Цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин

Реферат: Цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин належить до вимірювальної техніки. Цифровий вимірювач містить джерело оптичного випромінювання, тримач з досліджуваним зразком листка рослини, два електронні вимірювальні канали, кожний з яких включає послідовно з'єднані фотоприймач і керований підсилювач сигналів, виконавчий механізм з обтюраторним диском, на якому розташовані оптичні фільтри, сигнальний процесор та загальну шину, яка з'єднанана з цифровими входами-виходами порту «В» сигнального процесора, до яких підключені через загальну шину цифрові входи-виходи інтерфейсу зв'язку, цифрового відлікового пристрою, клавіатури і бази даних. Згідно з винаходом в нього додатково введені перший та другий цифро-аналогові перетворювачі, ідентичний тримач з стандартним зразком листка рослини того ж виду, відбивне дзеркало-тримач, перший та другий мікрооб'єктиви, оптична система, що складається з двох оптичних каналів, кожний з яких включає оптично і послідовно з'єднані, відповідно, третій мікрооб'єктив, перший оптичний фільтр, четвертий мікрооб'єктив та п'ятий мікрооб'єктив, другий оптичний фільтр, шостий мікрооб'єктив, та кодокероване джерело струму. Входи джерела струму з'єднані з загальною шиною, а вихід підключений до шини заземлення через джерело оптичного випромінювання, яке оптично з'єднане через перший та другий мікрооб'єктиви з стандартним та досліджуваним зразками листків рослини, які розташовані на тримачах, і через оптично з'єднані на оптичній осі третій мікрооб'єктив, перший оптичний фільтр, четвертий мікрооб'єктив та п'ятий мікрооб'єктив, другий оптичний фільтр, шостий мікрооб'єктив з оптичними входами першого та другого фотоприймачів. Виходи фотоприймачів з'єднані з входами керованих підсилювачів сигналів, виходи яких підключені до аналогових входів порту "А" сигнального процесора. Входи-виходи порту "С" сигнального процесора підключені до входів-виходів виконавчого механізму з обтюраторним диском та цифро-аналогових перетворювачів, які з'єднані з керованими UA 102283 C2 (12) UA 102283 C2 підсилювачами сигналів. Цифровий вимірювач забезпечує за рахунок зменшення похибок підвищення точності та швидкості вимірювання. UA 102283 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний при створенні високоточних і швидкодіючих засобів вимірювання поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин різних видів. Відомий цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин [див., наприклад, Хомяков Г.В., Кобылянский В.Я., Агаджанов Г.К., Maренков B. C. Способ определения концентрации хлорофилла и устройство для его осуществления. А.С. № 1659797 А1. Бюл. № 24, 1991. Кл. G01 N/21/64], який складається з корпусу, в якому розміщені канал потоку оптичного випромінювання, канал прийому люмінесценції, опорний канал, канал вимірювання прозорості середовища, вимірювальну камеру, електронний блок, а також канал прийому потоку оптичного випромінювання, що розсіюється, з'єднані між собою певним чином. Відомому цифровому вимірювачу притаманні недостатня точність та швидкодія вимірювання, що обумовлені наявністю семи неідентичних каналів, кожний з яких вносить свої похибку у кінцевий результат визначення концентрації хлорофілу. Крім того, відомий вимірювач не забезпечує вимірювання поверхневої концентрації хлорофілу безпосередньо у листках рослин. Відомий цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин (див., наприклад, http://www.google.com.ua/search?client=opera&rls=ru&q=chlorophvll+content+meters&sourceid=oper a&ie=utf-8&oe=utf-8&channel=suggest. Вимірювачі концентрації хлорофілу (закордонні)), чи http://translate.google.com.ua/translate?hl=m&sl=en&u=http://www.patentstorm.us/patents/6020587/d escription.html&ei=KLf0TZ7MIs-6Aauv4n2Bg&sa=X&oi=translate&ct=result&resnuni=4&ved=0CEAQ7gEwAzgU&prev=/search%3Fq% 3Dc hlorophvll%2Bcontent%2Bmeters%26start%3D20 %26hl%3Dru%26client%3Dopera%26sa%3DN%26 rls%3Dru%26channel%3Dsuggest%26biw%3D1364 %26bih%3D898 %26prmd%3Divns), який "містить генератор оптичного випромінювання, фотоприймач для виділення рівня світлового потоку (потужності) від першого та другого оптичних фільтрів, аналого-цифровий перетворювач, цифровий відліковий пристрій та сигнальний процесор, з'єднані між собою певним чином. Відомому цифровому вимірювачу притаманні недостатня точність та швидкодія вимірювання. Недостатня точність вимірювання обумовлена чутливістю вимірювальних каналів до дії зовнішніх дестабілізуючих факторі. Крім того, на точність вимірювання впливають запотівання та забруднення елементів оптичної системи, послаблення потоку оптичного випромінювання, що пройшов через оптичні елементи, нестабільність потоку оптичного випромінювання, що генерується тощо. Відомий цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин (див., наприклад, Войтович И. Д., Корсунский В. М. Интеллектуальные сенсоры. БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2009), що включає в собі джерело оптичного випромінювання, тримач з досліджуваним зразком листка рослини, два електронні вимірювальні канали, кожний з яких включає в собі послідовно з'єднані між собою фотоприймач і керований підсилювач, виконавчий механізм з обтюраторним диском, на якому розташовані оптичні фільтри, сигнальний процесор, цифровий відліковий пристрій і загальну шину, цифрові виходи якої з'єднані з цифровими входами-виходами порту "В" сигнального процесора, до яких підключені через загальну шину і об'єднані між собою однойменні цифрові входи-виходи цифрового відлікового пристрою і клавіатури. Відомий цифровий вимірювач має недостатню точність вимірювання, що обумовлена використанням двоканального методу вимірювання та обробки результатів за рівнянням вимірювань   К  ИК К ИК C x  ln UЛ  / UЛ   1   UЛ  / k ПХ , де 50 ИК C x - поверхнева концентрація хлорофілу; UЛ  - напруга, пропорційна інтенсивності сумарного потоку оптичного випромінювання, що пройшов через досліджуваний зразок листка на інфрачервоній (опорній) довжини хвилі; U К  - напруга, пропорційна інтенсивності потоку Л оптичного випромінювання, що пройшов через досліджуваний зразок листка на червоній 55 К  довжині хвилі; k ПХ - питомий коефіцієнт поглинання потоку оптичного випромінювання хлорофілом;  - коефіцієнт перекриття. Як видно з наведеного рівняння вимірювання, похибка вимірювання поверхневої концентрації залежіть від точності перетворення у напругу відбитого потоку оптичного випромінювання на кожній з двох довжинах хвиль, від похибки вимірювання цих напруг, та від 1 UA 102283 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 точного встановлення значення коефіцієнта перекриття. Швидкодія залежіть від часу проведення тактів вимірювання відбитих та послаблених потоків оптичного випромінювання. Відомий пристрій не забезпечує високу точність вимірювання поверхневої концентрації і питомої поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин того чи іншого виду тому, що той спосіб, який він реалізує, не забезпечує виключення впливу на кінцевий результат похибок, обумовлених послабленням потужності потоків оптичного випромінювання за рахунок запотівання та забрудненням оптичних елементів вимірювача, неточного вибору коефіцієнта перекриття, виключення систематичних похибок, обумовлених нестабільністю параметрів функції перетворення вимірювального каналу під дією зовнішніх дестабілізуючих факторів та їх абсолютних значень, неідентичністю оптико-електронних каналів перетворення потоків оптичного випромінювання тощо. Поставлена технічна задача створення такого швидкодіючого цифрового вимірювача поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин, в якому шляхом введення нових функціональних блоків, нових зв'язків їх між собою та з іншими блоками пристрою, забезпечилось би підвищення точності визначення поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин