Устройство для измерения динамики роста и температуры растения

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 19) (11) 70(54) У МИКИ Р 57) Из кому х пол ьз ов роста и цессе б Цель из циональ точност шение г чик Ю СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальное опытное проектно-конструкторско в технологичесбюро СО ВАСХНИЛ(56) Авторское свидетельство ССС11 940698, кл. А 01 С 7/00, 1982. РОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАТА И ТЕМПЕРАТУРЫ РАСТЕНИЯ бретение относится к сельзяйству и может быть исно при изучении динамики температуры растений в проологического эксперимента. бретения - расширение функых возможностей, повышение измерения, а также уменьбаритных размеров и массы. роста выполнен в виде гиб 2кого пьезоэлемента с двумя электродами, имеет форму плоской ленты и оборачивается в ходе работы вокруг стебля растения, Устройство позволяет проводить измерение динамики ростаРрастения, так как растение вызывает деформацию пьезоэлемента и изменение его заряда, Это изменение усиливается блоком 4 усиления и результат измерения отображается на одном из регистрирующих приборов 16 или 17. При уменьшении температуры электрическая проводимость пьезоэлемента изменяется, Изменение этого пассивного параметра с помощью измерителя 12 электрической проводимости пьезоэлемента преобразовывается в электрический сигнал н информация о температуре отображается па другом регистрирующем приборе. Устройство позволяет одновременно измерять две физические величины одним чувствительным элементом датчика,2 ил, 3 1496705Изобретение относится к сельско.му хозяйству и биологии высших растений и может быть использовано при изучении динамики роста и температу 5 ры растения в процессе биологических исследований.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения, а также уменьшение габаритных размеров и массъ.На фиг.1 приведена структурная схема устройства для измерения динамики роста и температуры Растения; на 15 фиг.2 - конструкция датчика роста,Устройства (фиг.1) .содержит объект 1 измерения (фитоэлемент рас, тения), датчик 2 роста и измерительный блок 3, выполненный в виде блока 4 усиления, содержащего, например, операционный усилитель 5, посто янные резисторы 6-9, переменный резистор 10 и корректирующий конденсатор 11, измерителя 12 электриче ской проводимости, содержащего, например, генератор 13 синусоидального напряжения, усилитель 14 переменно-. го напряжения и прецезионный выпрямитель 15, первого 16 и второго. 17 регистрирующих приборов.Датчик 2 роста (фиг,2) содержит основание 18, органический пьезоэлемент 19, первый 20 и второй 21 метал лические электроды и электрические выводы 22 23Основание 18 представляет собойполимерную пленку, на поверхностькоторой, например, вакуумной сублимацией последовательно нанесены, слой опервого металлического электрода20, органического пьезоэлемента 19,выполненногв, например, на основейорганических полициклических соединений и второго металлического элек 45трода 21, К электродам 20, 21 подключены, например, методом термокомпрессионной сварки электрическиевыводы 22, 23, Такая структура образует гибкий пьезоэлек:рический датчик давления, Для крепления датчика 2 роста на объекте 1 измерения,. которым является стебель растения,нанесена (или закреплена) клеющаятекстура (не показано), позволяющая 55неоднократно осуществлять процессустановки датчика 2 роста на стеблерастения,4Например, в качестве такой текстуры может быть использована бытоовая липкая лента.Блок 4 усиления (фиг.1) выполненна базе, например, дифференциального инвертирующего операционйогоусилителя,Электрические выводы 22, 23 пьезоэлемента датчика 2 (фиг,1) через резисторы 6, 7 соответственно соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 5. Выход операционного усилителя 5 соединен со своимнеинвертирующим входом через резистор 9 и с корректирующим входом -через конденсатор 1 1. Неинвертирующий вход операционного усилителя 5соединен через резистор 8 с точкойнулевого потенциала, ачерез переменный резистор - с источником стабилизированного постоянного напряженияЕп. Выход операционного усилителя5 подключен к входу второго регистрирующего прибора 1 Генератор 13синусоидального напряжения соединенс электрическйми выводами 22, 23датчика 2 роста и входами усилителя14 переменного напряжения, выход которого через прецизионный выпрямитель 15 подключен к входу первогорегистрирующего прибора 16.В основе эффекта изменения электрической проводимости пьезоэлемента в основном лежит зависимостьдиэлектрической проницаемости пьезоматериала от изменений температуры,в результате чего проводимость пьезоэлемента (за счет изменения ее емкостной составляющей) изменяется,Действительно, пьезоэлемент представляет собой плоскопараллельныйконденсатор, который обладает емкостьюЕ,з С = - я(8,84 -10 ц);- относительная диэлектрическая проницаемость пьезоматериала; фЙ - толщина пьезоматериала (м),Устройство работает следующим образом.96705 6 5 10 Ф 15 20 5 14Датчик 2 роста оборачивается вокруг стебля растения, который служит объектом 1 измерения, и с:помощью клеящей текстуры его основания 18 закрепляется на стебле.Приростстебля по толщине вызывает деформацию пьезоэлемента 19, а следовательно, за счет прямого пьезоэффекта и изменение его заряда. Изменения усиливаются и нормируются, в соответстввии с принятой шкалой измерения роста растения, блоком 4 усиления, и результат измерения отображается на втором регистрирующем приборе. 