微碳匯計量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于森林碳匯計量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在森林碳匯測量的領(lǐng)域中，常用的森林碳匯測量方法有:樣地清查法、渦度相關(guān)法和箱式法。
[0003]樣地清查法主要通過典型樣地研宄森林的碳儲量和碳通量，能進(jìn)行整體、定期的森林清查，但不適合長期連續(xù)觀測，測量誤差較大。
[0004]渦度相關(guān)法采用微氣象技術(shù)，通過直接測得林冠上方的0)2渦流傳遞速率，從而計算出森林固定的0)2量，該方法能夠比較精確的測得森林碳匯，可進(jìn)行長期監(jiān)測，但其實用化系統(tǒng)復(fù)雜，數(shù)據(jù)計算繁瑣，需要的儀器較為精密，對儀器操作人員有較高要求，從而限制了其應(yīng)用。
[0005]箱式法采用微氣象學(xué)技術(shù)，將部分植物體套裝在密閉測室內(nèi)，測室內(nèi)0)2濃度隨時間的變化就是CO2通量。商品化的光合測定系統(tǒng)即屬此類。它通過測定生態(tài)系統(tǒng)不同組分(如葉片、樹干、土壤等)的光合/呼吸速率來估測森林碳匯量(同化器官CO2的同化速率與非同化器官0)2的釋放速率之和)。箱式法測量誤差小，測量精度高，且易于實現(xiàn)，因此，它將是目前以及未來碳匯計量檢測方法的發(fā)展方向。在箱式法測量碳匯量方面，國內(nèi)應(yīng)用便攜式光合測定系統(tǒng)對植物某個器官進(jìn)行測定的較多，但由于箱體內(nèi)部沒有保持環(huán)境的設(shè)備，使其不能長期連續(xù)的測量。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型是為了解決利用箱式法進(jìn)行森林碳匯測量時，該方法不能長期連續(xù)的測量的問題，現(xiàn)提供微碳匯計量系統(tǒng)。
[0007]微碳匯計量系統(tǒng)，它包括:植物培養(yǎng)箱、空氣溫濕度變送器、土壤溫濕度變送器、CO2濃度變送器、單片機(jī)、繼電器、環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、電子顯微鏡和計算機(jī)；
[0008]空氣溫濕度變送器用于采集植物培養(yǎng)箱內(nèi)空氣的溫濕度，且空氣溫濕度變送器的溫濕度信號輸出端連接單片機(jī)的一個溫濕度信號輸入端；
[0009]土壤溫濕度變送器用于采集植物培養(yǎng)箱內(nèi)土壤的溫濕度，且土壤溫濕度變送器的溫濕度信號輸出端連接單片機(jī)的另一個溫濕度信號輸入端；
[0010]0)2濃度變送器用于采集植物培養(yǎng)箱內(nèi)的CO2濃度，且CO2濃度變送器的CO2濃度信號輸出端連接單片機(jī)的0)2濃度信號輸入端；
[0011]單片機(jī)的采集信號輸出端連接計算機(jī)的采集信號輸入端，單片機(jī)的比較信號輸入端連接計算機(jī)的比較信號輸出端，單片機(jī)的電平信號輸出端連接繼電器的電平信號輸入端，繼電器用于驅(qū)動環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)植物培養(yǎng)箱內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度和CO2濃度；
[0012]電子顯微鏡用于實時采集植物培養(yǎng)箱內(nèi)植物葉片圖像，電子顯微鏡的圖像信號輸出端連接計算機(jī)的圖像信號輸入端。
[0013]本實用新型所述的微碳匯計量系統(tǒng)為從微觀角度估測森林碳匯量的單株植物碳匯量計量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠微觀觀察植物葉孔隨CO2濃度的變化，還能夠調(diào)節(jié)植物培養(yǎng)箱內(nèi)部的溫度、濕度、0)2濃度等環(huán)境因素，同時實時顯示箱體內(nèi)部的環(huán)境信息，記錄歷史數(shù)據(jù)。本實用新型功能性強(qiáng)，可通過對單株植物碳匯量的測量估測大面積植被的碳匯總量，降低了植被碳匯測量的成本，減小了植被碳匯測量的難度。并且測量誤差小、測量精度高、易于實現(xiàn)，且進(jìn)行長期連續(xù)測量，進(jìn)而估測森林碳匯量。
