автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Оптический экспресс-метод оценки качества зерновых культур в процессе их развития

П ; .

„Московский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П.Горячкина

На правах рукописи

Г АРШИНА ЕЛЕНА ИВАНОВНА

УДК 535.651:631.547.6

ОПТИЧЕСКИЙ ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ПРОЦЕССЕ ИХ РАЗЕ&ТГИЯ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств ( по отрасли АПК )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (СибШЭ) и Сибирском физико-техническом институте (СибФТИ) Сибирского отделения Россельхоэакадемии

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.И.Климок

- доктор технических наук, старший научный сотрудник Г.А.Гуляев

- кандидат технических наук, профессор

Н.И.Кирилин

- НПО "Подмосковье"

Защита состоится " /4 " 1992 г. на

заседании специализированного совета К 120.13.02 при Московском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров сельскохозяйственного производства им.В.П. Горячкина по адресу: 127550,г.Москва, И-550, ул.Тимирязевская,д. 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИСП.

Отзыв на автореферат,заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес спецсовета.

Автореферат разослан "_"_ 1992 г..

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,профессор

А.П.Фоменков

ШИОТЕКА '&ШТХЛРА'КГЕРШТИНА РАБОТЫ

Актуальность .темы. Лютевой проблемой сельского хозяйства является ускоренное и устойчивое наращивание производства продукции как в количественном увеличении объемов производства, так и в производстве высококачественной, экологически чистой продукции. Наступивший этап развития сельского хозяйства совпадает с бурнил развитием измерительной и вычислительной техники и характеризуется широким применением средств оперативного контроля и управления технологическими процессами на всех стадия/, производства и переработки продукции.

Зерновое производство - это базогия отрасль сельского хозяйства. Технологический процесс производства зерна продолжите-пен и включает несколько этапов, а в условиях Сибири сопряжен 2 трудностями, обусловленными климатическими условиями. Так период налива, созревания и уборки зерновые совпадает с порно-юм выпадения наибольшего количества осадков, а в некоторое годь 7ервь:е заморозки наступают до достижения зерновыми ^»зу начала зосковоГ! спелости. Это отрицательно сказывается ип гагнстерносп1 зозревания, затрудняет проведение уборки, увеличивает затраты )а послеуборочную обработку, приводит к значит'ельнгч потерям и ухудшению качества урожая. Так по данным А.А.Абидуепп (Си(ГП'ГЭ, 30 РАСХН) к началу полного созревания в посевах зерновых навозится зерен в фазе полной спелости в среднем 595», всскозоГ -29^, молочного и тестообразного состояния - соответственно 2 и [<Ж. При этом удельный вес биологических потерь в обгаем балансе вставляет 24...30$, а опоздание с началом уборки на 5...7 дней триводит к потерям за счет осыпания - В. ..Щ5.,

Дополнительное снижение урожайности вызывает низков качзст-50 семенного зерна. По данным В.й.Анискина (ВИМ) в целом по стра ш семена I класса составляют лишь 40...45$. Снижение классности :емян обусловлено их пониженной всхожестью, наличием трппчнрован-1нх и физиологически незрелых семян, а также семян других культур и сорных растений.

По данным ученых-семеноводов качество зерна закладывается 1а ранних стадиях онтогенеза и формируется на стадиях созревания 1менно поэтому крайне важно контролировать протекание процесса »нтогенеза зерновых, а та!сже, особенно в зоных рискованного зем-юделия, выделясь из убранного зернового материала $н:«иологичес-

си неполноценное зерно и семена примесей.

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском инсти ?уте механизации и электрификации сельского хозяйства и институт! физико-технических проблем СО РАСХН в соответствии с поисковой ?емой "Разработка анализатора качества продуктов растениеводства « обоснование возможности оптической сортировки семян зерновых сультур" и НИР ло теме "Разработать методологические принципы »нализа лоракенности биообъектов вредными веществами и создать ?ехнические средства диагностики".

Цель работы состоит в повышении качества и снижении' потерь »ерна на разных этапах его производства путем контроля его состояния единым комплексным параметром "хлорофилльным индексом".

