Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ РАСТЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Ильин Виктор Николаевич Дубешко Александр Викторович Михаевич Денис Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ определения высоты растения, в котором область измерения разбивают на первый и второй измерительные диапазоны в соотношении соответственно 2/5 и 3/5 максимально возможной высоты растения, формируют два соосных зондирующих пучка света, каждый из которых соответствует одному измерительному диапазону, направленных к поверхности земли и модулированных в противофазе друг к другу, фокусируют каждый зондирующий пучок в точку, делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, затем формируют на плоскости регистрации под одним и тем же углом триангуляции для обоих диапазонов изображения диффузных пятен света, полученных на листьях растения и на почве, определяют их взаимное местоположение в различных точках плоскости регистрации, по которому методом триангуляции вычисляют высоту растения, отличающийся тем, что одновременно с формированием изображения упомянутых 17726 1 2013.12.30 диффузных пятен формируют в начале первого измерительного диапазона мнимое изображение вторичного источника света в виде поперечного сечения зондирующих пучков,проецируют это изображение на плоскость регистрации, и по амплитуде оптического сигнала от упомянутого мнимого изображения определяют степень ослабления зондирующих пучков в оптическом тракте измерения, характеризующую состояние последнего, и при необходимости исключают факторы, влияющие на прохождение зондирующих пучков в измерительной зоне, затем повторяют измерение. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля степени роста сельскохозяйственных растений в процессе вегетации. Известен способ измерения высоты растения 1, в котором область измерения разбивают на первый и второй измерительные диапазоны соответственно 2/5 и 3/5 максимально возможной высоты растения, формируют два соосных зондирующих пучка света, каждый из которых соответствует одному измерительному диапазону, направленных к поверхности земли и модулированных в противофазе друг к другу, фокусируют каждый пучок в точку, делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, затем формируют на плоскости регистрации под одним и тем же углом триангуляции для обоих диапазонов изображения диффузных пятен света, полученных на листьях растения и почве, и определяют их взаимное местоположение в различных точках плоскости регистрации, по которому методом триангуляции вычисляют высоту растения. Данный способ не обеспечивает требуемой точности измерения высоты растения из-за существенного влияния на оптический сигнал внешних факторов, связанных, в частности,со значительной степенью запыленности измерительной зоны. Последнее приводит к снижению освещенности объекта и уменьшению амплитуды оптического сигнала, проецируемого в плоскости регистрации. Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение, - повышение точности измерения высоты растений за счет повышения информативности оптического измерительного сигнала. Поставленная техническая задача достигнута следующим образом. Способ определения высоты растения, в котором область измерения разбивают на первый и второй измерительные диапазоны в соотношении соответственно 2/5 и 3/5 максимально возможной высоты растения, формируют два соосных зондирующих пучка света, каждый из которых соответствует одному измерительному диапазону, направленных к поверхности земли и модулированных в противофазе друг к другу, фокусируют каждый зондирующий пучок в точку, делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, затем формируют на плоскости регистрации под одним и тем же углом триангуляции для обоих диапазонов изображения диффузных пятен света, полученных на листьях растения и почве, определяют их взаимное местоположение в различных точках плоскости регистрации, по которому методом триангуляции вычисляют высоту растения,одновременно с формированием изображения упомянутых диффузных пятен формируют в начале первого измерительного диапазона мнимое изображение вторичного источника света в виде поперечного сечения зондирующих пучков, проецируют это изображение на плоскость регистрации и по амплитуде оптического сигнала от упомянутого мнимого изображения определяют степень ослабления зондирующих пучков в оптическом тракте измерения, характеризующую состояние последнего, и при необходимости исключают факторы, влияющие на прохождение зондирующих пучков в измерительной зоне, затем повторяют измерения. Способ осуществляют следующей совокупностью операций. 