[0014]本實用新型采用箱式法對植物碳匯量進(jìn)行測量，造價低廉，運(yùn)行成本低，操作簡便，測量值精確，同時區(qū)別于傳統(tǒng)箱式法，可自動調(diào)節(jié)箱體內(nèi)部環(huán)境，為植物提供一個良好的生存環(huán)境，實現(xiàn)了長期連讀的測量研宄。
【附圖說明】
[0015]圖1為微碳匯計量系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為【具體實施方式】二所述的微碳匯計量系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的微碳匯計量系統(tǒng)，它包括:植物培養(yǎng)箱1、空氣溫濕度變送器2、土壤溫濕度變送器3、CO2濃度變送器4、單片機(jī)5、繼電器6、環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7、電子顯微鏡8和計算機(jī)9 ;
[0018]空氣溫濕度變送器2用于采集植物培養(yǎng)箱I內(nèi)空氣的溫濕度，且空氣溫濕度變送器2的溫濕度信號輸出端連接單片機(jī)5的一個溫濕度信號輸入端；
[0019]土壤溫濕度變送器3用于采集植物培養(yǎng)箱I內(nèi)土壤的溫濕度，且土壤溫濕度變送器3的溫濕度信號輸出端連接單片機(jī)5的另一個溫濕度信號輸入端；
[0020]CO2濃度變送器4用于采集植物培養(yǎng)箱I內(nèi)的CO 2濃度，且CO 2濃度變送器4的CO 2濃度信號輸出端連接單片機(jī)5的0)2濃度信號輸入端；
[0021]單片機(jī)5的采集信號輸出端連接計算機(jī)9的采集信號輸入端，單片機(jī)5的比較信號輸入端連接計算機(jī)9的比較信號輸出端，單片機(jī)5的電平信號輸出端連接繼電器6的電平信號輸入端，繼電器6用于驅(qū)動環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7工作，環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7用于調(diào)節(jié)植物培養(yǎng)箱I內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度和CO2濃度；
[0022]電子顯微鏡8用于實時采集植物培養(yǎng)箱I內(nèi)植物葉片圖像，電子顯微鏡8的圖像信號輸出端連接計算機(jī)9的圖像信號輸入端。
[0023]本實施方式，在傳統(tǒng)箱式法的基礎(chǔ)上，增加了環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7和電子顯微鏡8。其中，環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7能夠根據(jù)實時采集的植物培養(yǎng)箱I的環(huán)境數(shù)據(jù)與計算機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，單片機(jī)5控制繼電器6輸出高電平或低電平，從而驅(qū)動環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)動作，達(dá)到持續(xù)調(diào)節(jié)植物培養(yǎng)箱I內(nèi)的環(huán)境的目的，最終實現(xiàn)森林碳匯的長期連續(xù)測量。而電子顯微鏡8則用于實時采集植物葉片氣孔的變化情況，然后將實時采集到的植物葉片圖像送到計算機(jī)9中，計算機(jī)9利用現(xiàn)有軟件matlab對其采集到的圖像進(jìn)行優(yōu)化處理并保存，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作，便于更高效、更具體的觀察氣孔變化，進(jìn)而使碳匯計量結(jié)果更加精確。
[0024]計算機(jī)9能夠優(yōu)化電子顯微鏡8采集的圖像，通過圖像處理軟件對采集的葉孔圖像進(jìn)行特征處理、邊緣檢測、圖像分割、降噪、銳化等操作，使操作者更直觀、更具體的觀測葉片氣孔變化，找到變化規(guī)律。此外計算機(jī)9還具有報警功能，一旦環(huán)境因素超過標(biāo)準(zhǔn)閾值范圍，則開啟報警。