Объект .исследования. Объектом исследования являются непосредственно вегетационные органы (флаговые листья, зерна) зерновых культур, точнее,их спектральные характеристики в процессе развития растений в зависимости от влияния внешних факторов.

Научная новизна,. Выявлена и подтверждена экспериментально взаимосвязь медду содержанием фотосинтетического пигмента хлорофилла, содержащегося в вегетационных органах зерновых культур (флаговых листьях, зернах), и интенсивностью поглощения ими света на длине полны 680 нм. Разработан метод оперативной диагностики влияния внешних факторов (минеральное питание, пестициды) на качество зерновых культур в процессе их развития по величине параметра "хлорофилльного индекса", признанный изобретением. Экспериментально подтверждена его применимость для широкого класса продуктов растениеводства и получено обобщенное регрессионное уравнение. Разработана шкала спелости семян зерновых культур. Показано, что исходные величины, используемые для определения параметра "хлорофилльного индекса", при изменении алгоритма обработки могут использоваться и для распознавания в семенах основной зерновой культуры семян сорных и примесных культур. Рассмотрено пространственное распределение отраженного от единичной зерновки светового потока, оценена правомерность замены реальной зерновки ее моделью - эллипсоидом вращения и теоретически получено выражение для определения величины отраженного светового потока при определенных углах освещения и наблюдения. Обоснованы конструктивные параметры измерительной камеры анализатора качества.

HCiillli'JIScjiQilработы заключается в том, что про-еннь'е исследования создают основу для разработки технических пств диагностики качества зерна' р процессе его. развития: ильного прибора для определения степени спелости проб зерна' олевых условиях; прибора агрохимика для,определения обеспе-¡ности растений элементами минерального питания (азотом) и >м внесения химических средств защиты' (пестицидов); оптико-пстронного сортировщика семян зерном«- культур при их посло-ФочноР обработке с цель» пыДеления недозрёяик семян оспонпой ' Iьтуры, семян сорных растений и другие культур,- сортов.

Реализация результатов .исследования. Результаты исследопа-! переданы в НПО "Селекционная техника" г.Симферополь для пемзования их при проведении ОНР автоматизированного комплекса гометрической аппаратуры. Проведены,предварительные производст-шке испытания анализатора качества на базе НИИ табака и табач-с изделий Республики Молдова с целью разработки рекомендаций интенсификации процесса сушки (фазы "томления") табачных :тьев.

Апробация рабо/гр. Основные, положения работа долокенн на есоюзной научно-технической конференции 'по.обработке нпобрпже-й и дистанционным исследованиям 1ОД4 г., ХХХУП научио-техни-ской конференции НИИГАиКа, НОВАГО и Горного общества 1987 г., есоюзной'научно-практической конференции,по механизации и авто-тизации технологических процессов-в-агропромышленном комплексе 09 г., ЬТС НПО "Селекционная техника" г.Симферополь 1990 г., есоюзной семинаре "Аналитические методы контроля .качества тевых продуктов" 1991 г. '.■_■'

Публикации.. По результатам исследований опубликовано. 9 пе- ■ [Тньгх работ.

Структура и. объем^.работы.. Диссертация состоит из введения, ;сти глав, выводов, списка использовпнной литературы.99 наимено-1Ний и 3 приложений. Работа изложена на 207.страницах машинописно текста, включает 46 рисунков и ¿¿5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава, посвящена анализу показателей качественного эстояния растений зерновых культур в процессе их онтогенеза . развития), уборки и послеуборочной обработки урожая. Качество /дущего урокая можно прогнозировать и характеризовать, наблюдая

за ростом и динамиков накопления вегетационной массы .растения зерновые, протеканием процесса созревания зерна. При этом или щими факторами яьляются свет, вода, обеспеченность минеральны питанием, количество внесенных: пестицидов, фитосанитарное сос тояние посевов. lia этапе уборки выращенного урожая показателе определяющим сроки начала и способ .уборки, является фаза созр вания. На этапе послеуборочной обработки зерна показатели кач ва стандартизованы и зависят от его целевого назначения.

