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作物病害胁迫声发射检测系统的研究

作　者: 郭建莹
导　师: 杨世凤
学　校: 天津科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 病害胁迫声发射检测虚拟仪器
分类号: S432.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

植物在生长过程中常遭受多种环境胁迫,包括异常的温度,缺少水分、不利的土壤化学和物理条件等,尤其由于病害胁迫所引起的植物生长和作物产量的减少日趋严重。在我国,由于作物品种、栽培制度、生态环境等变化及作物生长环境日趋恶化,病害有不断加重趋势,且因过多使用农药造成产品、环境污染,极大威胁着我国粮食安全,解决上述问题其根本出路是大力发展病害综合精准防治,实现农药喷施自动化。本课题以美国国家仪器公司(NI)的虚拟仪器软件开发平台LabWindows/CVI为系统的开发平台,通过声发射传感器采集作物在病害胁迫下发出的超声信号,来探索作物病害胁迫声学特性的发生、发展规律,并适当结合考虑其它生理指标和环境因子,如冠层蒸腾量、光照、CO2浓度、温湿度等,进一步对声发射信号与植物病害状况、其它生理参数等因子的关系进行研究,建立人与植物的对话。本系统选用PC工-2型声发射板卡和R15探头以及电子天平、温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度传感器和PCI-8333数据采集卡构建硬件检测系统,利用虚拟仪器技术构建软件系统,研究和开发了作物声发射与病害胁迫之间信息的实时采集、检测系统,并以健康番茄和病害胁迫番茄作物为对象在温室内进行了对比试验研究。结果表明：健康作物的声发射具有一定的生理周期规律,一般会出现“双峰区”,而病害胁迫作物声发射则会发生畸变,在某一时间声发射频次会突然发生激增,随即作物开始出现染病症状,声发射信号失去规律性；从相关关系来看,植物的声发射频次与蒸腾速率、温度、湿度、CO2浓度、光照强度之间存在一定相关性。声发射频次与蒸腾速率的相关系数具有一定的波动性,且波动性具有一定的植物生理意义,可以看作是与声发射相关的一个重要指标。以此为理论依据,进一步确定声发射信号与作物病害程度、生理状态的关系,探讨主要作物的病害预测和自动化农药变量喷施,将会成为作物生理信号检测与病害综合精准防治的一条新的途径。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 前言  9-22
  1.1 研究背景  9
  1.2 作物病害胁迫的工程检测与诊断方法  9-14
    1.2.1 基于遥感技术的作物病害胁迫检测  9-10
    1.2.2 基于图像处理技术的作物病害胁迫检测  10-12
    1.2.3 基于农业专家系统的作物病害胁迫检测  12-14
  1.3 声发射技术在作物病害胁迫中的应用  14-20
    1.3.1 声发射理论基础  14
    1.3.2 声发射信号的特征分析  14-16
    1.3.3 声发射检测技术  16
    1.3.4 植物声发射现象  16-20
    1.3.5 病害胁迫下作物的声发射现象  20
  1.4 影响植物蒸腾作用的外界因素  20-22
2 系统总体设计  22-31
  2.1 检测参数与检测方法的确定  22-23
  2.2 虚拟仪器技术  23-29
    2.2.1 虚拟仪器的概念  23-24
    2.2.2 虚拟仪器的分类及发展  24-26
    2.2.3 虚拟仪器的构成  26-28
    2.2.4 虚拟仪器的前景展望  28-29
    2.2.5 农业测试中引入虚拟仪器的意义  29
  2.3 系统总体结构  29-31
3 系统硬件设计  31-38
  3.1 硬件结构设计方案  31-32
  3.2 仪器设备介绍  32-38
    3.2.1 温湿度传感器  32
    3.2.2 CO_2浓度传感器  32-33
    3.2.3 光照度变送器  33
    3.2.4 AE传感器和PCI-2型数据采集卡  33-35
    3.2.5 PCI-8333数据采集卡  35-36
    3.2.6 电子天平  36
    3.2.7 自制温度、湿度、CO_2浓度、光照度指示仪  36-37
    3.2.8 PC机  37-38
4 系统软件设计  38-51
  4.1 软件开发与运行环境  38-40
  4.2 PC机与硬件设备的通信实现  40-43
    4.2.1 PC机与PCI-8333数据采集卡的通信  40-42
    4.2.2 PC机与电子天平RS232串口的通信  42-43
  4.3 系统软件总体设计及实现的功能  43-51
    4.3.1 参数设定模块  44-46
    4.3.2 数据采集模块  46-47
    4.3.3 数据存储和实时显示模块  47-49
    4.3.4 数据管理模块  49-51
5 材料与方法  51-55
  5.1 试验材料  51-52
  5.2 试验方法  52-55
6 结果与讨论  55-65
  6.1 健康植株的声发射信号  55-56
  6.2 病害胁迫植株的声发射信号  56-60
  6.3 植株的声发射与环境因子的关系  60-65
7 结论  65-67
  7.1 主要研究工作  65
  7.2 结论  65-67
8 展望  67-68
9 参考文献  68-73
10 攻读硕士学位期间发表论文情况  73-74
11 致谢  74

作物病害胁迫声发射检测系统的研究

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