔ)水箱。

1.3.4 計(jì)量器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要功能是測(cè)量流過(guò)的水的體積，并記錄測(cè)量，自動(dòng)生成調(diào)查表格保存到SD卡上。

1.3.5 儲(chǔ)水箱。既能儲(chǔ)存測(cè)量桶溢出的水，也可以放水加到測(cè)量桶內(nèi)，使水得到循環(huán)利用，方便野外操作。

2 裝置測(cè)量過(guò)程

整個(gè)測(cè)量過(guò)程如圖1所示。

圖1 葡萄果實(shí)活體智能測(cè)量裝置測(cè)量流程

3 裝置使用案例

利用本裝置在設(shè)施葡萄種植基地進(jìn)行果實(shí)階段性測(cè)量，結(jié)果如表1和圖2，從中可以發(fā)現(xiàn)，利用該智能測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量可以很好的反映葡萄果實(shí)膨大期的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)和個(gè)性差異。

圖2 葡萄生長(zhǎng)曲線圖

表1 葡萄果實(shí)調(diào)查表 (單位：cm3)

4 結(jié)論

本裝置采用了常規(guī)的溢水法測(cè)量葡萄果實(shí)大小，設(shè)計(jì)了升降平臺(tái)便于高低位果實(shí)的測(cè)量，同時(shí)加入了智能計(jì)量測(cè)量系統(tǒng)，能精準(zhǔn)的計(jì)算出測(cè)量結(jié)果并把數(shù)據(jù)保存到儀器的SD卡上，可以方便把數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行后期數(shù)據(jù)整理。通過(guò)使用發(fā)現(xiàn)，本裝置操作簡(jiǎn)單，誤差小，精準(zhǔn)度高，很好的反映了葡萄果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，具有極高的推廣價(jià)值。