Качественное состояние вегетационных органов зерновых ку. тур (флаговых листьев, зерен) оценивается биохимическими, тер] гравиметрическими, визуальными (органолептическими) методами. Используемое методы требуют значительных затрат времени, ручн труда и да^е делает невозможным их использование в системах oi ратиьного контроля и автоматического управления технологически процессом развития и производства зерна,

Б последние годы ведутся исследования по выявлению взаим! связи споктральшлс характеристик сельскохозяйственных культур (растении, плодов, семян) и пк качественным состоянием. Имеют< сведения о практическом использовании измерений параметров отраженного от растительных объектов излучения в различных диап; нах длин волн для определения различных показателей сельскохозяйственны-: культур: биомассы (Рачкулик В.И., Ситникова М.В.), обеспеченности минеральным питанием (Кочубей С.М., Ша.пчина Т.1 Нобец H.H., Гринэнко 'A.A.), фитосанитарного состояния (Яновскр А.Ф., Буга С.Ф.), фазы созревания (Росс В.А., Росс Ю.К., Сидьг Ф.Я., Богун В.П., Д^.Ваугэпс), засоренности (Кондратьев К.Я., Федченко ПЛ., Мишина Л.А., Демко П.В.-).

Изменение спектральных характеристик и соответственно спектров отражения объясняется цветовыми различиями, обусловле ними изменением биохимического состава, в частности, содержанк пигментов. Так исследования М.Ыибаяма и А.Якияма, Ii.Бенедикта Р.Сидлера, И.Томаса и Дк.Оэртэра позволили установить корреляционные связи между содержанием азота, фотосинтетического пигмента хлорофилла в растительной ткани и коэффициентами отражения листьев изучаемых зерновых культур. По данным (А.Р.Мак, Е.И.Брэч, В.Р.Рао) при созревании зерновик культур исчезает об ласть красного пика поглощения, что визуально выражается в исч новении зеленого оттенка в общей цветовой гамме, а его содержа

:г/га) определяет продуктивность растений (И.А.Тарчевский). ¡следования Д.И.Маторина позволили выявить влияние химических 'едств защиты сельскохозяйственных растений (пестицидов) на фо-)синтез и разработать метод экспресс-диагностики активности ¡рбицидов.

Проведенный анализ показал, что обобщающим критерием ка-гства зерна на разных этапах его производства является содержа-ie хлорофилла в вегетационных органах зерновых культур, т.е.

См = F (Ку, f^p, /<сп) ie См ~ содержание хлорофилла (кг/мл); Кр% КСп- качествен-эе состояние вегетационных органов определяемое соответственно зздействием минерального питания, пестицидов и фазой созревания,

В соответствии с теорией функций многик переменных при стальных значениях всех аргументов кроме одного, интересующего ас, оту функцию можно считать функцией одного аргумента. Причем, а практике условие Кconst легко выполнить. Так, в период раз-лтия (до созревания) Сх/) = , Кр) при Кс„-0 I

период созревания, уборки и послеуборочной обработки Схл=р(Кс, Ри = Const.

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

1. Установить взаимосвязь между показателями качества на гадиях онтогенеза и обобщающим показателем: содержанием хлоро-илла в вегетационных органах зерновых культур.

2. Разработать способ определения параметра "хюрофилльного ндекса" для контроля качества зерновых.

3. Создать техническое средство контроля качества.

4. Провести экспериментальную проверку работоспособности пособа и анализатора качества.

Во второй главе проведено обоснование критерия и способа ценки качества зерновых культур.

Были изучены спектральные характеристики хлоро!;лла в ви-имой и ИК области и выявлена линейна зависимость мсыу содержа-ием и интенсивностью пропускания этого пигмента в "ледуемом браэце, выражающаяся в изменении глубины "провала" сг ?ктрограмм :ропускания в красном пике поглощения хлорофилла ( Я 660 нм), юлучено регрессионное уравнение зависимости параметра "хлорофил, юго индекса", характеризующего интенсивность поглощен,t т, от кон ¡ентрации хлорофилла.

Представлены исследования спектрограмм отражения семян 5ерновьрс на разных фазах созревания в видимой и ИК областях, а также спектрограмм отражения флаговых листьев растений зерновых, выращенных при различных вариантах минерального питания и нормах воздействия гербицида.

