Способ измерения площади листа растения и устройство для его осуществления

(50 4 АОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ щеЩАДИ ЛИСТА ГО ОСУЩЕОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРУ 337642, кл. О 01 В 7/32, 1970,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОРАСТЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ измерения площадилйста растения путем помещения егомежду осветителем и двумя линейкамис фотоэлементами, расстояние междукоторыми кратно единице длины измерения, и определения числа фотоэлементов, перекрытых листом, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, линейки располагают по всей ширине листа параллельно друг другу и расстояние между осями линеек выбирают кратным единице длины измерения, затем одновременно определяют число фотоэлемен тов, перекрытых листом в предыдущей и в последующей линейках, запоминают1число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке, и непрерывно в течение времени переме ния листа сравнивают число фотоэлементов, перекрытых листом в последую щей линейкес запомненным числом, затем после совпадения результатов сравнения повторяют вьппеописанные операции, связанные с определением, запоминанием и сравнением чисел фотоэлементов в линейках, а об измеряемой площади листа судят по сумме запомненных чисел при совпадении результатов сравнения,1259980 2, Устройство для измерения площади листа растения, содержащее две линейки фотоэлементов, осветитель и коммутатор, одни выходы которого соединены с фотоэлементами, а другие подключены к входам олока управления, в состав которого входят генератор импульсов, первый н второй элементы совпадения и первый и второй триггеры, первый счетчик, выходы которого подключены к Первым входам схемы сравнения кодов, второй счетчик, выходы которого подключены к цифровому индикатору, а выходы коммутатора подключены к входам схемы преобразователя сигналов с фотоэЯементов, о тй и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены запоминающий блок и третий счетчик, выходы которого подключены к информационным входам запоминакщего блока, одни выходы которого соединены с информационными входами второго счетчика, а другие выходы подключены к вторым входам схемы сравнения кодов, выходы которой соединены с управляющими выходами запоминающего блока, установочные входы которого подключены к первым выходам блока управления, вторые выходы которого соединены с установочными входами запоминающего блока, первого и третьего счетчиков, причем третьи выходы блока управления подключены к управляющим входам первого и третьего счетчиков, одни инИзобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в биологических исследованиях, связанных с определением площади листьев растений сосложным профилем. 5Цель изобретения - повышение точ- ности измерения. Предлагаемый способ осуществляетсяследующим образом. Линейки с фотоэлементами располагают по всей, ширине одной из сторон листа растения параллельно друг другу, Расстояние между фотоэлементами в каждой линейке и расстояние между продольными осями линеек выбирают кратным единице длины, например 1 и 0,1 мм. Выбором этого расстояния определяют необходимую разрешающую способность устройства (в данном случае соответственно 1 и 0,1 мм),На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения О площади листьев растений; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; иа фиг. 3 - схема расположения элементов устройства. формационные входы которых соедннейьсоответственно с четвертыми н пятымивыходами блока управления, а другиеинформационные входы подключены квыходам схемы преобразования сигналовс фотоэлементов, а шестые выходы блока управления соединены с управляющи", ми входами коммутатора.3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с,я тем, что блок управления снабжен формирователем импульсов, инвертором, первым и вторым.электронными ключами, управляющиевходы которых подключены соответственно к выходам первого и второготриггеров, входы установки единицыкоторых соединены соответственнос выходами элементов совпадения,одни входы которых подключены к входу инвертора и первому выходу формирователя импульсов, который соединенс входом генератора импульсов, выходкоторого подключен с одной стороны кшестому входу блока управления, ас другой стороны - к входам первогои второго электронных ключей, выходыкоторых соответственно соединены с пя.