17726 1 2013.12.30 Область измерения разбивают на первый и второй измерительные диапазоны в соотношении соответственно 2/5 и 3/5 максимально возможной высоты растения, формируют два соосных зондирующих пучка света, каждый из которых соответствует одному измерительному диапазону, направленных к поверхности земли и модулированных в противофазе друг к другу, фокусируют каждый зондирующий пучок в точку, делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, затем формируют на плоскости регистрации под одним и тем же углом триангуляции для обоих диапазонов изображения диффузных пятен света, полученных на листьях растения и почве, по их взаимному местоположению в различных точках плоскости регистрации определяется высота растения. Одновременно с формированием изображения упомянутых диффузных пятен формируют в начале первого измерительного диапазона мнимое изображение вторичного источника света в виде поперечного сечения зондирующих пучков, проецируют это изображение на плоскость регистрации, и по амплитуде оптического сигнала от упомянутого мнимого изображения определяют степень ослабления зондирующих пучков в оптическом тракте измерения, характеризующую состояние последнего, и при необходимости исключают факторы, влияющие на прохождение зондирующих пучков в измерительной зоне, затем повторяют измерение. Очевидно, что амплитуда и форма импульса измерительного сигнала определяется не только отражательной способностью поверхности объекта измерения, но и флуктуациями мощности излучения источника света и состоянием оптического тракта во всем измерительном диапазоне. Наиболее существенными факторами, влияющими на прохождение зондирующих пучков в измерительной зоне, являются пыль и повышенная влажность, вызывающие искажения измерительного сигнала и загрязнение оптических элементов. На фигуре представлено устройство для осуществления предлагаемого способа, где 1 - первый лазер 2 - первая оптическая система 3 - полупрозрачная пластина 4 - первый воспроизводящий объектив 5 - первая ПЗС-линейка 6 - второй лазер 7 - вторая оптическая система 8 - второй воспроизводящий объектив 9 - вторая ПЗС-линейка 10 - микропроцессор 11 - ослабитель света 12 - фотоприемник 13 - корпус 14 - защитное стекло 15 - силовая электроника 16 - пневмоклапан 17 - трубка подачи воздуха 18 - пневмосистема трактора (ПСТ)- первый измерительный диапазон- второй измерительный диапазон- точка фокусировки первого зондирующего пучка- точка фокусировки второго зондирующего пучка- поверхность земли 1 и 2 - базовые расстояния от оси зондирующих пучков соответственно до первого и второго воспроизводящих объективов- мнимое изображение точки М 1 - расстояние от точкидо защитного стекла 3 17726 1 2013.12.30 2 - расстояние от защитного стекла до мнимой точки . Способ реализован следующим образом. По команде микропроцессора 10 включаются первый 1 и второй 6 лазеры, рабочий ток которых модулируется в противофазе (180). Глубина модуляции до 80 . Излучение первого лазера 1 проходит первую оптическую систему 2 и полупрозрачную пластину 3, делящую его по амплитуде в соотношении 5050. Оптическая система 2 фокусирует излучение в точку , делящую первый измерительный диапазонв соотношении 2/3. Это в дальнейшем обеспечивает получение изображений диффузных пятен на плоскости регистрации практически равного диаметра. Когда лист растения попадает в первый измерительный диапазон , на его поверхности формируется диффузное пятно света, которое считывается первым воспроизводящим объективом 4, формирующим изображение этого пятна света на фотокатоде первой ПЗС-линейки 5. За счет жесткой схемы триангуляции каждый пиксель фотокатода ПЗСлинейки 5 привязан к соответствующей точке первого измерительного диапазона . Микропроцессор 10 управляет ПЗС-линейкой 5, осуществляет прием и обработку снимаемых с нее данных. Излучение второго лазера 6 проходит вторую оптическую систему 7 и, отражаясь от полупрозрачной пластины 3, фокусируется в точке , делящей второй измерительный диапазон , так же как и первый, в соотношении 2/3. Когда лист растения попадает во второй измерительный диапазон , на его поверхности также формируется диффузное пятно света, которое считывается вторым воспроизводящим объективом 8, формирующим изображение этого пятна света