Отмечено влияние обеспеченности минеральным питанием, норм внесения гербицида, а также фаз созревания зерновых культур на пинамику накопления и исчезновения (расходования) основного фо~ госинтетического пигмента - хлорофилла в их вегетационных органах и выявлена закономерность изменения спектральных характеристик в областях спектра, соответствующих пикам поглощения хлорофилла, причем наиболее наглядно эта закономерность проявляется в области красного пика поглощения. Таким образом, эксперименгал но подтверждена возможность косвенной оценки влияния минеральног питания (азотной обеспеченности), пестицидов и фаз созревания зерновых культур параметром "хлорофилльного индекса" Pca.cz > а таюке оценена эффективность использования этого критерия для диагностики.

На рис Л представлено графическое пояснение к обоснованию способа диагностирования фазы созревания, обеспеченности растений азотным питанием, а также влияния на них гербицидов, основанном на.явлении уменьшения глубины "провала" спектрограмм отражения исследуемых объектов и превращении их в монотонную кривую. Величина параметра "хлорофилльного индекса" опРе.пеля{ ся по формуле

¿¡ртах. .

где ^Ртах. ~ максимальная глубина "провала" на Л = 680 ни, свойственная данной культуре или сорту при максимальном для него содержании хлорофилла, - величина коэффициентов

отражения (пропускания) на соответствующей длине волны, А , %•, А - ширина полосы поглощения хлорофилла (нм).

При этом величина Рске,х » во-первых, не зависит от угла наклона спектрограммы к оси длин волн, и, во-вторых, по мере изменения качественного состояния исследуемого объекта уменьшается от единицы до нуля для всех плодов и семян, содержащих хлорофилл.

• I, 2, 3, 4, 5 - степени спелости; I - самая ранняя; 5 - полная спелость; Л -полуширина хлорофилла.

Рис. I. К обоснованию критерия определения показателей биообъектов, обусловленных содержанием хлорофилла.

680-л в ВО 630+д . Им

Были исследованы спектрограммы отражения семян зерновых ьтур и сорных растений с целью выявления возможности их рас-навания для дальнейшего отделения и, тем самым, повышения ка-тва зернового материала при послеуборочной обработке. При юновании критерия для распознавания исходили из следующей дпосылки: для эффективного осуществления разделения семян ювной культуры и примесей необходимо использовать не разли-| спектральных коэффициентов отражения, а различие плоладеИ, »аниченных кривыми спектрограмм отражения исследуемых культур, 'раницами области максимального различия и осью абсцисс [. рис.2), причем область максимального различия 630...730 нм >бходимо разделить на две части с центральной длиной волны = 680 нм. Это позволило, во-первых, учесть различия коэффи- ' ¡нтов отражения семян разделяемых культур вс всей области :симального различия, а не на конкретных длкках волн, и, •вторых, учесть немонотонность спектрограмм отражения.

I, I - спектрограммы отрлгения семян основной культуры .и примо ;ей соответственно.

Рис, 2, К обоснованно критерия распознавания семян : :новной культуры и с.ч ян примесей.

Величина (2 , характеризующая возможность разделения, опре> деляется по формуле,

О {Роьо-* -Рб&О-й) +2.(РьЪ0 -РбЪо) *■ ¡РйЮ ~Рыо +А ) I .

РбЪо-л +2.рбц,о

где (2 - величина, характеризующая возможность распознавания семян сорных растений и зерновые культур; - коэффицие!

ты отражения семян соответственно основной зерновой культуры и примесей на длинах волн Л¿, %.

Предлагаемь:е способы оценки показателей качества по (I) и (2) основаны на измерении коэффициентов отражения исследуемого образца в красной области спектра, в области красного пика поглощения хлорофилла, при этом различия способов лишь в алгоритме обработки результатов измерений, т.е. используя значения коэффициентов отражения на определенных длинах волн, можно отличить семена основной культуры незрелых семян и семян примесей.

Определены значения Л , обеспечивающие наибольшую стабили ность величин х и О. . Оптимальные значения Л , при ко торых чувствительность предлагаемых способов меньше всего зависит от вида культуры, соответствуют 40...55 нм.