тым и четвертым выходами блока управления, третий выход которого подключен к выходу инвертора, а второй ипервый соединены с вторым и третьимвыходами формирователя импульсов,причем другие выходы элементов совпадения и входы установки нуля триггеров подключены к входам блока управления, 1259980Длину линеек выбирают исходя из максимальной ширины листа конкретного растения, площадь которого измеряется, Затем вдоль фотолинеек перемещают лист растения с помощью, на пример, валков, покрытых материалом с высоким коэффициентом трения, оси которых посажены на подшипники. Первый из валков, например, жестко закреплен на каркасе устройства, второйО "подпружинен" по отношению к первому (фиг. 3).Усилия прижима валков друг к другу выбирают из условий минимального воздействия самого процесса измерения 5 на деформацию объекта измерения, По другую сторону устанавливают осветитель, Таким образом, лист перекрывает световой поток от осветителя к фото- линейкам. 20Фотолинейки с осветителем подводят к ножке листа. В момент начала измерения С одновременно определяют числб фотоэлементов, перекрытых листом в последующей И 1 и предыдущей , И линейках. Запоминают число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке, и затем осуществляют протягивание листа вдоль линеек и осветителя, непрерывно сравнивания ЗО запомненное число (И ) с .числом фотогэлементов, перекрытых листом в последующей линейке И,(С), т.е. это число изменяется во времени движения листа по отношению к линейкам И И(С).,В момент времени С эти числа становятся равны друг другу И,(С)=Иг. Это значит,что лист переместился на расстояние между осями линеек, т.е. последующая линейка в момент временизаняла место предыдущей линейки в момент времени С, . Далее, в этот момент времени С, опять определяют число фотоэлементов, перекрытых листом в предыдущей линейке Иг(И 7 И , запоминают это число и сравнивают его с числом И(С), В моментвремени последующая линейка занигмает место предыдущей, которая находилась в том месте в момент времени С , и т.д. Так как профиль многих растений имеет сложную форму, т.е. практичес- ки не возможен случай, чтобы в один и тот же момент времени число фотоэлементов, перекрытых листом на последующей и предыдущей линейках,были равны, в процессе измерения, осуществляя операцию суммирования запомненных чисел при сравнении результатов, получают информацию об измеряемой площади с довольно высокой точностью.Устройство для измерения площади листа растений содержит линейки 1,2 с фотоэлементами, осветитель 3, коммутатор 4, состоящий, например, из групп электронных ключей 5, 6 и распределителя 7 импульсов, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов, в состав которой входят, например, усилители 9, 10 и компараторы 11, 12 напряжения, первый реверсивный счетчик 13 импульсов, третий реверсивный счетчик 14 импульсов, схему 15 сравнения кодов, запоминающий блок 16, второй счетчик-дешифратор 17, цифровой индикатор 18, блок 19 управления, выполненный, например, в виде управляемого генератора 20 импульсов, формирователя 21 импульсов, первого и второго элементов 22, 23 совпадения, первого и второго триггеров 24, 25, первого и второго электронных ключей 26, 27 и иивертора 28. Первый выход формирователя 21 импульсов блока 19 управления подключен к входу управляемого генератора 20, к одним из входов элементов 22, 23 совпадения и входу инвертора 28, выход которого соединен с управляюО щими входами счетчиков 13, 14, одни из информационных входов которых соединены через электронные ключи 26, 27 с выходом генератора 20 блока 19 управления. Второй выход формирователя 21 импульсов соединен с установочными входами запоминающего блока и счетчиков 13, 4, другие информационные входы которых подключены соответ-ственно к выходам компараторов 11, 2 напряжения схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов. Третий выход формирователя 21 импульсов соединен с установочным входом счетчика-дешифратора 17, выходы которого подключены к входам цифрового индикатора 18, а информационные входы соединены с первыми выходами запоминающего блока 16, управляющие входы которого подключены к выходам схемы 15 сравнения кодов, одни из входов которой соединены с выходами счетчи 1259980ка. 14, а другие подключены к вторым выходам запоминающего блока 6, входы которого соединены с выходами счетчика 13, Выход генератора 20 импульсов блока 19 управления также подключен к входу распределителя 7 импульсов (выполненного, например, на базе многоразрядного счетчика с заданным коэффициентом деления) и коммутатора 4, 10Выходы распределителя 7 импульсов равными группами подключены к управляющим входам электронных ключей 5, 6, число которых определяется числом фотоэлементов в линейках 5, 6, причем 5 первые выходы группораспределителя 7 импульсов соответственно подключены к другим, входам элементов 22, 23 совпадения, а последние выходы соединены с входами установки "нуля" тригге ров 24, 25, входы установки "единицы" которых соответственно подключены к выходам элементов 22, 23 совпадения блока 19 управления. Прямой выход триггера 24 соединен с управляющим входом электронного ключа 26; а прямой выход триггера 25 подключен к управляющему входу электронного ключа 27. Выходы электронных ключей 5, 6 коммутатора 4 соответственно под- ЗО ключены к выходам линеек 1, 2 фотоэлементов. Выходы электронных ключей 5, 6 погруппно объединены и соответственно соединены с входами усилителей 9,. 