17.Изменение температуры вызывает изменение электрической проводимости пьезоэлемента, например ее реактивной составляющей - емкости, Это изменение с помощью измерителя 12 преобразуется в электрический сигнал 4Ф также нормируется в соответствии с принятой шкалой измерения температуры, например цельсия. Информация о температуре отображается на первом регистрирующем приборе 16Более подробно работа устройстваможет быть представлена следующимобразом. Изменение заряда пьезоэлемента 19 датчика 2 поступает на входблока 4 усиления, выполненного,например, на базе дифференциальногооперационного усилителя с высоким входным сопротивлением типа К 284 Уд 1 А. Резисторы 6 7 ограничивают входные токи 4 усиления. Отношение сопротивления резистора 9 к сопротивлению резистора 6 устанавливает необходимый коэффициент усиления блока 4 усиления, Конденсатор 11 служит для коррекции амплитудно-частотной характеристики блока 4. С помощью его исключается взаимосвязь каналов измерения роста и температуры растения, т,е, с помощью конденсатора 11 амплитудно-частотная характеристика блока 4 усиления ограничивается областью медленно меняющих низких частот и сигнал генератора 13 измерителя 12 электрической проводимости(частота которого выбрана,по крайней мере,на один порядок выше) не усиливается блоком 4 усиления и не оказывает влияние на канал измерителя ростарастения, В случае применения в качестве блока 4 усиления микросхемыК 284 УД 1 А, конденсатор 11 подключается между выводом усилителя 5 (корректирующий вход) и выводом резисто-,ра 8 (выход). При помощи регулируемого делителя напряжения, собранного на резисторах 8, 10, компенсируется начальная составляющая заряда пьезоэлемента 19, возникающаяпри установке датчика 2 на стеблерастения, т.е. в начальный моментизмерения на выходе блока 4 усиления устанавливают нулевой сигнал.Усиленный и снормированный сигнал свьмода блока 4 усиления поступаетна вход второго регистрирующегоприбора 17, выполненного, например,на базе аналогового самопишущегоустройства "епЫш". С помощью регистрирующего прибора 17 информация о динамике роста заносится набумажный носитель. Не исключенавозможность выполнения регистрирующих приборов 16, 17 в виде аналого-цифрового преобразователя (АЦП)с цифровым индикатором и цифропечатающим устройством. В таком случае операции нормирования и линеаризации передаточной характеристики каналов измерения устройства будут проводиться с помощью соответствующих АЦП. Измерение же температуры осуществляется следующим образом. На пьезоэлемент 19 датчика2 подается синусоидальное напряжение, например, с частотой 1 кГц.Падение переменного напряжения навыводах 22, 23 датчика 2 несет информацию о температуре растения,Этопадение усиливается и нормируетсясоответственно усилителем 14 переменного напряжения, преобразуется с 40помощью прецизионного выпрямителя 15в постоянное напряжение. Результатизмерения температуры аналогичнымобразом отображается или регистриру- .ется на первом регистрирующем приборе 16, Выбор частоты генератора 13,полосы пропускания частот блока 4усиления, коэффициента усиленйя усилителя 14 и т.п., осуществляетсяпри реализации и проектировании кон. кретных устройств для измерения динамики роста и температуры растения,с учетом конкретного материала, при"меняемого пьезоэлемента, его размеров, динамического диапазона изме рения характеристик растения.Использование в качестве чувствительного элемента датчика 2 ростагибкого пьезоэлемента и его отрабе;1496705 Формула изобретения Устройство для измерения динамикироста и температуры растения, содер . Составитель Л,ПантелееваРедактор М.Бандура Техред М,дидык Корректор М.Пожо. Заказ 4348/4 Тираж 621 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Я, Раушская наб., д. 4/5 Производс:твенно-издательский комбинат фПатент , г. Ужгород, ул, аг р1Гага ина 101 танная технология производства позволяет создать простой миниатюрный многофункциональный датчик для измерения двух физических величин.Устройство просто в изготовлении и эксплуатации, обладает высокими помехозащищенностью и надежностью, может найти применение для исследования растений на объектах, где к техническим средствам предъявляются прежде всего требования обеспечения минимальных габаритов и веса. Кроме того, оно может быть использовано при диагностике функционального состояния растений, при проведении селекционных работ, при оценке и прогнозировании урожая сельскохозяйственных культур и т.п. жащее датчик роста, включающий соединенные последовательно чувствительный элемент и электроды, выводы которых связаны с соответствующими.вхо1дами измерительного блока, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей,повышения точности измерения,а также уменьшения габаритных размеров и массы, чувствительный элементдатчика роста выполнен в виде пьезоэлемента, а измерительный блок состоит из блока усиления, ивмерителяэлектрической проводимости пьезоэлемента и двух регистрирующих приборов, причем выводы датчика ростасоединены с соответствующими входамиблока усиления и измерителя электрической проводимости пьезоэлемента,а выход последнего связан с первымрегистрирующим прибором, при этомвторой регистрирующий прибор подключен к выходу блока усиления.