一种葡萄果实活体智能测量装置的设计

赵 军 赵成娟 高林森

(1石家庄益康农科技发展有限公司 河北 石家庄 050051；2河北一兽药业有限公司 河北 石家庄050051；3河北省农林科学院农业信息与经济研究所 河北 石家庄 050051)

现有测量果实尺寸仪器主要为游标卡尺和线性位移传感器(linear variable displacement transducers，LVDTs)以及计算机视觉测量技术。游标卡尺不能连续测量果实大小，且不易控制果体上测量位置和卡尺夹持力度，会给测量结果带来误差；线性位移传感器，其测量精度高且能连续测量果实大小，国内外研究者已使用该传感器对植物生长与生长环境间关系进行过许多研究[1～2]，不足之处是测量时传感器与植物果实体接触，不可避免对果实生长造成影响[3]，且本类产品基本为进口产品，性价比较低。计算机视觉测量技术[4～5]能对植物的生长特征参数进行非接触、非破坏式测量，但测量相机拍照操作比较难，特别是在植株上操作更难，不适合大批样品测量。葡萄花序为柔荑花序，果穗由许多密集的果粒组成，以上测量方法都不太方便。在葡萄研究过程中，葡萄果实生长发育的数据测量一直是个难题。

1 装置设计

1.1 装置测量原理。采取溢水法测量葡萄果实生长发育过程，在一个半径r的圆形容器里加一定的水，高度为h1，把葡萄果实完全浸入容器水中，水面上升高度至h2，则葡萄的体积V=3.14r2(h2-h1)。

1.2 装置构成。本装置主要由测量系统和支撑系统2部分组成。测量系统主要包括测量桶、测量桶平衡架、计量器及数据记录仪和储水箱4部分。支撑系统主要包括4根装置腿、升降台、装置把手、支撑平台及橡胶轮5部分。

1.3 装置各部分功能

1.3.1 支撑平台。安装在4条装置腿上，后面的2条腿上安装有橡胶轮，方便在葡萄行间移动。并安装了升降台，可以根据测量葡萄果实的位置高低调节测量桶的高度，使测量果实接近测量桶水面，使测量果实完全浸入测量桶水中。

1.3.2 测量桶平衡架。安装在升降台上，外环与内环之间有转动轴连接，可以绕轴相互转动。内环用同样的方式与测量桶连接，但转动轴方向与外环内环连接轴方向垂直。这样的结构可以使测量桶加水后一直处于水平状态，保证测量结果的精准性。

1.3.3 测量桶。为储水容器，沿测量桶内侧装有容积定位管，定位管为中空管，当水位超过管子上端时水从管子中部流出测量桶，流过计量器后进入储水箱。

1.3.4 计量器及数据采集系统。主要功能是测量流过的水的体积，并记录测量，自动生成调查表格保存到SD卡上。

1.3.5 储水箱。既能储存测量桶溢出的水，也可以放水加到测量桶内，使水得到循环利用，方便野外操作。

2 装置测量过程

整个测量过程如图1所示。

图1 葡萄果实活体智能测量装置测量流程

3 装置使用案例

利用本装置在设施葡萄种植基地进行果实阶段性测量，结果如表1和图2，从中可以发现，利用该智能测量装置进行测量可以很好的反映葡萄果实膨大期的生长发育特点和个性差异。

图2 葡萄生长曲线图

表1 葡萄果实调查表 (单位：cm3)

4 结论

本装置采用了常规的溢水法测量葡萄果实大小，设计了升降平台便于高低位果实的测量，同时加入了智能计量测量系统，能精准的计算出测量结果并把数据保存到仪器的SD卡上，可以方便把数据导入计算机中进行后期数据整理。通过使用发现，本装置操作简单，误差小，精准度高，很好的反映了葡萄果实的生长发育状况，具有极高的推广价值。