一种激光热脉冲茎流测量系统技术方案

一种激光热脉冲茎流测量系统，包括：激光热源，为植物茎干提供热源；红外温度计，非接触式测量树干茎流温度；数据采集器，采集茎流温度，无线通讯模块，与数据采集器相连，借助天线将所监测数据经由无线通讯网络传输给客户端。本实用新型专利技术提供了一种新型无损、非接触式的植物茎流测量系统。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及生态学和植物学研究
，具体来说本技术涉及一种激光热脉冲茎流测量系统，对植物茎流进行无损、非接触式地检测。
技术介绍
:树木蒸腾量的测定是量化树木耗水和需水的基础。根据茎流计测定液流速率的不同类型方法和原理，主要分为热脉冲速率法(HPV)、茎干热平衡法(SHB)、热扩散法(TDP)及激光热脉冲法(LHPG)。德国植物生理学家Huber于1932年提出热脉冲法，最先利用热脉冲作为植株液流的示踪物。将电阻线作为热脉冲源，通过安装在电阻线下方的单个热电偶感知热脉冲到达的时间。但是此方法不能解释热电偶的温度升降变化。Huber等后来又采用了在热源上下不等距设置热电偶探头的方法，将热脉冲在液流传导系统中的运动和外界环境中的热干扰有效地区分开。然而，Huber测得的热脉冲传导速率却显著低于实际液流速率。Mar-shall改进了 Huber的设计，将加热元件和测温结点插入植物的木质部。他假定热脉冲在移动时，液流跟木质部之间不存在阻碍，热量可以在树液和边材之间自由交换。但依据Marshall的理论计算出的液流速率亦低于实际速率，需进行修正。Swanson发现以往测算中热脉冲速率和实际液流量存在偏差的真正原因“因伤效应”，从而否定了 Marshall关于茎内木质部同质性的假设。他认为在安装热敏探头时，探头周围损伤部位会产生愈伤组织，使得探头周围区域的热传导性能降低，导致热脉冲速率低于真实液流速率。如果计算中对这种损伤作用加以修正，将大大提高热脉冲技术的可应用性。Swanson于1981年通过数值计算模型模拟热对流及传导现象给出了修正参数表。Swanson的研究是热脉冲技术发展中的一个里程碑。Edwards等为了求得更准确的单位时间内通过树干断面内的流量，研究了形成层以下不同深度处的液流变化，得出了液流速率随深度变化的关系。至此，热脉冲液流检测方法理论系统构建完成。20世纪70年代，捷克布尔诺农业大学的Cermak J，Demi Μ等在利用热脉冲技术测定植株液流速率的研究基础上取得了新进展，提出了茎干热平衡方法。Sakuratani和Baker等通过田间试验证实其可行性。该方法用独特包裹式探头，在测量直径较小的植物时，具有明显优越性。但该方法的测量系统对茎流瞬时变化的响应不是同步的，测量精度尚待提尚。Granier等又在热脉冲速率法的基础上作出改进，将利用脉冲滞后效应为原理的热脉冲液流检测仪改进为利用双热电偶检测热耗散为原理的热扩散液流探针测量装置。与热脉冲方法相比较，热扩散探针的一个突出特点是能够连续放热，实现连续或任意时间间隔液流速率的测定。热扩散法具有更高准确度，正越来越广泛地应用于树干液流的研究。针对热脉冲和热扩散方法插针损伤植物茎杆且干扰液流的缺点，William等提出了液流激光测量系统，利用二极管激光器取代加热金属丝，用红外温度计来取代热敏电阻，这样的改进避免植物茎干内部组织受到破坏，也能消除因仪器位置变动所造成的误差。
技术实现思路
:为了实现对树木茎流进行无损、非破坏地检测，本技术提供了一种激光热脉冲茎流测量系统，该系统可以通过非接触式地加热树木茎干，检测树木内温度变化，提高测量准确度。激光热脉冲茎流测量系统主要包括:(1)光纤2，提供茎流热源。(2)红外温度计3，检测植物茎干温度变化的传感器。(3)数据采集器4，与红外温度计相连，记录并储存温度数据。(4)无线通讯模块5，与数据采集器相连，借助天线将所监测数据经由无线通讯网络传输给客户端。(5)客户端数据分析8，远程接收数据采集器记录的数据，通过软件分析茎流数据，计算植物的茎流情况。与传统的检测植物茎流的方法相比，本技术有以下优点:利用激光作为热源，无需将热源插入植物茎干内，不会造成对植物的损坏。另外，利用红外温度计非接触式地检测植物上下位子的温度情况，避免对植物的破坏。通过无损、非接触式地提供热源以及测量温度，可以保护植物，避免实验对植物的破坏，此外，也提高了测量的准确度。【附图说明】图1是本技术一种激光热脉冲茎流测量系统结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步说明图1为本技术一种激光热脉冲茎流测量系统的结构图。该测量系统可以长期、连续地对植物茎流进行无损、非接触式地检测，通过数据采集器记录和储存数据，并将数据通过无线传输系统发送给最终用户端进行分析。如图1所示，该激光热脉冲茎流测量系统包括:光纤2、红外温度计3、数据采集器4、无线通讯模块5、天线6、无线通讯网络7、客户端数据分析8.光纤2非接触式地给植物茎干提供脉冲热源，使植物内部温度发生变化，产生茎流。红外温度计3非接触式地检测植物茎干上下部位的温度变化。红外温度计3与数据采集器4相连，将检测到的数据传输给数据采集器4记录温度变化。无线通讯模块5与数据采集器4相连，借助天线6，将数据经由无线通讯网络7传输给客户端软件分析8。【主权项】1.一种激光热脉冲茎流测量系统，其特征在于包括: 激光热源(2)，配有光纤的二极管激光热源，为植物茎流提供热量； 红外温度计(3)，非接触式测量茎流温度； 数据采集器(4)，记录植物茎流的温度数据； 无线通讯模块(5)，与数据采集器相连，借助天线将所监测数据经由无线通讯网络传输给客户端。【专利摘要】一种激光热脉冲茎流测量系统，包括：激光热源，为植物茎干提供热源；红外温度计，非接触式测量树干茎流温度；数据采集器，采集茎流温度，无线通讯模块，与数据采集器相连，借助天线将所监测数据经由无线通讯网络传输给客户端。本技术提供了一种新型无损、非接触式的植物茎流测量系统。【IPC分类】G08C17/02, G01F1/68【公开号】CN204988390【申请号】CN201520484446【专利技术人】吴燕玲 【申请人】安徽振坤科技有限公司【公开日】2016年1月20日【申请日】2015年7月8日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光热脉冲茎流测量系统，其特征在于包括：激光热源(2)，配有光纤的二极管激光热源，为植物茎流提供热量；红外温度计(3)，非接触式测量茎流温度；数据采集器(4)，记录植物茎流的温度数据；无线通讯模块(5)，与数据采集器相连，借助天线将所监测数据经由无线通讯网络传输给客户端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴燕玲，
申请(专利权)人：安徽振坤科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34