Способ измерения площади листа растения и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения площади листа растения путем помещения его между осветителем и двумя линейками с фотоэлементами, расстояние между которыми кратно единице длины измерения , и определения числа фотоэлементов , перекрытых листом, отличающийся тем, что. С-целью повышения точности измерения, линейки располагают по всей ширине листа параллельно друг другу и расстояние между осями линеек выбирают кратным единице длины измерения, затем одновременно определяют число фотоэлементов , перекрытых листом в предыдущей и в последующей линейках, запоминают число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке, и непрерывно в течение времени перемещения листа сравнивают число фотоэлементов , перекрытых листом в последующей линейке, с запомненным числом, затем после совпадения результатов сравнения повторяют вьшеописанные операции, связанные с определением, запоминанием и сравнением чисел фотоэлементов в линейках, а об измеряемой площади листа судят по сумме запомненных чисел при совпадении результатов сравнения. i (Л сл со со 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ДВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21 ) 3782202/30-15 (22) 21.06.84 (46) 30.09.86. Бюл. Р 36 (71) Специальное опытное проектно- конструкторско-технологическое бюро

СО ВАСХНИЛ (72) Е.А. Рахманин и А.Ф. Алейников (53) 621.753(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 337642, кл. G 01 В 7/32, 1970. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ ЛИСТА

РАСТЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (» ) 1. Способ измерения площади листа растения путем помещения его между осветителем и двумя линейками с фотоэлементами, расстояние между которыми кратно единице длины измерения, и определения числа фотоэлементов, перекрытых листом, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью

„.SU„„1259980 А 1

/Л) 4 А ttI (3 7/00. G 01 В 7/32 7 04 повьппения точности измерения, линейки располагают по всей ширине листа параллельно друг другу и расстояние между осями линеек выбирают кратным единице длины измерения, затем одновременно определяют число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей и в последующей линейках, запоминают

1 число фотоэлементов, . п ер екрытых листом в предыдущей линейке, и непрерывно в течение времени перемещения листа сравнивают число фотоэлементов, перекрытых листом в последующей линейке с запомненным числом, затем после совпадения результатов сравнения повторяют вьппеописанные операции, связанные с определением, запоминанием и сравнением чисел фотоэлементов в линейках, а об измеряемой площади листа судят по сумме запомненных чисел при совпадении результатов сравнения.

1259980

2. Устройство для измерения площади листа растения, содержащее две линейки фотоэлементов, осветитель и коммутатор, одни выходы которого соединены с фотоэлементами, а другие подключены к входам блока управления, в состав которого входят генератор импульсов, первый н второй элементы совпадения и первый и второй триггеры, первый счетчик, выходы которого подключены к Первым входам схемы сравнения кодов, второй счетчик, выходы которого подключены к цифровому индикатору, а выходы коммутатора подключены к входам схемы преобразователя сигналов с фотоэлементов, о тй и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены запоминающий блок и третий счетчик, выходы которого подключены к информационным входам запоминакщего блока, одни выходы которого соединены с информационными входами второго счетчика, а другие выходы подключены к вторым входам схемы сравнения кодов, выходы которой соединены с управляющими выходами запоминающего блока, установочные входы которого подключены к первым выходам блока управления, вторые выходы которого соединены с ус-. тановочными входами запоминающего блока, первого и третьего счетчиков, причем третьи выходы блока управления подключены к управляющим входам первого и третьего счетчиков, одни инИзобретение относится к сельскому хозяйству и мажет быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением площади листьев растений со сложным профилем.

Цель изобретения — повышение точ- ности измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения 1ð площади листьев растений; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; иа фиг. 3 — схема расположения элементов устройства. формационные входы которых соедннИЕ1 соответственно с четвертыми н пятыми выходами блока управления, а другие информационные входы подключены к выходам схемы преобразования сигналов с фотоэлементов, а шестые выходы блока управления соединены с управляющи", ми входами коммутатора.

3. Устройство по п. 2, а т л и ч а ю щ е е с,я тем, что блок управления снабжен формирователем импульсов, инвертором, первым и вторым .электронными ключами, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго триггеров, входы установки единицы которых соединены соответственно с выходами элементов совпадения, одни входы которых подключены к входу инвертора и первому выходу формирователя импульсов, который соединен с входом генератора импульсов, выход которого подключен с одной стороны к е шестому входу блока управления, а с другой стороны — к входам первого и второго электронных ключей, выходы которых соответственно соединены с пятым и четвертым выходами блока управления, третий выход которого подключен к выходу инвертора, а второй и первый соединены с вторым и третьим выходами формирователя импульсов, причем другие выходы элементов совпадения и входы установки нуля триггеров подключены к входам блока управления.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Линейки с фотоэлементами располагают по всей, ширине одной из сторон листа растения параллельно друг другу. Расстояние между фотоэлементами в каждой линейке и расстояние между продольными осями линеек выбирают кратным единице длины, например 1 и 0,1 мм. Выбором этого расстояния определяют необходимую разрешающую способность устройства (в данном случае соответственно 1 и 0,1 мм).