та швидкодії, зокрема за рахунок реалізації просторово-часового розділення вимірювальних каналів, за рахунок виключення впливу на кінцевий результат похибок, обумовлених послабленням потужності потоків оптичного випромінювання за рахунок запотівання та забрудненням оптичних елементів вимірювача, неточного вибору коефіцієнта перекриття, виключення систематичних похибок, обумовлених нестабільністю параметрів функції перетворення вимірювального каналу під дією зовнішніх дестабілізуючих факторів та їх абсолютних значень, не ідентичністю оптико-електронних каналів перетворення потоків оптичного випромінювання. При цьому швидкодія вимірювання не повинна перевищувати час, за яким проводяться такти вимірювання та обчислення. Вирішення поставленої технічної задачі досягається тим, цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин містить джерело оптичного випромінювання, тримач з досліджуваним зразком листка рослини, два електронні вимірювальні канали, кожний з яких включає послідовно з'єднані фотоприймач і керований підсилювач сигналів, виконавчий механізм з обтюраторним диском, на якому розташовані оптичні фільтри, сигнальний процесор, інтерфейс зв'язку з антеною, цифровий відліковий пристрій і загальну шину, цифрові виходи якої з'єднані з цифровими входами-виходами порту "В" сигнального процесора, до яких підключені через загальну шину й об'єднані між собою однойменні цифрові входи-виходи інтерфейсу зв'язку, цифрового відлікового пристрою, клавіатури і бази даних. Від відомих він відрізняється тим, що додатково в нього введені перший та другий цифро-аналогові перетворювачі, ідентичний тримач з стандартним зразком листка рослини того ж виду, відбивне дзеркало-тримач, перший та другий мікрооб'єктиви, оптична система, що складається з двох оптичних каналів, кожний з яких включає оптично і послідовно з'єднані, відповідно, третій мікрооб'єктив, перший оптичний фільтр, четвертий мікрооб'єктив та п'ятий мікрооб'єктив, другий оптичний фільтр, шостий мікрооб'єктив, та кодокероване джерело струму, цифрові входи якого з'єднані з загальною шиною, а аналоговий вихід підключений до шини заземлення через джерело оптичного випромінювання, яке оптично з'єднане через перший та другий мікрооб'єктиви з поверхнею, відповідно, стандартного та досліджуваного зразків листків рослини, які розташовані на відповідних тримачах, і через оптично з'єднані між собою на оптичній осі третій мікрооб'єктив, перший оптичний фільтр, четвертий мікрооб'єктив та п'ятий мікрооб'єктив, другий оптичний фільтр, шостий мікрооб'єктив з оптичними входами першого та другого фотоприймачів, відповідно, аналогові виходи яких з'єднані зі входами керованих підсилювачів сигналів, виходи яких підключені до аналогових входів порту "А" сигнального процесора, які з'єднані з відповідними входами комутатора каналів, підключеного до входу аналого-цифрового перетворювача, що вбудовані у сигнальний процесор, цифрові входивиходи порту "С" якого підключені до відповідних входів керування виконавчого механізму з обтюраторним диском та цифрових входів-виходів цифро-аналогових перетворювачів, виходи яких з'єднані з входами керованих підсилювачів сигналів. На кресленні наведена функціональна схема цифрового вимірювача поверхневої концентрації хлорофілу, де 1 - кодокероване джерело струму; 2 - джерело оптичного випромінювання; 3 - відбивне дзеркало-тримач; 4 і 5 - перший та другий мікрооб'єктиви; 6 і 7 тримачі досліджуваного і стандартного зразків листка рослини, відповідно, з дзеркальними внутрішніми поверхнями; 8 і 9 - досліджуваний і стандартний зразки листка рослини, відповідно; 10 - оптична система, що включає в собі третій і четвертий 11 і 13, п'ятий і шостий мікрооб'єктиви 12 і 14; перший і другий оптичні фільтри 15 і 16; 17 і 18 - фотоприймачі; 19 виконавчий механізм з обтюраторним диском, на якому розташовані оптичні фільтри; 20 і 21 2 UA 102283 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 