本技術(shù)涉及植物電導(dǎo)檢測(cè)，特別是涉及一種基于自適應(yīng)模擬電感的非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、木本植物的莖部主要由外皮、韌皮部、木質(zhì)部、髓等部分構(gòu)成，其中由于木質(zhì)部是植物運(yùn)輸水分的主要通道，其含水率及含水率的變化特性與植物生長(zhǎng)息息相關(guān)，包含了大量生理學(xué)信息。基于含水率與電導(dǎo)的密切關(guān)系，常通過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)對(duì)木質(zhì)部含水率進(jìn)行測(cè)量，其具有響應(yīng)速度快、裝置簡(jiǎn)單、易安裝、易集成等優(yōu)勢(shì)。但是現(xiàn)有的基于電導(dǎo)的木質(zhì)部含水率測(cè)量方法通常需要將檢測(cè)電極插入植物內(nèi)部，即刺穿外皮和韌皮部使得電極與木質(zhì)部直接接觸。這種侵入式的測(cè)量方法有如下不足之處：1)會(huì)造成植物損傷增加感染各種病害的風(fēng)險(xiǎn)；2)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量后在傷口處會(huì)產(chǎn)生因傷修復(fù)組織破壞測(cè)量通路；3)電極的存在會(huì)破壞局部的正常水分輸送。因此亟需一種可以在電極不破壞植物本體(即不直接與木質(zhì)部接觸)的前提下實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)測(cè)量的木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)裝置及方法，可在電極不破壞植物本體的前提下實(shí)現(xiàn)木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)測(cè)量，且消除測(cè)量誤差。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)裝置，包括電極模塊、可控模擬電感電路、控制器和相敏解調(diào)模塊；

4、所述電極模塊包括激勵(lì)電極和檢測(cè)電極；所述激勵(lì)電極和所述檢測(cè)電極沿著木本植物莖蔓生長(zhǎng)方向安裝在植物外皮上；

5、所述激勵(lì)電極與交流激勵(lì)源相連，所述檢測(cè)電極與所述可控模擬電感電路的輸入端相連；

6、所述可控模擬電感電路用于產(chǎn)生等效感抗；所述可控模擬電感電路的輸出端與所述相敏解調(diào)模塊的第一輸入端相連；所述可控模擬電感電路包括可調(diào)部件；所述可調(diào)部件的阻值可調(diào)；

7、所述相敏解調(diào)模塊用于采集所述交流激勵(lì)源和所述可控模擬電感電路輸出端的相位差，并將所述相位差反饋至所述控制器；所述相敏解調(diào)模塊的第二輸入端與所述交流激勵(lì)源相連；所述相敏解調(diào)模塊的相位輸出端與所述控制器相連；

8、所述控制器用于：確定所述相位差的調(diào)整目標(biāo)，并判斷所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值在容許偏差范圍內(nèi)，當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)時(shí)，基于所述調(diào)整目標(biāo)調(diào)控所述可控模擬電感電路中可調(diào)部件的阻值；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值在容許偏差范圍內(nèi)時(shí)，將所述相敏解調(diào)模塊的幅值輸出端的輸出結(jié)果作為木本植物木質(zhì)部的輸出電導(dǎo)測(cè)量結(jié)果。

9、可選地，所述可控模擬電感電路包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、運(yùn)算電容和可調(diào)部件；

10、所述第一運(yùn)算放大器和所述第二運(yùn)算放大器的正相輸入端作為所述可控模擬電感電路的輸入端；所述可調(diào)部件的一端與所述第二運(yùn)算放大器的正相輸入端相連，所述可調(diào)部件的另一端與所述第二運(yùn)算放大器的輸出端相連；所述可調(diào)部件與所述控制器連接；所述第三電阻的一端與所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，所述第三電阻的另一端與第二運(yùn)算放大器的輸出端相連；所述第二電阻的一端與所述第一運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述第二電阻的另一端與所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端相連；所述運(yùn)算電容的一端與所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，所述運(yùn)算電容的另一端與所述第一運(yùn)算放大器的輸出端相連；所述第一電阻的一端與所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，所述第一電阻的另一端與所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端相連；所述第三運(yùn)算放大器的正相輸入端接地；所述第四電阻的一端與所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，所述第四電阻的另一端與所述三運(yùn)算放大器的輸出端相連；所述三運(yùn)算放大器的輸出端為所述可控模擬電感電路的輸出端；