В третьей главе рассмотрены вопросы правомерности замены реальной зерновки эллипсоидом вращения и пространственного распределения силы света, отраженной поверхностью объекта,.в частности, единичной зерновкой. Необходимость рассмотрения этих вопросов возникает в связи с обоснованием конструктивных параметров измерительной камеры анализатора качества.

Оценка замены реальной зерновки ее моделью эллипсоидом вращения- осуществлялась последовательным приближением реальной зерновки и выравненного эллипсоида, а затем выраненного эллипсоида и правильного. Доказана правомерность такой замены, при этом погрешность составляет не более 1СЙ.

Теоретически получено выражение для определения величины отраженного от зерновки светового потока при определенных углах освещения и наблюдения.

Для того, чтобы правильно оценить величину отраженного светового потока, необходимо получить интегральную оценку этой величины, позволявшую одновременно избежать усложнения математического аппарата и учесть следующие обстоятельства:

•'.•■'■'' '■'■'. '■'''л- 'Ю

■ зерновка мояет теть неоднородную окраску, обусловленную еравномерностыо созревания или приобретенную, например, вследст-ии скола (щуплое зерно), подмораживания, гнили, неразвитости ародышп, болезней и повреждений насекомыми-вредителями; наличие бороздки.

Получить такую интегральную оценку величины отраженной и5ъектом квадратичной поверхности силы света можно, если иссле-;уемый объект, в данном случао зерновку, поместить в пзмеритель-[уто камеру, представляющую собой интегрирующую сферу,- При этом 1еобходимо, чтобы:

поток излучения осветителя во избежание образования качаль-юго уровня освещенности и снижения чувствительности к измерения; (тражательной способности никоим образом не попадал на внутренне: [иффузно-рассеиваюшую поверхность измерительной камеры, а ссве-тл только лишь поверхность контролируемого объекта;

Фотоприемник не долнен воспринимать прямой поток от источ-жка излучения и осматривать какой-либо участок поверхности сонтролируемого объекта. Для этого поле зрения фотопрпемника юлжно осматривать только участок внутренней поверхности измерительной камеры.

В первом случае ¡зосшикаег засветка фотогтриемникг • а во втором - ¡¡аруиается условие получения интегральной оценки.

Сибирским НИИ механизации и электрификации сельского хо- . »яйства и кафедрой оптико-электронных приборов Новосибирского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии был разработан макет анализатора качества, состояний'из измеритель-■юй камеры и вычислительного устройства (рис.3). Принцип работы заключается в том, что световой поток от источника излучения 5, доходя через конденсор б, формирующий параллельный пучек, попадает на диафрагму 7 и интерференционный фильтр 8, а затем в эбъектив 9. Контролируемый объект освещается монохроматическим пучком, полоса пропускания которого определяется полосой пропускания интерференционного фильтра. Отраженный от объекта световой поток воспринимается фотоприемником 10, располохеннь'М на поверхности измерительной камеры.

Граничные значения угла взаиморасположения осветительной, фотоприемной систем и кюветы соответственно' и. <^лопределяют ся по следующим выражениям:

- фотометрическая камера; 2 - осветительный канал; 3 - фото-риемный канал; 4 - кювета; 5 - источник освещения; 6 - конден-ор; 7 - диафрагма; 8 - интерференционный фильтр; 9 - объектив; О - фотоприемник.

РИс. 3. Оптическая схема анализатора качества

Oùtç ^^ ¿¡г mo-Otcig

(3)

ав R-itR-z ~ радиусы соответственно осветительного и фото-риемнмх каналов ( выбираются в процессе энергетического рас-ета. оптической схемы (мм); Я3 - радиус кюветы для контроли-уемого объекта (выбирается из условия минимально требуемых азмеров, соответствующих размерам объекта (мм); Яср - радиус эмерительной камеры (выбирается из условия, что суммарная пло-адь всех отверстий составляет не более 10$ площади внутренней оверхности интегрирующей сферы (мм); - радиус поля зрения отоприемной системы (выбирается из условия •

Измерение выходных сигналов фотоприемкика проводилось пооче-едно при установлении с помощью переключателя в осветительном

санале интерференционного фильтра на определенную длину волны: А, - 630 -А НМ ; Лг - 6&о нм ; А3 - <5<3<? ИМ .