керовані підсилювачі сигналів; 22 і 23 - цифро-аналогові перетворювачі; 24 - база даних; 25 клавіатура; 26 - цифровий відліковий пристрій; 27 - інтерфейс зв'язку з антеною 28; 29 сигнальний процесор; 30 - загальна шина. Причому цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин включає в собі джерело оптичного випромінювання 2, тримач 6 з досліджуваним зразком листка рослини, два електронні вимірювальні канали, кожний з яких включає в собі послідовно з'єднані між собою фотоприймач 17 і 18 і керований підсилювач 20 і 21, виконавчий механізм 19 з обтюраторним диском, на якому розташовані оптичні фільтри, сигнальний процесор 29, інтерфейс зв'язку 27 з антеною 28, цифровий відліковий пристрій 26 і загальну шину 30. Цифрові виходи загальної шини 30 з'єднані з цифровими входами-виходами порту "В" сигнального процесора 29, до яких підключені через загальну шину 30 і об'єднані між собою однойменні цифрові входи-виходи інтерфейсу зв'язку 27, цифрового відлікового пристрою 26, клавіатури 25 і бази даних 24. Від відомих цифровий вимірювач відрізняється тим, що в нього додатково введені ідентичний тримач 7 з стандартним зразком 9 листка рослини того ж виду, відбивне дзеркалотримач 3, перший та другий мікрооб'єктиви 4 і 5, оптична система 10. Оптична система 10 складається з двох оптичних каналів, кожний з яких включає в собі оптично і послідовно з'єднані між собою третій мікрооб'єктив 11, перший оптичний фільтр 15 і четвертий мікрооб'єктив 13 та п'ятий мікрооб'єктив 12, другий оптичний фільтр 16 і шостий мікрооб'єктив 14. Додатково введені також кодокероване джерело 1 струму (перетворювач "код-струм"), цифрові входи якого з'єднані з загальною шиною 28, аналоговий вихід підключений до земляної шини через джерело 2 оптичного випромінювання. Останнє оптично з'єднане через перший та другий мікрооб'єктиви 4 і 5 з поверхнею, відповідно, стандартного 8 та досліджуваного 9 зразків листків рослини, які розташовані на тримачах 6 і 7 відповідно. Джерело 2 оптичного випромінювання через оптично з'єднані між собою на оптичній осі третій мікрооб'єктив 11, перший оптичний фільтр 15 і четвертий мікрооб'єктив 13 та п'ятий мікрооб'єктив 12, другий оптичний фільтр 16 і шостий мікрооб'єктив 14 з оптичними входами першого та другого фотоприймачів 17 і 18 відповідно. При цьому виходи керованих підсилювачів 20 і 21 підключені до аналогових входів порту "А" сигнального процесора 29, які з'єднані з відповідними входами комутатора каналів, підключеного до входу аналого-цифрового перетворювача, що вбудовані у сигнальний процесор 29. Цифрові входи-виходи порту "С" сигнального процесора 29 підключені до відповідних входів керування виконавчого механізму 19 з обтюраторним диском та цифрових входів-виходів цифро-аналогових перетворювачів 22 і 23. Цифрові виходи 1 і 2 порту "А" сигнального процесора 29 підключені до входів керування, відповідно, керованих підсилювачів сигналів 20 і 21 першого і другого електронних каналів. Робота цифрового вимірювача поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин складається з такту автоматичного вирівнювання коефіцієнтів підсилення оптико-електронних каналів на трьох довжинах хвиль, чотирьох тактів вимірювання і одного такту обробки результатів проміжних вимірювань. Після включення живлення цифрового вимірювача поверхневої концентрації хлорофілу всі функціональні блоки встановлюються у початковий стан. Цифровий відліковий пристрій 26 показує нулі. За командою з сигнального процесора 29 включається джерело оптичного випромінювання 2, оскільки вхід джерела 2 підключений до виходу кодокерованого джерела струму 1. За допомогою клавіатури 25 у оперативну пам'ять сигнального процесора 29 записують, в залежності від виду досліджуваної рослини, наступні паспортні значення параметрів стандартного зразка листка досліджуваної рослини: значення поверхневої концентрації C 0 , значення площі s 0 та коефіцієнта перекриття k п0 . Крім того у оперативну