10 схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов. Выход усилителя 9 соединен с одним из входов компаратора 11 напря 40 жений, к другому входу которого подключен источник 29 опорного напряжения, а выход усилителя 10 подключен к одному из входов компаратора 12 напряжЕния, другой вход которого45 соединен с источником 30 опорного напряжения, Фотолинейки 1,2 закреплены на корпусе 31, на котором также, закреплен осветитель 3 (фиг. 3). Первый валок 32 закреплен;на корпусе 31 и имеет оси, которые, например,50 насажены на подшипники, внешние обоймы которых запрессованы в специальные отверстия корпуса 31, Второй валок 33 закреплен на подвижных толкателях 34 с пружинами 35. Лист 36 растения помещают между валками 32, 33 и между фотолинейками 1, 2 и осветителем 3. Толкатели 34 имеют ограничитель 37, в который упираются пру жины 35.Перед началом измерения оператор нажимает пальцами рук на кнопки 38 толкателей 34 и отводит второй валок 33 в нижнее положение от исходного. Между валками 32, 33 образуется достаточно большой зазор, через кото" рый пропускается лист 36. Затем фотолинейка 1 устанавливается напротив основания ножки листа 36 и толкатели 34 приходят в исходное состояние. В корпусе 31 может размещаться измерительно-преобразующая часть устройства. Цифровой индикатор 18 (фиг, 2) и органы управления могут быть размещены на верхней плоскости корпуса 31. Усилия прижима валков 32, 33, материал их покрытия выбираются из условий минимального воздействия на деформацию листа 36 растения и из условий устранения проскальзывания листа 36 растения между валками" 32, 33,Устройство работает следующим образом. Оператор в процессе измерения, как бы протягивает лист через валки 32, 33, не отрывая его от стебля.С помощью блока 19 управления, коммутатора 4, схемы 8 преобразования сигналов с фотоэлементов на выходе счетчика 13 формируется код, несущий информацию о числе перекрытых фотоэлементов предыдущей фотолинейки 1 (значит, о ширине листа в месте установки фотолинейки), а на выходе счетчика 14 формируется код, несущий информацию о числе перекрытых фотоэлементов послепующей фотолннейки 2 (а значит, и о ширине листа в месте установления фотолинейки 2), Код с выхода счетчика 14 заносится в блок 16 памяти и подается на один из входов схемы 15 сравнения, на другой вход которой подается код с выхода блока 16 памяти, т.е, при движении объекта измерения запомненный код сравнивается с кодом счетчика 13. Момент совпадения кодов в схеме 15 сравнения говорит о том, что последующая линейка 2 заняла место предыдущей линейки 1 (в момент запоминания) и за это время лист прошел расстояние между линейками и в счет-, ,чик 17 занесена информация о "единичной" площади, равной числу фотоэле- ментов перекрытых листов в линейкеВ интервале времени 1 -1 на выхо 1 1 де элемента 22 совпадения появляется уровень логической "единицы" (Фиг.2 м45 т -, ), который устанавливает прямой выход триггера 24 в состояние логической "единицы" (фиг, 2 н, 1, -т ). Триггер устанавливает электронный ключ 26 в положение "Замкнуто" и на один информационный вход счетчика 13 поступают с выхода генератора 2050 импульсы (фиг, 2 о, С -1 з ). В интерва 1ле времени 1 с выхода 45 (фиг. 2 ж, 18 -1, ) Распределителя 7 поступает импульс, который устанавливает триггер 24 в состояние логического "нуля", Электронный ключ 26 размыкается, Но так как реальный триггер 24 имеет .определенное быстродействие, то он 114 -5 . При этом запомненная информация переписывается в счетчик 17, 7 1259 2 (и запомненной в блоке 16), умноженному на расстояние между фотолинейками 1, 2. Следует заметить, что блоку 16 памяти не предъявляется каких-либо дополнительных и особенных требований.