题目：植物叶片生化参数活体无损测量系统的研制

植物的生物化学参数是诊断植物营养状况的重要依据，在植物长势评价、精确肥料管理等领域具有重要的应用。传统的采用化学试剂提取植物生化参数的方法，无法满足实时、快速的要求。本文研制了一种基于光谱技术的便携式植物叶片生化参数活体无损测量系统，该系统可实现对叶绿素的实时、快速、无损检测，并且通过改变个别附件，可扩展实现对其它参数的测量。本文的研究内容主要包括植物叶片生化参数测量方法的研究、测量系统的设计和系统标定。植物叶片生化参数测量方法的研究主要集中在最佳测量方式、叶片最佳测量部位、波长选择和数学模型的建立等方面。首先验证了透射和漫反射两种测量方式的灵敏度、重复性和建模效果，从而确定了叶片生化参数的最佳测量方式。然后针对叶片生化参数浓度分布不均匀的现象，对叶片不同部位的叶绿素含量进行实验研究，确定了叶片最佳测量部位。而后以叶绿素的吸收光谱为依据，并结合相关系数法，对叶绿素的敏感波长进行研究。考虑到外界环境和叶片本身结构对测量带来的影响，本文将时间双光路和波长参比法相结合，同时尝试敏感波长和参比波长的吸光度或反射率的不同组合作为变量建立校正模型，对比了各变量的预测结果，并确定最终的建模变量。最后研究了光源采用不同电流驱动给测量带来的影响。植物叶片生化参数活体无损测量系统的设计主要集中在光源驱动电路的设计、叶片夹具的设计和微控制系统的设计。首先确定本系统所用光源，并针对光源特性和测量方法设计了光源驱动电路，使得针对不同测量情况光源驱动电流可调，从而有效地增加了光电检测电路的输出信噪比。一体化叶片夹具将光源和光电检测器集成在叶片夹具内部，省去了光纤和透镜等光学器件，简化了系统的结构，该夹具与测量系统的其它电路部分通过导线连接，接口灵活，从而增加了操作的灵活性，而且通过改用装有不同波长光源的叶片夹具，可以实现对其它生化参数的测量。微控制系统部分实现了对数据的采集、处理、显示、存储以及与上位机进行数据传输等功能。标定实验表明，验证集预测结果相关系数最大为0.97，均方根误差最小为1.3 SPAD单位，测量时间小于4秒。该系统便于携带，可对农业生产具有一定的指导意义。