Лазерно-оптические методы и технические средства многопараметрической диагностики растений и плодов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, доктор технических наук Будаговская, Ольга Николаевна

• Будаговская, Ольга Николаевна
• доктор технических наук
• 2013

Оглавление диссертации доктор технических наук Будаговская, Ольга Николаевна

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИКИ РАСТЕНИЙ И ПЛОДОВ.

1.1. Актуальность проблемы; современные требования к методам и средствам диагностики функционального состояния растений и плодов.

1.2. Современные методы и средства функциональной диагностики растений.

1.3. Формализация проблемы. Цель и задачи исследования.

1.4. Выводы главы 1.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Программа и структура исследований.

2.2. Методы и материалы исследований.

2.3. Техническая база исследований.

2.4. Методика калибровки 8-ми битовых цифровых видеокамер.

2.5. Выводы главы 2.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ МЕТОДОВ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ РАСТЕНИЙ И ПЛОДОВ.

3.1. Теоретическое обоснование лазерного метода неразрушающей количественной оценки структурных перестроек растительной ткани.

3.2. Теоретическое обоснование лазерного метода оценки метаболической активности растительных тканей.

3.3. Теоретическое обоснование лазерного метода оценки функционального состояния фотосинтетического аппарата растений.

3.4. Теоретическое обоснование параметров оптического стенда для проведения комплексных исследований светорассеяния лазерного излучения растительными тканями.

3.5. Выводы главы 3.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ ХЛОРОФИЛЛ-СОДЕРЖАЩИХ ТКАНЕЙ.

4.1. Общие закономерности изменения интенсивности светорассеяния хлорофилл-содержащих тканей растений в процессе длительной засветки интенсивным монохроматическим излучением.

4.2. Оптимизация спектрального состава зондирующего потока.

4.3. Оптимизация режимов измерения медленной индукции флуоресценции хлорофилла, возбуждаемой синим светом.

4.4. Оптимизация схемы измерений: отражение или пропускание.

4.5. Влияние содержания хлорофилла и состояния ФСА на характер кинетики светорассеяния.

4.6. Оптимизация диапазона регулирования интенсивности зондирующего потока красной области спектра.:.

4.7. Оптимизация длительности измерений при анализе устойчивости ФСА к фотодеструкции по параметрам комплексного сигнала.

4.8. Оптимизация алгоритма обработки сигнала.

4.9. Оптимизация параметров устройства для исследования скорости и степени восстановления после искусственного фотоингибирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерно-оптические методы и технические средства многопараметрической диагностики растений и плодов»

Рост населения Планеты, сопровождающейся снижением плодородных площадей, требует рационального использования ресурсов и энергии, затрачиваемых на производство и хранение сельскохозяйственной продукции. Этому способствует прецизионное земледелие, которое невозможно без адекватной комплексной оценки жизнедеятельности возделываемых культур. Несмотря на социальную и научную значимость, проблема диагностики растительных организмов разработана недостаточно и требует качественно новых решений.

Специфика оценки функционального состояния растений заключается в том, что они представляют собой открытые динамические системы со способностью к онтогенезу (индивидуальному развитию) и гомеостазу (поддержанию параметров и функций при изменении условий внешней среды). Ответные реакции таких организмов могут иметь различные проявления, которые в существенной степени зависят от фазы развития, условий обитания, а также вида раздражителя и его интенсивности. Из этого вытекает необходимость многопараметрических измерений в сочетании с высокой скоростью и минимальным влиянием на исследуемый объект.

Существующие методические подходы, как правило, позволяют регистрировать лишь отдельные биологические показатели: биохимические, физиологические, морфологические и т.п. Однако наиболее полную информацию о жизнедеятельности растений представляет анализ их структурно-функционального статуса, включающий микроструктурные тканевые и клеточные перестройки, фотосинтетические процессы и метаболическую активность. В доступной нам научной литературе не были обнаружены ссылки на универсальные подходы, обеспечивающие комплексную экспресс-диагностику неинвазивными способами. Для этого используют разнообразные методы и устройства, что делает измерения длительными, трудоёмкими, дорогостоящими и во многих случаях разрушающими.

Российский и зарубежный опыт в области измерений биологических объектов показывает широкие возможности оптического излучения. Его примене

-3607.2. Определение расчетной надежности прибора многопараметрической диагностики растений и плодов

Эффективность практического применения приборов лазерной диагностики растений и плодов в немалой степени зависит от надежности их функционирования. В качестве показателей надежности выбраны среднее время безотказной работы и вероятность безотказной работы в течение сезонной эксплуатации прибора.

Расчет надежности был проведен по методическим рекомендациям [42, 245] в предположении, что устройство работает в фазе постоянной интенсивности отказов, а распределение отказов от времени наработки P(t) изменяется по экспоненциальному закону:

P(t) =exp(-Avt), (7.2.1) где А0 - интенсивность отказов.

Интенсивность отказов прибора определяли как сумму интенсивностей отказов отдельных его элементов, поскольку отказы различных элементов являются, как правило, независимыми событиями: а„=|Ал, (7.2.2) где Я, интенсивность отказа г'-го элемента, пэ - число однотипных элементов, а т- число групп однотипных элементов.

Величины интенсивностей отказов элементов, входящих в состав разработанного оптико-электронного оборудования (табл.7.2.1), получены из справочных данных и на сайтах производителей [42, 141, 245]. Расчетная интенсивность отказа оборудования в целом составляет А0 =1,42 х 10'4 (1/ч).

Планируемый срок эксплуатации прибора - три года. При коэффициенте использования рабочего времени 0,5 наработка за этот срок составит около 3600 часов. Тогда, по формуле 7.1, вероятность надёжного функционирования оборудования в течение запланированного времени работы приблизительно равна 0,73. Среднее время работы измерительного модуля до отказа можно определить по формуле:

Приложение 1 излучателя, например, при наладке, то следует замкнуть переключатель П2. При этом излучатель отключаться не будет, а индикатор при пересветке сработает.

R1 - 10 кОм, R2 - 5,1 кОм, R3 - СП5-3,100 кОм, R4 - 100 кОм, R5 - 1,5 кОм, DA1 -К140 УД7, VD1-VD3 - Д223А, УТ1-КТ315Б; ГК1, ГК2 - РЭС55А; П1-ПЗ - МТЗ.