1259980

Длину линеек выбирают исходя из максимальной ширины листа конкретного растения, площадь которого измеряется. Затем вдоль фотолинеек перемещают лист растения с помощью, например, валков, покрытых материалом с высоким коэффициентом трения, оси которых посажены на подшипники. Первый из валков, например, жестко закреплен на каркасе устройства, второй10

"подпружинен" по отношению к первому (фиг. 3).

Усилия прижима валков друг к другу выбирают из условий минимального воздействия самого процесса измерения 5 на деформацию объекта измерения. По другую сторону устанавливают осветитель. Таким образом, лист перекрывает световой поток от .осветителя к фотолинейкам. 20

Фотолинейки с осветителем подводят к ножке листа. В момент начала измерения t одновременно определяют числб фотоэлементов, перекрытых листом в последующей И1 и предыдущей, N линейках. Запоминают число фото 2 элементов, перекрытых листом в предыдущей линейке, и затем осуществляют протягивание листа вдоль линеек и осветителя, непрерывно сравнивания ЗО запомненное число (Н } с .числом фотог элементов, перекрытых листом в последующей линейке N (t), т.е. это число изменяется во времени движения листа по отношению к линейкам N1,)N„(t). .В момент времени t эти числа ста1 новятся равны друг другу И (С)=И

Это значит,что лист переместился на расстояние между осями линеек, т.е. последующая линейка в момент времени 4О заняла место предыдущей линейки в момент времени t, . Далее, в этот момент времени t, опять определяют число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке N (И 7И ), yg запоминают это число и сравнивают его с числом N (t). В момент времени последующая линейка зани1 мает место предыдущей, которая находилась в том месте в момент време1НИ t„, И т.д.

Так как профиль многих растений имеет сложную форму, т.е. практически не возможен случай, чтобы в один и тот же момент времени число фотоэлементов, перекрытых листом на последующей и предыдущей линейках, были равны, в процессе измерения, осуществляя операцию суммирования запомненных чисел при сравнении результатов, получают информацию об измеряемой площади с довольно высокой точностью.

Устройство для измерения площади листа растений содержит линейки I 2 с фотоэлементами, осветитель 3, коммутатор 4, состоящий, например, из групп электронных ключей 5, 6 и распределителя 7.импульсов, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов, в состав которой входят, например, усилители 9, 10 и компараторы

11, 12 напряжения, первый реверсивный счетчик 13 импульсов, третий реверсивный счетчик 14 импульсов, схему 15 сравнения кодов, запоминающий блок 16, второй счетчик-дешифратор 17, цифровой индикатор 18 блок

19 управления, выполненный, например, в виде управляемого генератора 20 импульсов, формирователя 21 импульсов, первого и второго элементов

22, 23 совпадения, первого и второго триггеров 24, 25, первого и второго электронных ключей 26, 27 и иивертора 28.

Первый выход формирователя 21 импульсов блока 19 управления подключен к входу управляемого генератора

20, к одним из входов элементов 22, 23 совпадения и входу инвертора 28, выход которого соединен с управляю0 щими входами счетчиков 13, 14, одни из информационных входов которых соединены через электронные ключи 26, 27 с выходом генератора 20 блока 19 управления. Второй выход формирователя 21 импульсов соединен с установочными входами запоминающего блока и счетчиков 13, !4, другие информационные входы которых подключены соответ- ствен1уо к выходам компараторов 11, 12 напряжения схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов. Третий выход формирователя 21 импульсов соединен с установочным входом счетчика-дешифратора 17, выходы которого подключены к входам цифрового индикатора 18, а информационные входы соединены с первыми выходами запоминающего блока 16, управляющие входы которого подключены к выходам схемы

15 сравнения кодов, одни из входов которой соединены с выходами счетчи!

259980 ка. 14, а другие подключены к вторым выходам запоминающего блока !6, входы (которого соединены с выходами счетчика 13, Выход генератора 20 импульсов блока 19 управления также подключен к входу распределителя 7 импульсов (выполненного, например, на базе многоразрядного счетчика с заданным коэффициентом деления) и коммутатора 4, 10

Выходы распределителя 7 импульсов равными группами подключены к управляющим входам электронных ключей 5, 6, число которых определяется числом фотоэлементов в линейках 5, 6, причем !5 первые выходы группораспределителя

7 импульсов соответственно подключены к другим, входам элементов 22, 23 совпадения, а последние выходы соединены с входами установки "нуля" тригге- 20 ров 24, 25, входы установки "единицы" которых соответственно подключены к выходам элементов 22, 23 совпадения блока 19 управления. Прямой выход триггера 24 соединен с управляющим входом электронного ключа 26; а прямой выход триггера 25 подключен к управляющему входу электронного ключа 27. Выходы электронных ключей 5, 6 коммутатора 4 соответственно под- 30 ключены к выходам линеек 1, 2 фотоэлементов. Выходы электронных ключей

5, 6 погруппно объединены и соответственно соединены с входами усилителей 9,. 10 схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов.