пам'ять записують значення коефіцієнтів поглинання k 1, k  2 і k  3 потоків оптичного випромінювання, коефіцієнтів розсіювання k px і k p0 та коефіцієнта перекриття 55 k пх хлоропластами листка досліджуваної рослини, що містять хлорофіл, наприклад 0,01  k p  0,10,4  . k пх вибирають у межах 0,85  k   0,95 0,99  . Ці значення записують пx у оперативну (чи постійну) пам'ять сигнального процесора 29. Вони є різними в залежності від виду рослини. Спочатку, до проведення вимірювань, за командою з сигнального процесора 29, 3 UA 102283 C2 виконується операція автоматичного вирівнювання значень коефіцієнтів передачі обох вимірювальних каналів на трьох довжинах хвиль. Для цього, при відсутності зразків листків рослини у тримачах 6 і 7, за командою з сигнального процесора 29 в кожному з двох оптичних каналів почергово встановлюються оптичні фільтри на довжини хвиль  1, 2 і  3 . За другою 5 10 15 командою включається джерело 2 оптичного випромінювання, оптичний потік від якого за допомогою відбивного дзеркала-тримача 3 і першого та другого мікрооб'єктивів 4 і 5 поділяється на два ідентичні потоки оптичного випромінювання потужністю Ф 0 . Ці потоки відбиваються від дзеркальних внутрішніх поверхонь тримачів досліджуваного і стандартного зразків листка рослини 6 і 7 і, через оптичну систему 10 з встановленими оптичними фільтрами, надходять на вхід фотоприймача 17 і 18. Вихідні сигнали фотоприймачів 17 і 18 підсилюються і у вигляді напруг U01 і U 02 надходять через аналогові входи порту "А" сигнального процесора 29 на входи аналогового комутатора каналів (вбудованого у сигнальний процесор 29), що з'єднаний з вбудованим аналогоцифровим перетворювачем. В результаті аналого-цифрового перетворення у оперативну пам'ять сигнального процесора 29 надходять коди напруг кожного з двох каналів, тобто N01 і N 02 . Отримані числові значення порівнюються з числовим значенням N 0 напруги U0  5 В . У 20 25 30 35 40 разі їх нерівності на цифрові входи цифро-аналогових перетворювачів 22 і 23 надходить код різниці, який перетворюється у напругу керування підсилювачами 20 і 21 відповідно. Таким чином, в результаті регулювання, встановлюються такі значення коефіцієнтів підсилення керованих підсилювачів 22 та 23, при яких забезпечується рівність значень вихідних напруг оптико-електронних каналів п'яти вольтам, тобто Uк1  Uк 2  U0  5 В , або N01  N02  N0 . Вирівнювання коефіцієнтів підсилення здійснюється автоматично за програмою, що записана у постійному запам'ятовуючому пристрої сигнального процесора 29. У кінцевому випадку вирівнювання коефіцієнтів підсилення забезпечує виключення впливу абсолютних значень потужності Ф 0 на результат вимірювання поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин. Після цього проводяться чотири такти вимірювання. На тримачі 6 і 7 встановлюються досліджуваний та стандартний зразки листка рослини. У першому такті вимірювання за командою з сигнального процесора 29, що подається на цифрові входи поворотного виконавчого механізму 19, встановлюються оптичні фільтри 15 і 16 з довжиною хвилі  1 . Поглинені та відбиті від поверхонь зразків 8 і 9 листків рослини під кутом 90° послаблені потоки оптичного випромінювання через перший оптичний канал, що містить послідовно з'єднані мікрооб'єктив 11, оптичний фільтр 15 і мікрооб'єктив 13, і другий оптичний канал, що включає мікрооб'єктив 12, оптичний фільтр 16 і мікрооб'єктив 14 (оптичної системи 10), надходять на входи фотоприймачів 17 і 18 відповідно. Спектральні потоки оптичного випромінювання з довжиною хвилі  1 (при смузі пропускання оптичного фільтру 2 0 ) за допомогою фотоприймачів 17 і 18 перетворюються у напруги, підсилюються у задане число раз за допомогою керованих підсилювачів сигналів 20 і 21. В результаті на аналогові входи порту "А" сигнального процесора 29 надходять, відповідно, напруги U1 і U . За допомогою вбудованого аналого-цифрового перетворювача напруги U1 і 1 U почергово