Выходной сигнал Ш, в качестве которого используется фото-шод ФЦ-24К, поступает на вход вычислительного устройства, реа-шзующего алгоритм обработки получаемых измерений.

В четвертой, главе. описаны методика и техника эксперимен-'альных исследований, в частности, методика проведения иссле-юваний по выявлению влияния гербицидов на величину параметра 'хлорофилльного индекса" и методика представления поверхности фостранственного распределения силы света, отраженного эллип-:оидом вращения, иммитируюшим зерновку.

В основу разработанной методики по выявлению возможности [иагностики вредного влияния гербицидов на процесс развития астений зерновых культур положена выявленная закономерность лияния нормы внесения гербицида на фотосинтетическуто деятель-ость растений, проявляющаяся в уменьшении содержания хлорофилла, '< качестве исследуемой культуры были взяты семена овса, а в ка-естве исследуемого гербицида - гранстар, относящийся к группе ульфонилмочевинных гербицидов. При этом исследовалось влияние ербицида на динамику накопления хлорофилла в проростках семян вса, выращенных в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смо-енной раствором гербицида, и в вегетационных органах Сфлаго-ых листьях) растений овса, выращенных в сосудах на пзчрах, . ропитанных раствором гербицида.

Методика исследования пространственного распределения силы вета, отраженного единичной зерновкой (эллипсоидом вращения), аключалась в определении силы света, отраженного, локальным частком поверхности исследуемого объекта, освещаемого источни-ом излучения, в направлении наблюдателя. Для этого использовал-я метод секущих плоскостей, заключающийся в том, что эллипсоид ращения (зерновка), геометрический центр которого совпадает с знтром координатной системы КУ2 , рассекается плоскостью, роходяшей через точку, из которой ведется наблюдение и в нап-эвлении которой определяется сила отраженного света,■и центр истемы координат.

Кроме того, в главе представлена методика проведения лабо-аторных и полевых испытаний анализатора качества, позволившая эдтвердить работоспособность разработанного'анализатора. '

В пятой главе, приведены основные результаты эксперименталь-к исследований и выполнен их анализ. ' /

Проведены исследования и расчет значений параметра "хлоро-£илльного индекса" Репе 1 как величины, характеризующей степей; зпелости, а такие влияния гербицидов и минеральных удобрений. Цля этого были использованы имеющиеся в литературе спектрограммы отражения плодов томатов, лимонов и полученные спектрограммы отражения флаговых листьев и семян пшеницы, ржи, ячменя, а также спектрограммы пропускания спг-гртовьлс вытяжек хлорофилла из вегетационных органов зерновых.

По результатам исследований было выведено единое регрессной-юе уравнение, позволяющее оценить качественное состояние К ис-;ледуемого объекта, е частности степень спелости, по значению зараметра "хлорофилльного индекса" (см.рис.4).

—ОМ к +/.2.72 (4) •

10 0.8 0.6 ОЛ 0,2. О

К,

, 2, 3, 4, 5 - степени спелости; I - самая ранняя спелость; - полная спелость; О., 6, ё - вир исследуемой культуры

оответственно пшеницы, ячменя, ржи, лимонов, томатов; , ^ , ^с» ^-е ~ коэффициенты корреляции.

Рис. 4. Аппроксимированные зависимости изменения значения от степени спелости /(Сп.

Это позволило разработать таблицу спелости (табл. I) семян ерновых культур для определения фаз. созревания по значению па-аметра "хлорофилльного индекса".

Испытания анализатора качества проводились с целью олреде-екия работоспособности кйк предлагаемого способа оценки показа-елей качества вегетационных органов 'зерновых культур в процессе

Таблица I

Таблица спелости семян зерновых культур

} Диапазон изменения значений { параметра "хлорофилльного индекса"

Фаза спелости

Молочное состояние Тестообразное состояние Восковая спелость: начало восковой середина восковой конец восковой Полная (твердая) спелость

0,70 - 1,0 0,55 - 0,70

0,40 - 0,55 0,20 - 0,35 0,10 - 0,15

менее 0,10

развития и созревания по "хлорофилльному индексу", так и конструкции измерительной камеры. Испытания проводились совместно с институтом химизации СО РЮШ (НПО "Земледелие") и метеостанцие института метеорологии и заключались в определении и сравнений величины параметра "хлорофилльного индекса", характеризующего качественное состояние (степень спелости) вегетационных органо! растений, определенной при помоии разработанного анализатора, стандартного прибора (спектрофотометра СФ-18, прошедшего метрологическую поверку) и принятыми в данное время на практике оргг нолелтическим или биохимическим методом.

