一、儀器定義與學術定位

托普云農(nóng)植物莖稈強度測定儀（代表性型號TP-YYD-1、TP-YYD-1A、TP-YYD-1B，亦稱植物抗倒伏測定儀）是由浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司研制的便攜式生物力學測試設備。該儀器基于材料力學三點彎曲原理與軸向穿刺/壓縮力學模型，通過高精度拉壓力傳感器與傾角傳感器，對作物活體或離體莖稈施加標準化載荷，定量測定抗彎折力、抗壓強度、穿刺強度及拉伸斷裂力，將傳統(tǒng)經(jīng)驗性的"莖稈硬度"主觀判斷轉(zhuǎn)化為可重復驗證的力學參數(shù)（N、kPa），屬作物抗倒伏表型組學與栽培生理學研究中的原位力學量化工具。

二、測量原理與理論依據(jù)

抗彎折（彎曲）強度測定：采用類三點彎曲加載方式，以恒速推進壓板對直立或水平固定莖稈施加側(cè)向集中力，記錄莖稈產(chǎn)生規(guī)定撓度或發(fā)生結(jié)構(gòu)性失效（折斷/屈服）時的峰值力值，結(jié)合支點跨距與莖稈直徑可按梁彎曲公式近似估算彎曲應力與彈性模量。

穿刺強度測定：以標定截面積的圓錐或圓柱探針垂直壓入莖稈表皮及纖維層，記錄穿透表皮及內(nèi)部組織過程中力—位移曲線，以穿透峰值力或單位面積穿透阻力表征莖壁組織致密度與抗蟲蝕能力。

軸向抗壓/拉伸強度測定：通過壓板垂向施壓或拉鉤軸向拉伸，測定莖稈在模擬自重、風載或機械拉扯下的承載極限與形變特征。

傾角同步記錄：內(nèi)置MEMS傾角傳感器同步采集莖稈傾斜角度，繪制力—角度（力—位移）曲線，用于分析莖稈韌性、塑性變形階段及倒伏臨界角。

三、系統(tǒng)硬件構(gòu)成

高精度拉壓力傳感單元：量程依機型分設細莖稈（如水稻、小麥）與粗莖稈（如玉米、甘蔗、高粱）兩檔，內(nèi)置溫度補償電路，輸出力信號經(jīng)24位ADC數(shù)字化。

模塊化可換測頭組件：含側(cè)向壓板（彎折測試）、穿刺探針（穿刺強度）、拉鉤（拉伸/抗彎）、平面壓頭（軸向抗壓），適配不同徑級莖稈。

恒速推進/施力機構(gòu)（實驗室架式配置）：手動或電動恒速推桿確保加載速率均一，消除人為施力波動對斷裂臨界點的干擾。

傾角傳感模塊：實時監(jiān)測莖稈偏轉(zhuǎn)角，用于力—角度曲線構(gòu)建與倒伏趨勢分析。

主機控制與顯示終端：嵌入式微處理器、液晶顯示屏、功能按鍵，支持自動捕捉并保持峰值力值、設定觸發(fā)閾值、蜂鳴提示及屏幕翻轉(zhuǎn)顯示。

供電與數(shù)據(jù)接口：內(nèi)置可充電鋰電池、USB數(shù)據(jù)線接口、藍牙/Wi-Fi無線模塊，可與配套手機APP或云平臺通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步、曲線回放與分組統(tǒng)計。

四、可測參數(shù)

力學參數(shù)：莖稈抗彎折力（折斷力/屈服力）、穿刺強度（穿透峰值力或單位面積阻力）、軸向抗壓極限力、拉伸斷裂力。

幾何與過程參數(shù)：莖稈受荷傾斜角、加載位移（依配置）、力—角度/力—位移曲線。

衍生分析指標（需配套軟件或后處理）：近似彎曲應力、彈性模量估算值、抗倒伏指數(shù)分級（按內(nèi)置經(jīng)驗模型）。

五、儀器功能特征

1、配置4種測頭：設備配置探針、拉鉤、壓板等多種形式測頭，可進行莖稈彎折性能測量、莖稈抗壓強度測量、莖稈組織結(jié)構(gòu)（穿刺）強度測量，滿足不同的實驗需求；