С выхода 39 формирователя 21 импульсов блока 19 управления формируются периодические импульсы длительностью 1, -1 (см. Фиг, 2 а). По пе О реднему Фронту этого импульса формирователь 21 Формирует установочный импульс с выхода 40 (фиг. 2 б, 1, ), который устанавливает в исходное состояние счетчики 13, 14 и служит импульсом синхронизации для блока 116 памяти. Перед началом измерения на выходе 41 формирователя 21 такжеформируется импульс, устанавливающий счетчик 17 в исходное состояние, Жду щий генератор 20 импульсов в течение длительности входного импульса (фиг. 2 В 1 -С ) формирует прямоугольные импульсы йериодом С, -С (фиг. 2 в). Эти импульсы поступают на вход рас пределителя импульсов 7 коммутатора 4, который может быть выполнен, например, в виде регистра сдвига или многоразрядного счетчика с заданным коэффициентом деления. Выходные сигналы З 0 распределителя импульсов на выходах 42-48 соответственно показаны на фиг. 2 гл, Условно принято, что линейки 1,2 имеют по четыре Фотоэлемента. Эти управляющие выходные импульсы распределителя 7 последовательно через ключевые элементы 5,6 подключают Фотоэлементы линеек 1,2 к входам соответственно усйлителей 9, 10 схемы 8 преобразования сигналов.40 980 8не сразу устанавливается в нулевое состояние, а через некоторое время (фиг. 2 о, 1 -С). Поэтому на вход С счетчика 13 записывается число, равное количеству фотоэлементов в линейке 1,В это же время анализируется сог. - тояние фотоэлементов линейки 1,т.е. фотоэлемееты последовательно подключаются к входу усилителя 9, на выходе которого формируются электрические сигналы-импульсы, количество которых равно числу неперекрытых листом Фотоэлементов (фиг. 2 т). Ком 1 паратор 11 из этих сигналов формирует прямоугольные импульсы, "обрезая" на уровне напряжения П источникао29 (фиг. 2 ср). Импульсы.с выхода компаратора 11 поступают на другой информационный вход счетчика 13. Так как управляющий вход +1 реверсивного счетчика 13 соединен с инвертором 28 блока управления и на выходе инвертора установлен уровень логического "нуля" (фиг. 2 у, 1, -1 ), счетчик ра - ботает в режиме вычитания и на его выходе появляется информация, равная числу фотоэлементов, перекрытых листом в линейке 1. Эта информация записывается в блок 16 памяти и подается на один из входов схемы 15 сравнения (она сохраняется в блоке. 16 до тех пор, пока на его управляющий вход не придет импульс сравнения с выхода схемы 15). Аналогично формируется код в счетчике 14, несущий информа. цию о числе перекрытых листом фото элементов в линейке 2, при этом на фиг. 2 показаны эпюры напряжений на выходе элемента 23 совпадения, на Фиг. 2 р - на выходе триггера 25, на фиг. 2 с - на выходе электронного ключа 27, на Фиг. 2 у - на выходе усилителя 10, на фиг. 2- на выходе компаратора. 12. Такой циклический опрос происходит до тех пор, пока число на счетчике 14 не сравнится с запомненным в блоке 16, На выходе схемы 15 сравнения формируется импульс, изображенный на фиг. 2,затем стирается и записывается новая информация с линейки 1 и т.д.По окончании процесса измерения на цифровом индикаторе 18 высвечивается информация об измеренной площади листа растения. После времени,1259980 и И и И у 0М жф О необходимого для считывания информации, счетчик 17 устанавливаетсяв исходное состояние (например,вручную оператором). Ключевые элементы 5, 6 могут работать параллельно, т,е. процесс опроса состоянияфотоэлементов в линейках 1,2, преобразование этих сигналов в схеме 8,запись в счетчиках 13, 14 и т.п.может производиться одновременно 10(последовательная работа ключевыхэлементов 5,6 описана для удобстваи наглядности).Устройство (фиг. 1) не исключает автоматического выбора времени из мерения, который может быть основанна разнице в ширине ножки листа иширине самого листа. В этом процесссравнения начинаются с некоторогочисла, превышающего заданное (в схеме 15 сравнения) число, В принципе,для повышения достоверности сравниваемой информации не исключается возможность многократного запоминания чисел предыдущей линейки и многократное сравнение их с числами последующей линейки как с целью уменьшения случайной составляющей погрешности измерения, основанного на статистической обработке результатов измере. - ния, так и с целью сравнения информации по определенным участкам контура листа (пространственным фигурам), В последнем случае в устройстве применяют не две фотолинейки, а группы фотолинеек.Технико-экономическими преимуществами изобретения являются более высокая точность измерения, так как устраняется дополнительная погрешность измерения длин за счет нестабильности скорости транспортирования устройства относительно листа, более высокая производительность измерений и бо, лее низкая себестоимость реализации предлагаемого, способа.. Техред И.Попович Корректор Е. Ро ьщкая Редакт аказ 515 б 79 енн етений-35 графическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проеклая роизв венно Тираж1 ИИПИ Государствпо делам изоб13035, Москва, Ж окомитета СС и открытий Раушская наб.