(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210993535.8 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街 (72)发明人 张垚　金立松　高新明　张荣旭　 何宗泰　张鑫城　陈万垚　吴开华　 (74)专利代理 机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33240 专利代理师 陈炜 (51)Int.Cl. G01N 21/55(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装 置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种叶片叶绿素a、 b含量便携 式无损检测装置及方法。 该装置包括外壳、 控制 模块和叶片检测模块。 叶片检测模块包括夹持 座、 压片、 控制开关、 光源组件和光照强度传感 器。 夹持座设置在外壳上。 夹持座侧部开设有透 光窗口， 并安装有控制开关。 控制开关采用自复 位按钮开关。 光照强度传感器安装在夹持座内， 且朝向透光窗口。 光源组件包括三个发光单元。 发光单元均包括LED灯、 滤光片和导光线。 LED灯 安装在外壳内。 LED灯的出光部均安装有滤光片； 导光线用于将LED灯射出的经滤光片滤光处理后 的光线传导至透光窗口输 出。 本发明使用LED灯、 16nm带宽的滤光片与光照强度传感器相配合， 实 现了对叶片叶绿素a、 b的无损单独 检测。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115356296 A 2022.11.18 CN 115356296 A 1.一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 包括外壳(3)、 控制模块(7)和叶片检 测模块； 其特征在于： 所述的叶片检测模块包括夹持座(9)、 压片(2)、 控制开关(4)、 光源组 件和光照强度传感器(6)； 夹持座(9)设置在外壳(3)上； 夹持座(9)侧部开设有透光窗口， 并 安装有控制开关(4)； 控制开关(4)采用自复位按钮开关； 光照强度传感器(6)安装在夹持座 (9)内， 且朝向透光窗口； 光源组件(5)包括三个发光单元； 发光单元均包括LED灯(5)、 滤光 片和导光线； LED灯(5)安装在外壳内； LED灯的出光部均安装有滤光片； 导光线用于将LED灯 射出的经滤光片滤光处理后的光线传导至透光窗口输出； 各滤光片的中心波长分别为 650nm、 700nm、 900nm， 带宽均为16nm； 所述的压片(2)转动连接在夹持座(9)开设有透光窗口 的侧面； 压片(2)能够转动至覆盖透光窗口， 并按压控制开关(4)的位置； 控制模块(7)用于 控制各LED发光， 并接收光照强度传感器(6)检测到的反射 光强度信号。 2.根据权利要求1所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 其特征在于： 还包括显示模块(1)； 显示模块(1)安装外壳(3)的侧 部， 用于显示叶片叶绿素a、 b含量的检 测结果。 3.根据权利要求2所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 其特征在于： 所述的压片(2)与显示模块(1)位于 外壳的同一侧。 4.根据权利要求1所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 其特征在于： 所述的LED灯(5)由能够输出恒定电流的LED驱动电路(8)驱动进行发光。 5.根据权利要求1所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 其特征在于： 所述的导 光线采用黑皮光纤线。 6.根据权利要求1所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 其特征在于： 所述的压片(2)与夹持座(9)之间安装有扭簧； 扭簧对压片(2)施加远离 夹持座(9)的弹力。 7.根据权利要求1所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装置， 其特征在于： 所述的控制开关(4)被按下时开始进行检测。 8.