перетворюються, відповідно, у коди чисел: 1 k C C C k s B B  k s B B  N1  S1U0 1 k п0 e 1 0 m 0 p0 0 оп пз  1 k п0 e p0 0 оп пз  S1U , (1) 01 де S 1 - крутість аналого-цифрового перетворення; U 0 - нормована за значенням напруга ( U0  U0 1  S 1k ф1Ф 0 ; S 1 - крутість перетворення спектрального потоку оптичного л л   45  випромінювання у напругу на робочій довжині хвилі на момент проведення вимірювання, причому S 1  S л1 1   л1 ; S л1 - номінальна за значенням крутість потоку оптичного л     50     випромінювання у напругу на момент введення в дію засобу вимірювання;  л1  S1 / S л1 відносна похибка перетворення (чутливості) оптико-електронного каналу від зміни параметрів лінійної функції перетворення під дією дестабілізуючих факторів; k 1 - коефіцієнти поглинання 4 UA 102283 C2 потоку оптичного випромінювання на робочій довжині хвилі  1 ; k ф1 - коефіцієнти передачі оптичного фільтра 17 на робочій довжині хвилі; k p 0 - коефіцієнт розсіювання потоку оптичного випромінювання стандартним зразком листка заданої площі; s 0 - площа поверхні зразка листка U 0 рослини (нормована за значенням); 5 - зміщення функції перетворення від дії дестабілізуючих факторів; k п0 - коефіцієнт перекриття хлоропластами зразків листка рослини; С m  100 % , і    k C C C k s B B  k s B B  N  S1U0 1 k пx e 1 x m x px x оп пз  1 k пx e px x оп пз  S1U , (2) 1 01 де k px - коефіцієнт розсіювання потоку оптичного випромінювання досліджуваним зразком 10 15 20 25 листка заданої площі; s x - площа поверхні досліджуваного зразка листка рослини (нормована за значенням); k пx - коефіцієнт перекриття хлоропластами досліджуваного зразка листка рослини. У другому такті вимірювання за командою з сигнального процесора 29, що подається на цифрові входи поворотного виконавчого механізму 19, встановлюються оптичні фільтри 15 і 16 з довжиною хвилі  2 . Як й у першому такті, поглинені та відбиті від поверхонь зразків 8 і 9 листків рослини під кутом 90° послаблені потоки оптичного випромінювання через перший оптичний канал, що містить послідовно з'єднані мікрооб'єктив 11, оптичний фільтр 15 і мікрооб'єктив 13, і другий оптичний канал, що включає мікрооб'єктив 12, оптичний фільтр 16 і мікрооб'єктив 14 (оптичної системи 10), надходять на входи фотоприймачів 17 і 18 відповідно. Спектральні потоки оптичного випромінювання з довжиною хвилі  2 (при смузі пропускання оптичного фільтра 2 0 ) перетворюються, за допомогою фотоприймачів 17 і 18, у напруги і підсилюються у задане число раз за допомогою керованих підсилювачів 20 і 21. В результаті на аналогові входи порту "А" сигнального процесора 29 надходять, відповідно, напруги U 2 і U . За допомогою вбудованого аналого-цифрового перетворювача напруги U 2 і 2 U2 почергово перетворюються, відповідно, у коди чисел:       k s B B   1 k п0 e p0 0 оп пз  S2 U , (3) 01 де всі позначенні ті ж, як у (1), але для довжини хвилі  2 ; U0  U0  2  S  2 k ф 2 Ф 0 ; S 2 л N2  S2U0 1 k п0 e  k  2C0 Cm C0 k p 0 s0 Bоп Bпз крутість перетворення аналого-цифрового перетворювача 23; 30 потоку на довжині хвилі і S л 2 - крутість перетворення 2 ,    k C C C k s B B  k s B B  N  S2U0 1 k пx e  2 x m x px x оп пз  1 k пx e px x оп пз  S2 U . (4) 2 01 35 40 45 У третьому такті вимірювання за командою з сигнального процесора 29, що подається на цифрові входи поворотного виконавчого механізму 19, встановлюються оптичні фільтри 15 і 16 з довжиною хвилі  3 . Як й у першому такті, поглинені та відбиті від поверхонь зразків 8 і 9 листків рослини під кутом 90° послаблені потоки оптичного випромінювання через перший оптичний канал, що містить послідовно з'єднані мікрооб'єктив 11, оптичний фільтр 15 і мікрооб'єктив 13, і другий оптичний канал, що включає мікрооб'єктив 12, оптичний фільтр 16 і мікрооб'єктив 14 (оптичної системи 10), надходять на входи фотоприймачів 17 і 18 відповідно. Спектральні потоки оптичного випромінювання з довжиною хвилі  3 (при смузі пропускання оптичного фільтра 2 0 ) перетворюються, за допомогою фотоприймачів 17 і 18, у напруги і підсилюються у задане число раз за допомогою керованих підсилювачів 20 і 21. В результаті на аналогові входи порту "А" сигнального процесора 29 надходять, відповідно, напруги U 3 і U . За допомогою вбудованого аналого-цифрового перетворювача напруги U 3 і 3 U почергово перетворюються, відповідно, у коди чисел: 3 5 UA 102283 C2    k C C C k s B B  k s B B  N3  S3U0 1 k п0 e  3 0 m 0 p0 0 оп пз  1 k п0 e p0 0 оп пз  S3 U , (5) 01 де U0  U0  3  S  3 k ф 3 Ф 0 ; S 3 - крутість перетворення аналого-цифрового перетворювача л 5 10 28; S  3 - крутість перетворення потоку на довжині хвилі  3 , л і k  3Cx Cm Cx k px s0 Bоп Bпз  kpx s0 Bоп Bпз     1 k пx e  S U . (6)  1 k п0 e N  S3U0 1 k пx e 3  S U 3 01 Виключають джерело 2 оптичного випромінювання по команді з сигнального процесора 29, при якій на входи кодокерованого джерела 1 струму надходить код нуля, тобто джерело 2 знеструмлюється. При нульовому значенні оптичного сигналу вихідні напруги U 4 і U 4 підсилювачів 20 і 21 перетворюють у коди чисел: k  3C0 Cm C0 kp s0 Bоп Bпз  kp 0s0 Bоп Bпз    N4  S3U00 1 k п0 e 3 01  S3 U 01 , (7) де U00  S 3 k ф 3 Ф 00 - нульове значення напруги, отримане при нульовому значенні л  15  оптичного сигналу, тобто при Ф 00  0 , і k  3Cx Cm Cx k p sx Bоп Bпз    N  S3U00 1 k пx e 4  1 k пx e   k psx Bоп Bпз   S U 3 01  S3 U . 01 (8) 20 По значеннях (7) і (8) судять про дрейф нуля оптико-електронних каналів. Кожний з восьми отриманих кодів чисел (1),…,(8) запам'ятовується у оперативній пам'яті сигнального процесора 29. За отриманими результатами вимірювань визначають дійсне значення С x чи N Cx   поверхневої концентрації хлорофілу за рівнянням числових значень, представленому у неявному виді як:  k C  C C k s   k C  C C k s  k  N  N e 1 x m x px x  e  2 x m x px x пх 1 2 , (9)   k  0 N1  N2 e k 1C0 Cm C0 kp 0 s0   e k  2 Cx Cm C0 kp 0 s0  п де k   N  N  / N , k  0  U3  U 4 / U3 . пх 3 4 3 п 25 30 Питома поверхнева концентрація визначається за рівнянням числових значень c хп  С х / s x . При наявності випадкових похибок в кожному такті проводять від 10 до 34 чи від 35 до 100 вимірювань. Результати статистично оброблюють. Отримані середні значення оброблюють згідно з рівнянням числових значень (9) для визначення усередненого значення поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин. В результаті маємо:       k C  C C k s   k C  C C k s  k  N  N e 1 x m x px x  e  2 x m x px x пх 2 , (10)  1  k C C C k s  k 0 N1  N2 e 1 0 m 0 p 0 0  e k  2 Cx Cm C0 kp 0 s0  п де   k  N  N / N , k0  U3  U4 / U3 . пх 3 4 3 п У цьому випадку питома поверхнева концентрація визначається за рівнянням числових 35 40 45 значень с xп   С x /s х  , де С x  - усереднене значення поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин отримане за рівнянням числових значень (10). За допомогою інтерфейсу зв'язку 27 (з антеною 28) здійснюється передача отриманих даних у центральну біологічну лабораторію чи іншим споживачам інформації. Слід зазначити, то автоматичне вирівнювання значень коефіцієнтів підсилення вимірювальних каналів може здійснюватися перед кожним вимірюванням, один раз за 10 хвилин роботи приладу, один раз на годину чи один раз за зміну (8 годин роботи) в залежності від умов експлуатації цифрового вимірювача. Як видно з рівняння числових значень (9) та (10), результат вимірювання не залежить від абсолютних значень і довгострокової нестабільності параметрів функції перетворення вимірювальних каналів під дією зовнішніх дестабілізуючих факторів. Це приводить до підвищення точності вимірювання при оптимальному співвідношенню "точність - швидкодія" цифрового вимірювача. 