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基于声发射原理的植物病害无损检测技术研究

作　者: 李玲玲
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: 声发射无损检测虚拟仪器病害胁迫
分类号: S432
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

植物在生长过程中会遭受多种环境胁迫,包括异常的温度,缺少水分,不利的土壤化学和物理条件等,而病害胁迫是限制植物生长发育、基因表达和产量的重要因子。在我国,由于生态环境、栽培技术、植物品种等因素的变化以及植物生长环境的日趋恶化,植物病害现象有不断加重的趋势,并且由于过多使用农药,极大威胁着我国粮食安全。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,以声发射技术为理论依据,探讨木本植物在病害胁迫状态下产生超声波声源信号的机理,建立植物声源信号与病害预测、病害种类、病变部位、病害程度以及与蒸腾量、土壤水分、大气饱和亏、气温、光照,营养物质等多因子综合的数学机理模型,确定声源信号与病害程度、植物生理状态的量化关系,并以此为依据,探讨梧桐树出现病态的无损检测。本系统选用PCI-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,研究和开发了植物声发射与病害胁迫之间信息的实时采集、检测系统,并以健康梧桐树和病害胁迫梧桐树植物作为研究对象在温室内进行了对比实验研究。结果表明,健康植物的声发射具有一定的生理周期规律,一般会出现“双峰区”,而病害胁迫植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,随即植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,可以看做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植物病害程度、生理状态的关系,探讨植物的科学管理、及时的病害监控与检测,使各种植物达到理论上的最大经济效益、生态效益和社会效益。论文还讨论了木本植物的病害预测和自动化农药变量喷施,将会成为植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  9-23
  1.1 研究背景  9
  1.2 国内外关于植物病害胁迫的研究进展及现状  9-11
    1.2.1 国内外研究历史、现状  9-11
    1.2.2 发展趋势  11
  1.3 植物病害胁迫的工程检测与诊断方法  11-15
    1.3.1 基于模式识别技术的植物病害胁迫检测  11-12
    1.3.2 基于图像处理技术的植物病害胁迫检测  12-14
    1.3.3 基于遥感技术的植物病害胁迫检测  14-15
  1.4 声发射技术在植物病害胁迫中的应用  15-22
    1.4.1 声发射理论基础  15
    1.4.2 声发射信号的特征分析  15-17
    1.4.3 声发射检测技术  17-18
    1.4.4 植物声发射现象  18-21
    1.4.5 病害胁迫下植物的声发射现象  21-22
  1.5 影响植物蒸腾作用的外界因素  22-23
2 系统总体设计  23-34
  2.1 虚拟仪器技术及应用  23-29
    2.1.1 虚拟仪器的概念及特点  23
    2.1.2 虚拟仪器的分类及发展  23-25
    2.1.3 虚拟仪器的构成方案  25-27
    2.1.4 虚拟仪器的前景展望  27-29
    2.1.5 农业测试中引入虚拟仪器的意义  29
  2.2 检测参数与检测方法的确定  29-31
  2.3 检测系统总体结构及功能实现  31-32
  2.4 抗干扰技术  32-34
    2.4.1 硬件抗干扰技术  32-33
    2.4.2 软件抗干扰技术  33-34
3 系统硬件设计  34-40
  3.1 硬件结构设计方案  34-35
  3.2 仪器设备介绍  35-40
    3.2.1 温湿度传感器  35
    3.2.2 CO_2浓度传感器  35-36
    3.2.3 光照度变送器  36
    3.2.4 AE传感器和新型AE信号监测仪PCI-2  36-37
    3.2.5 PCI-8333数据采集卡  37-38
    3.2.6 电子天平  38-39
    3.2.7 自制温度、湿度、CO_2浓度指示仪  39
    3.2.8 PC机  39-40
4 系统软件设计  40-53
  4.1 软件开发与运行环境  40-42
  4.2 PC机与硬件设备的通信实现  42-46
    4.2.1 PC机与PCI-8333数据采集卡的通信  42-45
    4.2.2 PC机与电子天平RS232串口的通信  45-46
  4.3 系统软件实现功能分析  46-53
    4.3.1 参数设定模块  47-49
    4.3.2 数据采集模块  49
    4.3.3 数据存储和实时显示模块  49-51
    4.3.4 数据管理模块  51-53
5 材料与方法  53-55
  5.1 实验材料  53
  5.2 试验方法  53-55
6 结果与讨论  55-64
  6.1 健康植株的声发射信号  55
  6.2 病害胁迫植物的声发射信号  55-64
7 结论  64-66
  7.1 主要研究工作  64
  7.2 结论  64-66
8 展望  66-67
9 参考文献  67-72
10 攻读硕士学位期间发表论文情况  72-73
11 致谢  73

基于声发射原理的植物病害无损检测技术研究

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