如权利要求1 ‑7中任意一项所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测方法， 其 特征在于： 采用如权利要求1所述的检测装置； 该 方法包括以下步骤： 步骤一、 使用压片(2)与夹持座(9)夹住被测叶片， 且被测叶片完全覆盖夹持座(9)上的 透光窗口； 压片(2)将控制开关(4)按下； 步骤二、 控制模块(7)控制三个LED灯(5)依次发光， 光照强度传感器(6)分别检测被测 叶片反射三个不同波段的反射光强度； 进而获取被测叶片对650nm、 700nm、 900nm光线的反 射率； 步骤四、 计算叶绿素a的含量如下： Ca＝33.99*ln(R900/R700)‑3.41*ln(R900/R650)‑7.54； 计算叶绿素b的含量Cb的含量如下： Cb＝3.86*ln(R900/R650)‑1.32*10‑8*ln(R900/R700)+3.47 其中， Ca和Cb的单位均为ug/ cm2。 9.根据权利要求8所述的一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测方法， 其特征在于： 被测叶片对650nm、 700n m、 900nm光线的反射率， 通过将被测叶片 对650nm、 700nm、 900n m波段 光线的反射光强度除以入射光强度； 入射光强度通过使用标准白板覆盖透光窗口后， 三个 LED灯(5)依次发光的方式， 由光照强度传感器(6)检测得到 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115356296 A 2一种叶片叶绿素a、 b含量便携式无损检测装 置及方法 技术领域 [0001]本发明属于叶片叶绿素无损检测技术领域， 具体涉及一种叶片叶绿素a、 b含量便 携式无损检测装置及方法。 背景技术 [0002]叶绿素a、 b的含量是植物生理生态特性的重要评价指标， 测量植物叶片叶绿素a、 b 的含量可以了解植物的生长状态， 预测农作物产量， 评价植物的抗旱性、 抗寒性， 对于生产 生活具有重要意义。 目前对叶绿素a、 b含量的检测分析主要通过化学的有损检测分析， 而这 些方法都需要对叶片进行处理费时费力， 还会使用到某些有毒溶液如丙醇。 化学检测方法 已经不能满足对植物的生态监测需求。 目前常见 的叶绿素仪只能检测总叶绿素含量， 对叶 绿素a、 b分别检测的仪器未见报道。 需要一种低成本的便携式叶绿素a、 b含量检测 仪， 实现 对叶片叶绿素a、 b的快速检测。 [0003]植物的光合色素包括类胡萝卜素和叶绿素， 叶绿素在光合作用中起核心作用。 叶 绿素a、 b是绿色植物叶片光合色素 的主要成分。 高等植物果实产量和作物产量的干物质中 有机质主要由叶绿素a和b形成。 叶绿素a和b 在植物中发挥 不同的作用。 叶绿素a在光合作用 中起主导作用， 在吸收光和将光能转化为化学能方面起着双重作用。 叶绿素b是一种光合作 用的辅助色素， 其主要作用是在低照度 环境下增加植物对光的吸收。 因此， 植物可以通过调 节叶绿素a、 b的含量和比例来适应不同的光环境。 因此植物可以调整叶绿素a、 b的含量和比 值以适应不同的光照环 境。 如阴生植物与阳生植物， 阳生植物的叶绿素a、 b含量均比阴生植 物的高， 同时阴生植物的叶绿素a/b值比阳生植物小。 植物叶片中的叶绿素a/b为满足植物 不同生长时期的需求， 植物叶片中的叶绿素a/b的值也会发生改变， 常见成熟叶片中叶绿素 a、 b比值稳定在3:1左右， 而在幼叶、 老叶或胁迫下叶片的叶绿素a/b小于或远小于 3:1。 [0004]叶绿素含量在农作物选种中有指导作用。 水稻是我国的主要粮食作物选育叶绿素 含量高而叶绿素a/b值低的品种对于提高水稻产量有重要意义。 小麦是当今世界上最主要 粮食作物， 小麦种子的萌发率与小麦叶绿素含量成正相关。 [0005]近年来随着光谱技术的发展， SPAD ‑501叶绿素测量仪在二十世 纪八十年代被日本 研制出来。 第二代SPAD ‑502， 在全世界广泛使用， 用于指导农作物氮素管理。 其工作原理是 通过650nm,940nm的光源发光， 测量光源 经过叶片的透过率， 计算SPAD值， 反演叶绿素含量。 同样使用透射法的还有美国CM ‑1000叶绿素仪、 美国的CCM200、 英国汉莎的CL ‑01叶绿素仪 等。 国内的有浙江大学的TYS ‑3N、 上海点将的ECa ‑051等。 但只能测量总体叶绿素含量， 不能 满足植物 生态检测的需求。 能够 对叶绿素a、 b分别检测的仪器大多只能在实验室中使用， 价 格昂贵、 操作复杂。 [0006]申请号为“2021112943641 ”， 名称为“基于光谱波段重叠分离的叶片叶绿素a、 b含 量反演方法 ”提供了一种依靠高光谱设备进 行叶片叶绿素a、 b独立检测的方法； 但是其依赖 于波段误差1nm的高光谱设备， 导致该方法的检测成本十 分高昂。 综上， 目前具有造价较低、 便于使用的叶片叶绿素a、 b含量无损检测仪器尚未实现， 因此 具有极大的发展前 景。说　明　书 1/5 页 3 CN 115356296 A 3