6 UA 102283 C2 5 10 15 20 Особливістю запропонованого технічного рішення є те, що він реалізує просторово-часове розділення вимірювальних каналів. Це забезпечує підвищення швидкодії у 3 рази та підвищення точності вимірювання. За результатами вимірювань (7) і (8) можна судити про дрейф нуля оптико-електронних каналів, тобто про стабільність роботи цифрового вимірювача, особливо при його роботі в умовах експлуатації, відмінних від нормальних. Завдяки великій швидкодії аналого-цифрового перетворення сигналів і малих витрат часу на зміну оптичних фільтрів, за час проведення всіх тактів вимірювань параметри функції перетворення не успівають змінитися під дією зовнішніх дестабілізуючих факторів, тобто є постійними. При обробці результатів вимірювань їх значення автоматично виключаються. Між собою параметри каналів корегуються за результатами автоматичного вирівнювання коефіцієнтів підсилення вимірювальних каналів. Підвищення точності досягається також за рахунок виключення впливу на кінцевий результат похибок, обумовлених послабленням потужності потоків оптичного випромінювання за рахунок запотівання та забрудненням оптичних елементів вимірювача, неточного вибору коефіцієнта перекриття, виключення неідентичності перетворення у напругу U 0 потоків оптичного випромінювання оптичними каналами. Таким чином, запропонований цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин забезпечує досягнення поставленої технічної задачі, тобто забезпечує автоматичне зменшення систематичних похибок вимірювання, а при багатократних вимірюваннях і статистичної обробки зменшує й випадкову складову похибки. При цьому має оптимальне співвідношення між точністю та швидкодією. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 Цифровий вимірювач поверхневої концентрації хлорофілу у листках рослин, що містить джерело оптичного випромінювання, тримач з досліджуваним зразком листка рослини, два електронні вимірювальні канали, кожний з яких включає послідовно з'єднані фотоприймач і керований підсилювач сигналів, виконавчий механізм з обтюраторним диском, на якому розташовані оптичні фільтри, сигнальний процесор, інтерфейс зв'язку з антеною, цифровий відліковий пристрій та загальну шину, цифрові виходи якої з'єднані з цифровими входамивиходами порту «В» сигнального процесора, до яких підключені через загальну шину і об'єднані між собою однойменні цифрові входи-виходи інтерфейсу зв'язку, цифрового відлікового пристрою, клавіатури і бази даних, який відрізняється тим, що в нього додатково введені перший та другий цифро-аналогові перетворювачі, ідентичний тримач з стандартним зразком листка рослини того ж виду, відбивне дзеркало-тримач, перший та другий мікрооб'єктиви, оптична система, що складається з двох оптичних каналів, кожний з яких включає оптично і послідовно з'єднані, відповідно, третій мікрооб'єктив, перший оптичний фільтр, четвертий мікрооб'єктив та п'ятий мікрооб'єктив, другий оптичний фільтр, шостий мікрооб'єктив, та кодокероване джерело струму, цифрові входи якого з'єднані з загальною шиною, а аналоговий вихід підключений до шини заземлення через джерело оптичного випромінювання, яке оптично з'єднане через перший та другий мікрооб'єктиви з поверхнею, відповідно, стандартного та досліджуваного зразків листків рослини, які розташовані на відповідних тримачах, і через оптично з'єднані на оптичній осі третій мікрооб'єктив, перший оптичний фільтр, четвертий мікрооб'єктив та п'ятий мікрооб'єктив, другий оптичний фільтр, шостий мікрооб'єктив з оптичними входами першого та другого фотоприймачів, відповідно, аналогові виходи яких з'єднані з першими входами керованих підсилювачів сигналів, виходи яких підключені до аналогових входів порту «А» сигнального процесора, які з'єднані з відповідними входами комутатора каналів, підключеного до входу аналого-цифрового перетворювача, що вбудовані у сигнальний процесор, цифрові входи-виходи порту «С» якого підключені до відповідних входіввиходів керування виконавчого механізму з обтюраторним диском та цифрових входів-виходів цифро-аналогових перетворювачів, виходи яких з'єднані з другими входами керованих підсилювачів сигналів. 7 UA 102283 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8