Зависимости, представленные на рис.5,наглядно иллюстрируют соответствие оценок показателя качества - спелости, определяем!: органолептическим и спектрофотометрическим (на спектрофотометр? СФ-18) методами, а также с помошью испытуемого анализатора качества.

Кроме этого для выявления возможности расширения области применения таких анализаторов были проведены исследования на базе НИИ табака и табачных изделий по возможности контролирования динамики "выжелчивания" листьев табака при их послеуборочной обработке. Таким образом, результаты испытаний'подтвердили работоспособность разработанного способа и анализатора качеств; позволяющего оценить качества исследуемого биообъекта по параметру "хлорофилльного индекса", позволили рассчитать методическую погрешность и погрешности измерения, составляющую менее 10Е доказали пригодность способа-для широкого класса продуктов рас. тениеводства (универсальность)/ показали возможность и необход]

ч N

ч V 1ч ч

45 \ V

л чЧ \

\ к

СП

- семена соответственно пшеницы, овса, ячменя, 1; I, 2, 3, 4, 5, б - степени спелости в соответствии с

5л. I. - - - - но данным спектрофотометра; _- по дан-

I анализатора качества.

Рис. 5. Зависимости, иллюстрирующие соответствие оценки глости оргенолелтическим, спектрофотометрическим методами г помощью анализатора качества.

зть использования анализаторов качества по "хлорофилльноыу аексу" для автоматизации управления технологическим процес-« послеуборочной обработки табачных дистьев, разработать алу спелости семян зерновых культур.

В шест ой ..гл аве, представлен общий подход к расчету экономикой эффективности от применения анализатора в агрономичес-й практике в качестве анализатора фаз созревания зерновых льтур, основанный на том, что значительный удельный вес 4...ЗСй) в общем балансе потерь по данным Коренева Г.В. пред-авлявт биологические, обусловленные потерей биологического ожая и осыпания в зависимости от правильности установления ,зы спелости урожая и сроков проведения уборочных работ. В ка-:стве базоЕого варианта взят повсеместно используемый органо-.■птический метод определения фаз созревания зерновых, ошибка иорого в определении сроков и способа начала уборки выше по 1авнению с предлагаемым методом. Показано, что биологические «ери прямо зависимы от величины коэффициента учета ежесуточных лерь урояая, количества дней от начала установления интересуга-зй фазы созревания (например,..середина восковой спелости) до наи а уборочных работ и их фактической продолжительности.

Тб

вшода 'Л РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ показателей качества зерновые культур в техноло-'ическом процессе их производства позволил установить, что >диным критерием в определении этих показателей на определенном >тапе производства является "хлорофилловый индекс", характеризую' 1Ий изменение содержания фотосинтетического пигмента - хлорофил-1а в вегетационных органах выращиваемой культуры.

2. Разработан способ оценки таких показателей качества как |беспеченность минеральным питанием на стадии вегетационного ¡азвитня и фазы спелости на этапах созревания и послеуборочной (бработки по параметру "хлорофилльного индекса".

3. Разработан способ распознавания семян сорных растений

1з зерновой массы по различиям их коэффициентов отражения в облети от 630 нм до 730 нм, т.е. в области красного пика поглоше-1ия хлорофилла.

4. Разработанные способы оценки качества основаны на изменении спектральных коэффициентов отражения исследуемых бпообъек-ов в области красного пика поглощения хлорофилла и различаются ишь в алгоритме обработки результатов измерений, что доказывает 'ниверсальность критерия и способа.

5. Обоснованы конструктивные параметры измерительной камв-ы анализатора качества: измерительная камера должна препстав-ять интегрирующую сферу; фотоприемник должен располагаться на нешней поверхности под определенным углом к ее меридианной плос-ости. Обоснован диапазон измерения этого угла.

