一种Ｔ－ｍａｘ植物茎流测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种Ｔ－ｍａｘ植物茎流测量方法及其装置，在植物茎干上装加热器，在茎干上位于茎流下游距加热器的距离ＸＤ处装检测温度传感器，在茎流上游或下游不受热脉冲影响的茎干上装补偿温度传感器，检测温度传感器和补偿温度传感器组成温差检测器，加热控制器在控制装于植物茎干上的加热器发射加热植物茎干的热脉冲后，清零并启动计时器，温差检测器采集到的温差信号经前置放大、增益放大、低通滤波、半波整流、变指数放大、门限检测、微分和过零检测，找出温差信号的峰值点，在该峰值点上关闭计时器，将计时器所记录的时间代入Ｔ－ｍａｘ方法茎流计算公式，显著提高了Ｔ－ｍａｘ方法测量低速茎流的能力，成本低，精度高，可靠性好，加热量少，测量范围宽，使用方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用热脉冲示踪技术测量植物茎流的方法及其装置，尤其涉及一 种T-max植物茎流测量方法及其装置。
技术介绍
植物在蒸腾过程中，根系从土壤中吸收的水分通过植物茎干茎流源源不断地输送 至叶片，最终通过叶气孔散发到大气中去，在该过程中植物茎干中的液体一直处于流动状 态，而植物茎干茎流量的大小可以反映植物蒸腾量的变化，所以，用测定植物茎干茎流的方 法可确定植物的蒸腾耗水量。用标记示踪测量植物茎干茎流的方法有很多种，比较常见是 同位素示踪法与热力学方法。 热力学方法或称热技术方法，可在自然生长状态基本不变的情况下，测量植物的 蒸腾指标，且相对经济可行。根据其设计原理可分为热脉冲法、热平衡法和热扩散法。其中， 热脉冲法的认可程度最高。热脉冲法测量植物茎流的准确性在树木上经过了检验，但在测 量树木低速茎流时，热脉冲技术不准确。目前使用的热脉冲方法包括T-max法、热补偿法 CHPM和热比率法HRM三种。测量低速茎流能力由强到弱依次是热比率法、热补偿法、T-max 法；加热量由小到大依次是T-max法、热补偿法、热比率法。 格林斯潘和澳大利亚英联邦科学与工业研究组织(CSIR0)，联合研制开发了热补 偿法系列产品，用于测定树木茎流。测量范围5 100cm/hr茎流速率，准确度5%，热脉 冲发射时间0. 2 2. 4s，最小茎干直径5 20mm。因其测低速茎流能力和加热量居中，市 场占有率最大。 "T-max"顾名思义，Tiax植物茎流测量方法是通过探测热脉冲发射后，在植物茎 干茎流下游距加热器的距离XD处温度峰值出现的时间，来推算植物茎流的一种方法。 现有的T-max植物茎流测量装置， 一般是由温差检测器和数据采集器 (datalogger)组成，温差检测器用来采集数据，送入数据采集器后再进行数据的后续处理。 植物茎干加热，一般采用12V蓄电池作为加热电源，通过继电器触点连接到加热器上。茎干 加热量取决于继电器触点的闭合时间，通过控制继电器电磁线圈的加电时间，控制茎干加 热量。因为继电器机械触点存在吸合动作延迟及个体差异和疲劳误差，对仅有零点几秒的 加热时间而言不可忽略，影响了加热量的精确控制。 上述传统方式的T-max植物茎流测量装置，加热精度低，成本高，尤其是测量低速 茎流的能力更差，并有逐步淡出应用领域的趋势，亟待采用更新的技术方案以获得更优的 技术性能和更低的制作成本。如果能破解T-max方法测量低速茎流的难题，T-max方法将 重获新生跨入主流产品行列。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种替代由温差检测器和数据采集器组成的传统方式的 T-max植物茎流测量装置，较传统方式测量精度高、加热量少、测量范围宽，特别是测量低速3茎流的能力强，使用方便、成本低廉的新一代的T-max植物茎流测量方法及其装置。 本专利技术的目的是这样实现的 —种T-max植物茎流测量方法，在要测量茎流的植物茎干上安装加热器，在植物 茎干上位于茎流下游距加热器的距离XD处安装检测温度传感器，在茎流上游或下游不受 热脉冲影响的植物茎干上安装补偿温度传感器，检测温度传感器和补偿温度传感器组成温 差检测器，加热控制器在控制安装于植物茎干上的加热器发射加热植物茎干的热脉冲后， 清零并启动计时器，温差检测器采集到的温差信号送入前置放大器，经前置放大器进行低 噪声低漂移初步放大后送入增益放大器，经增益放大器进一步放大后送入低通滤波器，经 低通滤波器滤除温差信号带外高频信号后送入半波整流器，经过半波整流后送入变指数放 大器，进行非均匀放大，在不改变温差信号峰值点相对时间位置的情况下，使温差信号曲线 峰值点更加突出明显，峰值点两侧更加陡峭，经变指数放大后送入门限检测器，区分并剔除 干扰信号，避免误动作，经门限检测后送入微分和过零检测器，找出温差信号的峰值点，在 该峰值点上关闭计时器，计时器所记录的时间就是T-max植物茎流测量方法必须检测的tM 值，将tM值和XD值代入T-max植物茎流测量方法计算公式，计算植物茎流速率Vs。 —种T-max植物茎流测量装置，包括安装在植物茎干上的加热器、安装在植物茎 干上位于茎流下游距加热器的距离XD处的检测温度传感器、安装在茎流上游或下游不受热 脉冲影响的植物茎干上的补偿温度传感器、前置放大器、增益放大器、低通滤波器、半波整 流器、变指数放大器、门限检测器、微分和过零检测器、单片机、数模转换器、通讯接口电平 转换器、控制计算机；由安装在植物茎干上位于茎流下游距加热器的距离XD处的检测温度 传感器和安装在茎流上游或下游不受热脉冲影响的植物茎干上的补偿温度传感器组成温 差检测器，温差检测器的输出端与前置放大器相连接，前置放大器的输出端与增益放大器 相连接，增益放大器的输出端与低通滤波器相连接，低通滤波器的输出端与半波整流器相 连接，半波整流器的输出端与变指数放大器相连接，变指数放大器的输出端与门限检测器 相连接，门限检测器的输出端与微分和过零检测器相连接，微分和过零检测器的输出端与 单片机的外部中断1端口相连接，控制计算机通过通讯接口电平转换器与单片机的串行口 相连接，单片机的一组I/O端口与数模转换器的数字输入端相连接，数模转换器的模拟输 出端与安装在植物茎干上的加热器相连接。 测量装置工作流程如下单片机加电后，初始化程序使之进入"空闲"状态，只有发 生"中断"才能结束"空闲"状态，在中断服务程序中完成各项操作，退出中断服务程序后重 新进入"空闲"状态，这种工作方式("空闲"+ "中断")，单片机的CPU大部分时间处于睡 眠状态，受干扰的几率大为减少，不仅省电，更重要的是抗干扰能力强，在控制计算机通过 通讯接口电平转换器向单片机串行口发送茎流数据采集指令时，向单片机发出了串行接收 中断请求，单片机响应串行接收中断请求，进入串行接收中断服务程序，根据茎流数据采集 指令中的加热时间长度和加热电压的二进制数字值启动加热，加热电压的二进制数字值通 过数模转换器转换为模拟电压加到加热器上，按指令中的加热时间长度在单片机的控制下 瞬间加热植物茎干，在启动加热后，立刻将单片机的16位定时器0清零启动计时，同时开放 单片机与微分和过零检测器相连接的外部中断1端口 ，退出串行接收中断服务程序，在计 时过程中，以在定时器0溢出中断服务程序中对定时器0中断次数进行计数的方式扩展计 时长度， 温差检测器采集到的温差信号送入前置放大器，经前置放大器进行低噪声低漂移 初步放大后送入增益放大器，经增益放大器进一步放大后送入低通滤波器，经低通滤波器 滤除温差信号带外高频信号后送入半波整流器，经过半波整流后送入变指数放大器，进行 非均匀放大，在不改变温差信号峰值点相对时间位置的情况下，使温差信号曲线峰值点更 加突出明显，峰值点两侧更加陡峭，经变指数放大后送入门限检测器，区分并剔除干扰信 号，避免误动作，经门限检测后送入微分和过零检测器，找出温差信号的峰值点后，微分和 过零检测器的输出向已开放的与微分和过零检测器相连接的单片机的外部中断1端口发 出中断请求， 单片机响应外部中断1中断请求，进入外部中断1服务程序，停止定时器0计时， 开始通过通讯接口电平转换器向控制计算机发送计时数据并引发串行中断请求，关闭单片 机外部中断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｔ－ｍａｘ植物茎流测量方法，其特征在于：在要测量茎流的植物茎干（１）上安装加热器（２），在植物茎干（１）上位于茎流下游距加热器（２）的距离Ｘ↓［Ｄ］处安装检测温度传感器（３），在茎流上游或下游不受热脉冲影响的植物茎干（１）上安装补偿温度传感器（４），检测温度传感器（３）和补偿温度传感器（４）组成温差检测器，加热控制器（１６）在控制安装于植物茎干（１）上的加热器（２）发射加热植物茎干（１）的热脉冲后，清零并启动计时器（１７），温差检测器采集到的温差信号送入前置放大器（５），经前置放大器（５）进行低噪声低漂移初步放大后送入增益放大器（６），经增益放大器（６）进一步放大后送入低通滤波器（７），经低通滤波器（７）滤除温差信号带外高频信号后送入半波整流器（８），经过半波整流后送入变指数放大器（９），进行非均匀放大，在不改变温差信号峰值点相对时间位置的情况下，使温差信号曲线峰值点更加突出明显，峰值点两侧更加陡峭，经变指数放大后送入门限检测器（１０），区分并剔除干扰信号，避免误动作，经门限检测后送入微分和过零检测器（１１），找出温差信号的峰值点，在该峰值点上关闭计时器（１７），计时器（１７）所记录的时间就是Ｔ－ｍａｘ植物茎流测量方法必须检测的ｔ↓［Ｍ］值，将ｔ↓［Ｍ］值和Ｘ↓［Ｄ］值代入Ｔ－ｍａｘ植物茎流测量方法计算公式，计算植物茎流速率Ｖ↓［Ｓ］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高胜国，高任翔，
申请(专利权)人：中国农业科学院农田灌溉研究所，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]