[0025]本實施方式的原理:空氣溫濕度變送器2、土壤溫濕度變送器3和CO2濃度變送器4分別采集植物培養(yǎng)箱I內(nèi)空氣的溫濕度、土壤的溫濕度和CO2濃度，并將采集到的信號發(fā)送至單片機(jī)5中，單片機(jī)5將其采集到的三種采集信號(空氣的溫濕度信號、土壤的溫濕度信號和0)2濃度信號)發(fā)送至計算機(jī)9中，三種采集信號分別與計算機(jī)9中設(shè)定好的三種標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行比較，若采集的信號均未超出閾值范圍，則單片機(jī)5控制繼電器6輸出低電平，環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7保持當(dāng)前狀態(tài)，不對植物培養(yǎng)箱I的環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)；若采集的任意一個信號超過標(biāo)準(zhǔn)閾值范圍，則單片機(jī)5控制繼電器6輸出高電平，繼電器6驅(qū)動環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7進(jìn)行調(diào)節(jié)動作，達(dá)到持續(xù)調(diào)節(jié)植物培養(yǎng)箱I內(nèi)的環(huán)境的目的，最終實現(xiàn)森林碳匯的長期連續(xù)測量。同時，計算機(jī)9還將單片機(jī)5發(fā)送的三種采集信號進(jìn)行實時顯示，同時對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，便于以后的調(diào)查研宄。電子顯微鏡8實時采集植物培養(yǎng)箱I內(nèi)植物葉片圖像，獲得植物葉片氣孔的變化情況，以便觀察箱體內(nèi)部環(huán)境因素的變化趨勢；并與三種采集信號結(jié)合，實現(xiàn)微碳匯計量，研宄植物的碳匯量與溫度、濕度、二氧化碳濃度和葉孔開閉程度的關(guān)系。
[0026]本實施方式中，計算機(jī)9將采集信號與標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行比較的過程僅僅是簡單的對比功能，能夠替換為比較器來實現(xiàn)該功能，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)其應(yīng)該掌握的技術(shù)知識實現(xiàn)，即不需要進(jìn)行創(chuàng)造性的工作就能夠?qū)崿F(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)。而單片機(jī)5的功能僅是采集信號，并通過計算機(jī)的比較信號控制繼電器輸出高、低電平的功能，也是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)其應(yīng)該掌握的技術(shù)知識，不需要創(chuàng)造性工作就能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)手段。
[0027]本申請的創(chuàng)新點(diǎn)在于增加的環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7和電子顯微鏡8及二者在設(shè)備中的連接關(guān)系，即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成上的改進(jìn)。綜上所述，本實施方式中，采用的計算機(jī)和單片機(jī)，不屬于本申請的創(chuàng)新點(diǎn)，因此，二者的使用不會影響本實用新型的保護(hù)客體。
[0028]【具體實施方式】二:參照圖2具體說明本實施方式，本實施方式是對【具體實施方式】一所述的微碳匯計量系統(tǒng)作進(jìn)一步說明，本實施方式中，環(huán)境調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7包括:壓縮機(jī)7-1、冷凝器7-2、蒸發(fā)器7-3、熱風(fēng)機(jī)7-4、加濕器7-5、貫流風(fēng)扇7_6、散熱風(fēng)扇7_7、水泵7-8和0)2源 7-11 ;
[0029]壓縮機(jī)7-1內(nèi)充有氟里昂氣體，壓縮機(jī)7-1的出氣口與冷凝器7-2的進(jìn)氣口連通，冷凝器7-2的出液口與蒸發(fā)器7-3的進(jìn)液口連通；
[0030]熱風(fēng)機(jī)7-4用于提高植物培養(yǎng)箱I內(nèi)部溫度；
[0031]加濕器7-5用于提高植物培養(yǎng)箱