基于力學(xué)特性的小麥生物量檢測儀的研發(fā).pdf

1、生物量是反映農(nóng)作物生長狀況的重要指標(biāo),對田間小麥生物量進(jìn)行快速無損檢測,在小麥育種及生產(chǎn)管理中具有重要意義。目前國內(nèi)尚沒有對農(nóng)作物生物量的無損檢測方法進(jìn)行系統(tǒng)性的研究,在生物量檢測儀器開發(fā)方面更是空白。
　　本文在德國農(nóng)業(yè)工程研究所設(shè)計的一種擺式生物量檢測儀的基礎(chǔ)上,首先分析了小麥在受外力作用時,作用力的大小、位置、方向與小麥莖稈形變的關(guān)系,借助壓力傳感器獲取莖稈形變回彈力,建立回彈力與生物量之間的函數(shù)關(guān)系,從而實現(xiàn)間接預(yù)測生物量

2、的目的。然后據(jù)此設(shè)計并研發(fā)了新的基于力學(xué)特性的小麥生物量檢測儀。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先,進(jìn)行小麥生物力學(xué)特性分析,確定儀器設(shè)計方案及樣機的研制。本研究以自然生長狀態(tài)的小麥為分析對象,分析小麥莖稈的生物力學(xué)特性,通過小麥莖稈的彎折性能的力學(xué)指標(biāo)(彈性模量、慣性矩、抗彎強度、抗彎剛度)來分析莖稈強度,并給出檢測小麥生物量的測量原理?；谠摐y量原理進(jìn)行小麥生物量檢測儀的設(shè)計工作,關(guān)鍵設(shè)計部分主要包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及各模

3、塊的支撐平臺;借助UG三維實體建模軟件進(jìn)行多方案(導(dǎo)軌式、手持式)設(shè)計;基于檢測儀器的測量穩(wěn)定及直線運動等要求,最終確定最優(yōu)方案,并研制出小麥生物量檢測儀樣機。
　　其次,進(jìn)行小麥生物量檢測儀樣機準(zhǔn)確度的測定。采用YYD-1莖稈強度測定儀與樣機測量系統(tǒng)進(jìn)行對比,設(shè)計2種驗證方案通過多次測量,得到樣機測量系統(tǒng)具有較好的靈敏度、準(zhǔn)確度,能夠滿足小麥莖稈活體測量的需求。
　　最后,對小麥生物量檢測儀樣機進(jìn)行小麥生物量田間檢測實驗。

4、在小麥成熟期,利用樣機測量系統(tǒng),獲取的小麥莖稈回彈力數(shù)據(jù),比較回彈力的測量值與理論計算值之間的差異,結(jié)果表明樣機測量數(shù)據(jù)曲線與理論曲線基本吻合,且通過分析同一小麥莖稈不同作用點處回彈力的差異,可反映出不同莖節(jié)處的機械強度;分析檢測儀獲取的莖稈回彈力數(shù)據(jù)與地上小麥生物量的相關(guān)度,得到0.86以上的相關(guān)度,即獲取的回彈力越大,測量區(qū)域內(nèi)的小麥生物量越大。由此可以說明使用該檢測儀對田間小麥生物量的預(yù)測是可行的。
　　本研究可為田間農(nóng)作物