на фотокатоде второй ПЗС-линейки 9. Микропроцессор 10 управляет второй ПЗС-линейкой 9, осуществляет прием и обработку снимаемых с нее данных. Для защитного стекла 14 полупрозрачная пластина 3 будет являться вторичным источником света, отображающим поперечное сечение пучка лазеров 1 и 6. Точкана поверхности полупрозрачной пластины 3 находится на расстоянии 1 от защитного стекла 14. В силу наличия зеркальной составляющей сформируется за защитным стеклом 14 на расстоянии 2 в точкев виде мнимого изображения поперечного сечения лазерных пучков. При этом всегда 12. Амплитуда оптического сигнала от мнимого изображения в точкем будет зависеть только от двух факторов флуктуаций лазерного излучения лазера и прозрачности защитного стекла 14 Рстекла, которая, в свою очередь, определяется степенью его загрязнения м(лазера, стекла). Амплитуда измерительного сигнала изм зависит от трех факторов флуктуаций лазерного излучения лазера прозрачности защитного стекла 14 стекла собственно диффузного отражения диф от листьев растения и земли изм(лазера, стекла, диф). Флуктуации лазерного излучения (изменение токового режима, старение диода) учитываются за счет обратной связи, выполненной на элементах ослабителе света 11 и фотоприемнике 12. Сигнал с фотоприемника 12 поступает в микропроцессор 10, который осуществляет управление питанием лазеров 1 и 6, тем самым удерживая их в номинальном рабочем режиме. Прозрачность защитного стекла 14 стекла или степень ослабления оптического измерительного сигнала, связанная с его запыленностью, учитывается по амплитуде оптического сигнала от мнимого изображения вторичного источника света (плоскость полупрозрачной пластины) в точке . Микропроцессор 10 по результатам вычисления стекла вырабатывает сигнал на силовую электронику 15, которая включает пневмоклапан 16, который через трубку подачи сжатого воздуха 17 от пневмосистемы трактора (ПСТ) обдувает защитное стекло 14. В другом варианте для очистки стекла могут быть применены дворники. 4 17726 1 2013.12.30 Микропроцессор 10 программно сшивает фотокатоды первой и второй ПЗС-линеек 5 и 9 так, что фотокатод второй ПЗС линейки 9 является продолжением фотокатода первой ПЗС-линейки 5 так же, как второй измерительный диапазонявляется продолжением первого измерительного диапазона . Равенство углов триангуляции для обоих диапазонов обеспечивается за счет соблюде 1 ния соотношения 1, где 1 - расстояние от первого воспроизводящего объекти 22 ва 4 до точки фокусировки первого зондирующего пучка 2 - расстояние от второго воспроизводящего объектива 8 до точки фокусировки второго зондирующего пучка . При этом воспроизводящие объективы 4 и 8 расположены асимметрично оптической оси зондирующих пучков, а 21, что обеспечивает оптимизацию чувствительности измерения по всему измерительному диапазону. Высота растения относительно земли (точка ) вычисляется микропроцессором 10 по относительному расположению изображений световых пятен в разных точках программно сшитых фотокатодов ПЗС-линеек 5 и 9. Реализация способа осуществлялась по принципиальной оптической схеме, приведенной на фигуре. Источники излучения лазеры 1 и 6 представляют собой полупроводниковые лазеры МЛН-3, имеющие длину волны 670 нм, мощность до 5 млВ. Оптические системы 2 и 7 выполнены с подвижной линзой, позволяющей фокусировать лазерные пучки в нужную точку первого и второго измерительных диапазонов. В качестве воспроизводящих объективов 4 и 8 применены объективы типа(16 мм). Основным элементом микропроцессорного блока 10 является микроконтроллер 902313 фирмы, а в качестве ПЗС-линеек применены фотодиодные линейки 703 фирмы. Таким образом, предложенный способ обеспечивает возможность измерения высоты растений в полевых условиях при наличии влияющих внешних факторов в виде пыли и повышенной влажности с существенно более высокой точностью измерения за счет оптимизации амплитуды измерительного сигнала. Кроме того, расширены функциональные возможности способа за счет дополнительной возможности определения прозрачности оптического тракта, что является элементом интеллектуализации способа измерения. Источники информации 1.12369, 2009. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: G01B 11/02

Метки: высоты, способ, растения, определения

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-17726-sposob-opredeleniya-vysoty-rasteniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ определения высоты растения</a>

Похожие патенты