2、主機可拆卸：植物莖稈強度測定儀主機拆卸后可以單獨通過附帶的測頭來測量田間作物的抗倒伏數(shù)值；

3、具有分組顯示功能：可分組顯示已保存數(shù)據(jù)的平均值、最大值、最小值，最多可以測量200組數(shù)據(jù)，每組最多可以測量96條數(shù)據(jù)；

4、應用場景廣泛：適用于小麥、水稻等莖稈較細和玉米、甘蔗、高粱等莖稈較粗的植物莖稈強度測試；

5、高精準角度測量：設備采用高精度壓力及傾角傳感器，無損實時獲取受力大小及設備傾斜角度；

6、數(shù)據(jù)列表查詢功能：設備測量完成自動保存當前測量的峰值壓力、測量角度、測量時間、存儲序號，可按照時間查看多組歷史數(shù)據(jù)；

7、多種顯示單位：設備支持kg、N、lb 3種計測單位，可自行選擇，相互切換；

8、測量結(jié)果穩(wěn)定：測量支架通過手搖的方式可以使測試頭保持勻速位移下降，使測量數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定；

9、數(shù)據(jù)自動存儲：自動保存當前測量壓力、測量角度、時間、存儲序號，可存儲>1萬條數(shù)據(jù)；

10、超長待機：一次充電可滿足連續(xù)工作使用12h；

11、蜂鳴器提示：在設備到達預設測量角度、測量壓力超出傳感器最大量程以及低電量時都會發(fā)出蜂鳴器提示音；

12屏幕數(shù)字正反轉(zhuǎn)：設備具有屏幕數(shù)字正反轉(zhuǎn)功能，可方便用戶通過多角度觀察測量的數(shù)據(jù)結(jié)果；

13、綠色節(jié)能環(huán)保：設備具有屏幕背光亮度調(diào)節(jié)、自動熄屏和自動關機功能，可根據(jù)自定義數(shù)值控制設備自動關機和熄屏；

14、無線傳輸功能：支持藍牙傳輸數(shù)據(jù)至手機端（app），手機端可將分析數(shù)據(jù)上傳到科研助手平臺。

六、主要應用領域

作物遺傳育種與種質(zhì)篩選：在F?及以后分離群體中量化基部節(jié)間彎折力與穿刺強度，篩選高抗倒伏基因型，建立力學性狀與木質(zhì)素沉積、維管束發(fā)育的關聯(lián)模型。

栽培生理與抗逆研究：評估不同種植密度、氮磷鉀配比、化控劑（如矮壯素、烯效唑）處理對莖稈壁厚、機械組織發(fā)育及抗倒伏力學指標的影響。

作物倒伏機理與災變預警：結(jié)合風載模擬或田間氣象數(shù)據(jù)，研究莖稈力學衰減規(guī)律（如乳熟—成熟期弱化）與倒伏臨界風速的關系。

農(nóng)業(yè)工程與收獲機械適配：測定成熟期莖稈抗碎裂/抗壓強度，為聯(lián)合收割機滾筒轉(zhuǎn)速、間隙調(diào)整及減損設計提供力學依據(jù)。

高校實驗教學：作物栽培學、植物生理學實驗中演示作物抗倒伏性評價的材料力學方法與量化手段。

七、學術使用注意事項

測量前須按說明書進行傳感器歸零校準，排除測頭安裝間隙引入的零點漂移；活體測量應統(tǒng)一選取相同節(jié)位（通常為基部第N節(jié)間）、相同生育時期及相同距地面高度，并注明莖粗與株高以便橫向比較；離體測試應盡量縮短采樣至測試時間間隔，防止組織失水導致力學性能改變；解讀穿刺強度時需考慮探針幾何尺寸與壓入速率對結(jié)果的系統(tǒng)性影響，不同文獻間數(shù)據(jù)對比須關注測試方法一致性。長期野外使用后需檢查傳感器彈性體是否受污染或微變形，并按周期送計量檢定。