6. Испытания анализатора качества в качестве анализатора лияния минерального питания зерновых на стадии вегетационного азвития и степени спелости семян зерновых на стадии созревания,

также листьев табака в период их послеуборочной обработки,по-азали работоспособность способа оценки этих показателей и конст-укции разработанного анализатора. Показана экономическая оффек-ивность использования данного анализатора в агрономической прак-ике за счет сведения до минимума биологических потерь урохая.

7. Определение точности оценки показателей качества по па-аметру "хлорофилльного индекса" позволило установить, что пог-ешность метода (способа) и средства измерения (анализатора ка-ества) является удовлетворительной и составляет менее 10%>.

В качестве рекомендаций по использованию полученных в данной работе результатов может быть предложение по разработке технических средств для экспресс-диагностики показателей качества продуктов растениеводства, например: универсального переносного анализатора обеспеченности сельскохозяйственных культур минерал! ным питанием и фаз созревания зерновых культур, в частности: анализатора для проведения екриннинга пестицидов и как основа для разработки метода определения их остаточных количеств; оптико-электронного блока сортировальные устройств и машин для послеуборочной обработки продуктов растениеводства, например: незрелых семян зерновые культур и семян сорных растений.

Основное результаты диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. A.c. 1033066 МШ1 А 016 7/00. Способ определения степени спелости плодов и семян.

2. Использование спектрофотометрических характеристик хлоре филла для определения степени зрелости плодов и семян /Кубытев З.А. и др. //Докл. ВАСХ1Ш. - 1983. - $ 3. - С. 12-14.

3. Гарпина Е.И., Гаршин B.C. Различия в отражательной спо-зобноети семян зерновых культур и трудноотделимых сорняков. -

В кн.: Организация высокоэффективного использования техники в уборочно-транспортньх комплексах / Сиб. отд-ние. ВАСХНИЯ. Ново-вибирск, 1982. - С. 82-86.

4. Гаршина Е.И., Гаршин B.C. Обоснование способа распознав« тя недозрелых семян зерновых культур по их отражательной с.посоС ^ости // Совершенствование технических средств послеуборочной эбработки зерна: Сб.науч.тр./ВАСХНШ. Сиб. отд-ние. Новосибирск, 1987. - С. 20-27.

5. Гаршина Е.И., Ахмаметьев М.А., Тьгокул В.М. Спектрофото-летрический прибор для определения спелости //Науч.-техн.бюл./ ЗАСХНИ1. Сиб. отд-ние. СкбИМЭ. - Новосибирск, 1989. - Вып.5. -]. 35-40.

6. Гаршина Е.И. Исследование отражательной способности селян зерновых культур различной степени зрелости в ИК-области и зыбор критерия спелости /Технология и комплексы машин для уборки зерновых культур и семенников трав в- Сибири: Сб. науч. тр. / ЗАСХНИП. Сиб. отд-ние. СибЯМЭ. - Новосибирск, 1989. - С. 108-Пс

7. Гпрпп'ша E.H., Лхмаметт^еп И. Л., Тымгсул D.M. Сгтсктро £ото-riiii'fi'citiiH !цItiriL»i• ,ил)1 u!i|'i;,iicvu4iii)i оцелости. //Мохиинунции и томатизация технологических процессов п агропромышленном комп-ксе. Часть I. Совершенствование машинных технологий и комплек-в машин для растениеводства. Тоз. докл. всесоюгж. нпучн.-практ. н£., М. - Новосибирск, 1989. - С. 13Г-Г32.

8. Гаршина Ш.'Л. Результаты лабораторных испытаний макота ибора для определения зрелости //Совершенствование технологии технических средств послеуборочной обработки зерна и семян

ав: Сб. науч.тр. /ВАСХНИЛ. Сиб. отд-ние. СибЛМЭ. - Новосибирск.-90г. -1 С.

9. Гаршина Е.И. Разработка макета прибора для определения епени спелости семян зерновых культур /СибИМЭ СО ВАСХНИИ. -восибирск. - Деп. в НИШИ, per. № 01.84.0085406.