一种换位式波文比水热通量监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种换位式波文比水热通量监测系统，其包括：一个主支架；换位装置，设于主支架，其具有对应不同水平高度位置的第一位置状态和第二位置状态，并能在二者之间切换；空气温湿度传感器，设于换位装置，并能随着换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间的切换监测不同水平高度位置的空气温湿度；以及驱动装置，与换位装置连接，提供换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间切换的动力。本实用新型专利技术涉的换位式波文比水热通量监测系统，其可以采用同一温湿度传感器实现对两层空气的温湿度进行监测，借此，可以消除空气温湿度传感器本身的系统误差，使得最终的潜热通量和显热通量更加精确。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于生态系统中水热通量自动监测领域，用于求得显热通量(H)和潜热通量(LE)，尤其涉及一种换位式波文比水热通量监测系统。
技术介绍
英国物理学家Bowen(1926)在研究自由水面的能量平衡时提出能量平衡-波文比法(EnergyBalance-BowenRatio,EBBR)，利用水面与空气间的乱流交换热量(显热通量H)与自由水面蒸发水汽的耗热(潜热通量LE)之比，并结合能量平衡公式，求得显热通量和潜热通量的方法。Bowen比推导公式如下：其中，β为波文比；Kh和Kq分别为水、热湍流交换系数(假设Kh＝Kq)；γ为湿球常数，0.665×10-3×大气压力(hPa/℃)；ρ为蒸发潜热系数，2.45×106J/kg；Cp为比气体常数；Δθ为两个不同观测层间的空气温度差(℃)；Δe为两个不同观测层间的实际水汽压差(hPa)，可通过实测相对湿度值进行换算：es＝ea*RH*0.01式(3)，其中，ea为饱和水汽压(hPa)，es为实际水汽压(hPa)，t为温度(实测值，℃)，RH为相对湿度值(实测值，％)。受辐射收支的影响，地面的热量盈亏会发生变化，大气中能量始终处于一个动态的交换和平衡的调整中，用公式表示能量守恒定律：RN＝H+LE+QS+J+μA+D式(4)，其中，RN为输入植物群体的净辐射通量密度；QS为土壤热通量密度，是进出土壤表面的热流量，并假定流入土壤为正，流出为负；H为显热通量密度，是单位时间单位面积上乱流交换而输送的热量；LE为潜热通量密度，是单位时间单位面积上通过的潜热；μA用于作物进行光合作用，转变为化学能贮存在高级有机化合物中的能量；J为贮存在植物体内的能量；此外还有水平方向移走的能量D。在一般情况下，与RN相比，μA几乎可以忽略不计的，J也可以忽略不计。在能量平衡研究中，由于对D难以估计，常常将其忽略。其余三项均不可忽略，因而公式(4)式往往可简化为：RN＝H+LE+QS式(5)，将公式(1)代入公式(5)，即可求的显热和潜热通量公式(6)、(7)：目前的水热通量自动监测系统由数据采集器、传感器、供电系统三部分组成；其中传感器包括空气温湿度传感器(2套)、净辐射传感器(1套)、土壤热通量传感器(2套)、大气压力传感器(1套)、平均土壤温度传感器(1套)、土壤湿度传感器(1套)，供电系统包括太阳能板(1套)、蓄电池(1套)、太阳能充电控制器(1套)；所有传感器的信号都接入到数据采集器中，数据采集器自动采集、存储数据。通过监测两层空气温湿度可直接获取波文比(β)，结合监测净辐射和土壤热通量即可求算出显热通量(H)和潜热通量(LE)。其中，如图1所示，现有的一种水热通量自动监测系统，其包括三角支架1＇，三角支架1＇的竖向布置的主杆上设有第一层的空气温湿度传感器2＇和第二层的空气温湿度传感器3＇，二者之间具有预定的落差，设于三角支架1＇的主杆顶端的第一横杆，第一横杆的两端分别设有风速传感器4＇和风向传感器6＇，第一横杆的中段设有与其垂直的第二横杆，第二横杆的一端设有净辐射传感器5＇。综上所述，由于现有技术中是采用两套分设于不同水平高度的空气温湿度传感器来实现对两层空气的温湿度进行监测的，而由于两套空气温湿度传感器相互之间本身存在系统误差，这就导致波文比的测量计算精度存在偏差，造成最终的潜热通量和显热通量存在一定的偏差。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本技术提供一种换位式波文比水热通量监测系统，其可以采用同一温湿度传感器实现对两层空气的温湿度进行监测，可以消除空气温湿度传感器本身的系统误差，使得最终的潜热通量和显热通量更加精确。(二)技术方案为了达到上述目的，本技术采用的主要技术方案包括：一种换位式波文比水热通量监测系统，其包括：一个主支架；换位装置，设于主支架，其具有对应不同水平高度位置的第一位置状态和第二位置状态，并能在二者之间切换；空气温湿度传感器，设于换位装置，并能随着换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间的切换监测不同水平高度位置的空气温湿度；驱动装置，与换位装置连接，提供换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间切换的动力。通过上述结构的设置，使得其可以采用同一温湿度传感器实现对两层空气的温湿度进行监测，借此，可以消除空气温湿度传感器本身的系统误差，使得最终的潜热通量和显热通量更加精确。