Выход усилителя 9 соединен с одним из входов компаратора 11 напря40 жений, к другому входу которого подключен источник 29 опорного напряжения, а выход усилителя 10 подключен к одному из входов компаратора 12 напряжЕния, другой вход которого

45 соединен с источником 30 опорного напряжения. Фотолинейки 1,2 закреплены на корпусе 31, на котором также, закреплен осветитель 3 (фиг. 3).

Первый валок 32 закреплен;на корпусе

31 и имеет оси, которые, например, 50 насажены на подшипники, внешние обоймы которых запрессованы в специальные отверстия корпуса 31. Второй валок 33 закреплен на подвижных толкателях 34 с пружинами 35. Лист 36 растения помещают между валками 32, 33 и между фотолинейками 1, 2 и осветителем 3. Толкатели 34 имеют ограничитель 37, в который упираются пру жины 35.

Перед началом измерения оператор нажимает пальцами рук на кнопки 38 толкателей 34 и отводит второй валок

33 в нижнее положение от исходного.

Между валками 32, 33 образуется достаточно большой зазор, через кото" рый пропускается лист 36. Затем фотолинейка 1 устанавливается напротив основания ножки листа 36 и толкатели 34 приходят в исходное состояние. В корпусе 31 может размещаться измерительно-преобразующая часть устройства. Цифровой индикатор 18 (фиг. 2) и органы управления могут быть размещены на верхней плоскости корпуса 31. Усилия прижима валков 32, 33, материал их покрытия выбираются из условий минимального воздействия на деформацию листа 36 растения и из условий устранения проскальзывания листа 36 растения между валками" 32, 33.

Устройство работает следующим образом.

Оператор в процессе измерения, как бы протягивает лист через валки

32, 33, не отрывая его от стебля.

С помощью блока 19 управления, коммутатора 4, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов на выходе счетчика 13 формируется код, несущий информацию о числе перекрытых фотоэлементов предыдущей фотолинейки 1 (значит, о ширине листа в месте установки фотолинейки), а на выходе счетчика 14 формируется код, несущий информацию о числе перекрытых фотоэлементов послепующей фотолннейки 2 (а значит, и о ширине листа в месте установления фотолинейки 2), Код с выхода счетчика 14 заносится в блок 16 памяти и подается на один из входов схемы 15 сравнения, на другой вход которой подается код с выхода блока 16 памяти, т.е. при движении объекта измерения запомненный код сравнивается с кодом счетчика 13.

Момент совпадения кодов в схеме 15 сравнения говорит о том, что последующая линейка 2 заняла место предыдущей линейки 1 (в момент запоминания) и за это время лист прошел расстояние между линейками и в счет-,,чик 17 занесена информация о "единич ной" площади, равной числу фотоэле- ментов перекрытых листов в линейке

980 8 не сразу устанавливается в нулевое состояние, а через некоторое время (фиг. 2о, 4 -С„). Поэтому на вход С счетчика 13 записывается число, равное количеству фотоэлементов в ли нейке 1.

В это же время анализируется сос.— тояние фотоэлементов линейки l,т.е. фотоэлементы последовательно подключаются к входу усилителя 9, на выходе которого формируются электрические сигналы †импуль, количество которых равно числу неперекрытых листом фотоэлементов (фиг. 2т). Ком1паратор ll из этих сигналов формирует прямоугольные импульсы, "обрезая" на уровне напряжения U источника о

29 (фиг. 2сР). Импульсы.с выхода компаратора 11 поступают на другой информационный вход счетчика 13. Так как управляющий вход +1 реверсивного счетчика 13 соединен с инвертором 28 блока управления и на выходе инвертора установлен уровень логического "нуля" (фиг. 2у, t, -Ь ), счетчик работает в режиме вычитания и на его выходе появляется информация, равная числу фотоэлементов, перекрытых листом .в линейке 1. Эта информация записывается в блок 16 памяти и подается на один из входов схемы 15 сравнения (она сохраняется в блоке. 16 до тех пор, пока на его управляющий вход не придет импульс сравнения с выхода схемы 15). Аналогично формируется код в счетчике 14, несущий информа- цию о-числе перекрытых листом фотоэлементов в линейке 2, при этом на фиг..2 показаны эпюры напряжений на выходе элемента 23 совпадения, на фиг. 2 р — на выходе триггера 25, на фиг. 2 с — на выходе электронного ключа 27, на фиг. 2 y — на выходе усилителя 10, на фиг. 2 х — на выходе компаратора. 12. Такой циклический опрос происходит до тех пор, пока число на счетчике 14 не сравнится с запомненным в блоке 16, На выходе схемы 15 сравнения формируется имВ интервале времени 1 -t на выхо1 де элемента 22 совпадения появляется уровень логической "единицы" (фиг.2м

45 который устанавливает прямой выход триггера 24 в состояние логической "единицы" (фиг. 2н, 4, -t ).