11、所述第三運(yùn)算放大器將流過(guò)第一電阻的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并傳輸給所述相敏解調(diào)模塊。

12、可選地，所述可調(diào)部件包括第一數(shù)字電位器和第二數(shù)字電位器；所述第一數(shù)字電位器的一端與所述第二數(shù)字電位器連接，所述第一數(shù)字電位器的另一端與所述第二運(yùn)算放大器的正相輸入端相連；所述第二數(shù)字電位器的一端與所述第二數(shù)字電位器連接，所述第二數(shù)字電位器的另一端與所述第二運(yùn)算放大器的輸出端相連。

13、可選地，所述控制器用于：當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值大于設(shè)定值時(shí)，調(diào)控所述第一數(shù)字電位器的阻值；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值小于設(shè)定值時(shí)，調(diào)控所述第二數(shù)字電位器的阻值。

14、可選地，所述控制器用于：當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)且所述相位差小于調(diào)整目標(biāo)值時(shí)，增大可調(diào)部件的阻值；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)且所述相位差大于調(diào)整目標(biāo)值時(shí)，減小可調(diào)部件的阻值。

15、可選地，所述相位差的調(diào)整目標(biāo)值為-90°。

16、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于上述非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)裝置的非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)方法，包括：

17、獲取交流激勵(lì)源和可控模擬電感電路輸出端的相位差；

18、確定所述相位差的調(diào)整目標(biāo)，并判斷所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值在容許偏差范圍內(nèi)；

19、當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)控可控模擬電感電路中可調(diào)部件的阻值；

20、當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值在容許偏差范圍內(nèi)時(shí)，將相敏解調(diào)模塊的幅值輸出端的輸出結(jié)果作為木本植物木質(zhì)部的輸出電導(dǎo)測(cè)量結(jié)果。

21、可選地，所述可調(diào)部件包括第一數(shù)字電位器和第二數(shù)字電位器；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值大于設(shè)定值時(shí)，調(diào)控所述第一數(shù)字電位器的阻值；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值小于設(shè)定值時(shí)，調(diào)控所述第二數(shù)字電位器的阻值。

22、可選地，當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)控可控模擬電感電路中可調(diào)部件的阻值，具體包括：

23、當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)且所述相位差小于調(diào)整目標(biāo)值時(shí)，增大可調(diào)部件的阻值；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)且所述相位差大于調(diào)整目標(biāo)值時(shí)，減小可調(diào)部件的阻值。

24、可選地，所述非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)方法還包括：當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)且所述相位差小于調(diào)整目標(biāo)值時(shí)，增大可調(diào)部件的阻值；當(dāng)所述相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值不在容許偏差范圍內(nèi)且所述相位差大于調(diào)整目標(biāo)值時(shí)，減小可調(diào)部件的阻值。

25、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

26、本技術(shù)提供了一種非接觸式木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)檢測(cè)裝置及方法，在植物外皮安裝非侵入式電極，通過(guò)交流激勵(lì)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物木質(zhì)部電導(dǎo)的非侵入式測(cè)量；通過(guò)相敏解調(diào)電路獲取交流激勵(lì)源輸入和可控模擬電感電路輸出的相位差，將相位差作為反饋信號(hào)輸入控制器，構(gòu)成一個(gè)以相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值在容許偏差范圍內(nèi)為控制目標(biāo)的負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)控可控模擬電感電路中可調(diào)部件的阻值，達(dá)到相位差與調(diào)整目標(biāo)值的差值在容許偏差范圍內(nèi)這一控制目標(biāo)，以消除木本植物木質(zhì)部自身生長(zhǎng)引起的測(cè)量誤差，可在電極不破壞植物本體的前提下實(shí)現(xiàn)木本植物木質(zhì)部電導(dǎo)測(cè)量，并可自適應(yīng)地消除耦合電容的不利影響。