其中，换位装置具有第一端和第二端，换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间的切换包括换位装置的第一端和/或第二端在第一位置状态和第二位置状态之间的切换。较佳的，换位装置的第一端和/或第二端设置有空气温湿度传感器。本技术的一个实施例中，换位装置为换位横杆。较佳的，换位横杆的中部可转动地连接于主支架，构成一个平衡杆，即换位横杆的一端上升时，另一端下降，或者说换位横杆的一端处于第一水平位置时，另一端处于第二水平位置。其中，空气温湿度传感器的数量为两个。两个空气温湿度传感器分别设于换位横杆的两端。其中，换位装置还具有十字节，空气温湿度传感器连接于换位装置的十字节，其中，十字节具有：一个第一连接部，其沿第一延伸方向延伸；一个第二连接部，其沿第二延伸方向延伸，第二延伸方向与第一延伸方向相垂直，即第二连接部与第一连接部呈十字形固定连接；一个转动部，其以第二延伸方向为旋转轴，可转动地设于第二连接部；一个悬垂部，其以第二延伸方向为旋转轴，可转动地设于第二连接部，并借助重力作用始终保持悬垂状态。空气温湿度传感器设于防辐射罩中，通过防辐射罩安装于换位装置的十字节，其中，第二延伸方向为水平方向。驱动装置包括电机，设于主支架。驱动装置还包括限位装置，如行程开关，可以设置两个行程开关，对应于换位装置的两个状态位置，例如左、右行程开关分别对应换位装置的第一位置和第二位置。本技术的一个实施例中，为了简化传感器的安装、更换，使得其可以由非专业的人员即可进行操作，例如当遇到需要更换某个传感器等较为简单的问题时，无需再由专业维修人员到现场，用户即可直接自行更换，为此，设置了与数据采集器相连接的转接板，转接板上设置有多个对接头，各对接头采用不同的插脚、插孔布置方式，以此对应不同种类的传感器(例如空气温湿度传感器、土壤热通量传感器、大气压力传感器、平均土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风向传感器、风速传感器、总辐射传感器和/或净辐射传感器)。其中，还包括主机箱，以及土壤热通量传感器、大气压力传感器、平均土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风向传感器、风速传感器、总辐射传感器和/或净辐射传感器，主机箱设于主支架，数据采集器设于主机箱中。(三)有益效果本技术的有益效果是：本技术的换位式波文比水热通量监测系统，由于其可以采用同一温湿度传感器实现对两层空气的温湿度进行监测，借此，可以消除空气温湿度传感器本身的系统误差，使得最终的潜热通量和显热通量更加精确。另外，转接板的设置，使得设备的安装、维护等更加方便，不仅可以节省技术人员野外安装调试设备的时间、提高工作效率，还可以由非专业人员进行传感器的安装、更换。附图说明图1为现有技术一个实施例的整体结构示意图；图2为本技术一个实施例的整体结构及其局部放大示意图(其中，虚线表示横杆位于第二位置状态)；图3为本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换位式波文比水热通量监测系统，其包括：一个主支架；其特征在于，其还包括：换位装置，设于主支架，其具有对应不同水平高度位置的第一位置状态和第二位置状态，并能在二者之间切换；空气温湿度传感器，设于换位装置，并能随着换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间的切换监测不同水平高度位置的空气温湿度；以及驱动装置，与换位装置连接，提供换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间切换的动力。

【技术特征摘要】
1.一种换位式波文比水热通量监测系统，其包括：一个主支架；其特征在于，其还包括：换位装置，设于主支架，其具有对应不同水平高度位置的第一位置状态和第二位置状态，并能在二者之间切换；空气温湿度传感器，设于换位装置，并能随着换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间的切换监测不同水平高度位置的空气温湿度；以及驱动装置，与换位装置连接，提供换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间切换的动力。2.如权利要求1所述的换位式波文比水热通量监测系统，其特征在于：换位装置具有第一端和第二端，换位装置在第一位置状态和第二位置状态之间的切换包括换位装置的第一端和/或第二端在第一位置状态和第二位置状态之间的切换。3.如权利要求1所述的换位式波文比水热通量监测系统，其特征在于：换位装置的第一端和/或第二端设置有空气温湿度传感器。4.如权利要求1所述的换位式波文比水热通量监测系统，其特征在于：换位装置为换位横杆。5.如权利要求4所述的换位式波文比水热通量监测系统，其特征在于：换位横杆的中部可转动地连接于主支架，构成一个平衡杆。6.如权利要求5所述的换位式波文比水热通量监测系统，其特征在于：空气温湿度传感器的数量为两个，两个空气温湿度传感器分别设于换位横杆的两端。7.如权利要求1所述的换位式波文比水热通量监测系统，其特征在于：换位装置还具有十字节...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秀城，
申请(专利权)人：北京雨根科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11