Триггер устанавливает электронный ключ 26 в положение "Замкнуто" и на один информационный вход счетчика

13 поступают с выхода генератора 20

50 импульсы (фиг. 2о, t - з ) . .В интерва1 ле времени t с выхода 45 (фиг. 2ж, t -1, ) распределителя 7 поступает импульс, который устанавливает триггер

24 в состояние логического "нуля".

Электронный ключ 26 размыкается, Но так как реальный триггер 24 имеет .определенное быстродействие, то он пульс, изображенный на фиг. 2i, При этом запомненная информация переписывается в счетчик 17, затем стирается и записывается новая информация с линейки 1 и т.д.

По окончании процесса измерения на цифровом индикаторе 18 высвечивается информация об измеренной площади листа растения. После времени, 7 ) 259

2 (и запомненной в блоке 16), умноженному на расстояние между фотолинейками 1, 2. Следует заметить, что блоку 16 памяти не предъявляется каких-либо дополнительных и особенных требований.

С выхода 39 формирователя 21 импульсов блока 19 управления формируются периодические импульсы длительHocTblo t -1 (cM. фиг, 2а). Ilo ne- 10 реднему фронту этого импульса формирователь 21 формирует установочный импульс с выхода 40 (фиг. 2б,, ), который устанавливает в исходное состояние счетчики 13, 14 и служит импульсом синхронизации для блока

116 памяти. Перед началом измерения на выходе 41 формирователя 21 также формируется импульс, устанавливающий счетчик 17 в исходное состояние, Жду- 20 щий генератор 20 импульсов в течение длительности входного импульса (фиг. 2a,t, -С ) формирует прямоугольные импульсы йериодом t, -t (фиг. 2в).

Эти импульсы поступают на рас 25 пределителя импульсов 7 коммутатора 4, который может быть выполнен, например, в виде регистра сдвига или многоразрядного счетчика с заданным коэффициентом деления. Выходные сигналы З0 распределителя импульсов на выходах

42-48 соответственно показаны на фиг. 2г-2л. Условно принято, что лиI нейки 1,2 имеют по четыре фотоэлемента. Эти управляющие выходные импульсы распределителя 7 последовательно через ключевые элементы 5,6 подключают фотоэлементы линеек 1,2 к входам соответственно усйлителей 9, 10 схемы 8 преобразования сигналов.

1259980

Щ Ъ Жа

Див.2 необходимого для считывания информации, счетчик 17 устанавливается в исходное состояние (например, вручную оператором). Ключевые элементы 5, 6 могут работать параллельно, т.е. процесс опроса состояния фотоэлементов в линейках 1,2, преобразование этих сигналов в схеме 8, запись в счетчиках 13, 14 и т.п. может производиться одновременно 10 (последовательная работа ключевых элементов 5,6 описана для удобства и наглядности).

Устройство (фиг. 1) не исключает автоматического выбора времени из-15 мерения, который может быть основан на разнице в ширине ножки листа и ширине самого листа. В этом процесс сравнения начина@тся с некоторого числа, превышающего заданное (в схе- 20 ме 15 сравнения) число. В принципе, для повышения достоверности сравниваемой информации не исключается вози

Ф

ll и

И о

М ж" и

II

„и

Л р, И

Ю

Il

Ф

С

0 т и

У

И . Ц и и можность многократного запоминания чисел предыдущей линейки и многократное сравнение их с числами последующей линейки как с целью уменьшения случайной составляющей погрешности измерения, основанного на статистической обработке результатов измерения, так и с целью сравнения информации по определенным участкам контура листа (пространственным фигурам), В последнем случае в устройстве применяют не две фотолинейки, а группы фотолинеек.

Технико-экономическими преимуществами изобретения являются более высокая точность измерения, так как устраняется дополнительная погрешность измерения длин за счет нестабильности скорости транспортирования устройства относительно листа, более высокая производительность измерений и бо лее низкая себестоимость реализации предлагаемого способа.

З7

Составитель Б. Кузьмич

Редактор Н. Швыдкая Техред И.Попович Корректор E. Рошко

Заказ 5152/1 Тираж б79 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек-лая, 4