一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及生態(tài)學和植物學研究技術領域，具體來說本實用新型涉及一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)，對植物莖流進行無損、非接觸式地檢測。
【背景技術】
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[0002]樹木蒸騰量的測定是量化樹木耗水和需水的基礎。根據(jù)莖流計測定液流速率的不同類型方法和原理，主要分為熱脈沖速率法(HPV)、莖干熱平衡法(SHB)、熱擴散法(TDP)及激光熱脈沖法(LHPG)。
[0003]德國植物生理學家Huber于1932年提出熱脈沖法，最先利用熱脈沖作為植株液流的示蹤物。將電阻線作為熱脈沖源，通過安裝在電阻線下方的單個熱電偶感知熱脈沖到達的時間。但是此方法不能解釋熱電偶的溫度升降變化。Huber等后來又采用了在熱源上下不等距設置熱電偶探頭的方法，將熱脈沖在液流傳導系統(tǒng)中的運動和外界環(huán)境中的熱干擾有效地區(qū)分開。然而，Huber測得的熱脈沖傳導速率卻顯著低于實際液流速率。Mar-shall改進了 Huber的設計，將加熱元件和測溫結點插入植物的木質部。他假定熱脈沖在移動時，液流跟木質部之間不存在阻礙，熱量可以在樹液和邊材之間自由交換。但依據(jù)Marshall的理論計算出的液流速率亦低于實際速率，需進行修正。Swanson發(fā)現(xiàn)以往測算中熱脈沖速率和實際液流量存在偏差的真正原因“因傷效應”，從而否定了 Marshall關于莖內(nèi)木質部同質性的假設。他認為在安裝熱敏探頭時，探頭周圍損傷部位會產(chǎn)生愈傷組織，使得探頭周圍區(qū)域的熱傳導性能降低，導致熱脈沖速率低于真實液流速率。如果計算中對這種損傷作用加以修正，將大大提高熱脈沖技術的可應用性。Swanson于1981年通過數(shù)值計算模型模擬熱對流及傳導現(xiàn)象給出了修正參數(shù)表。Swanson的研究是熱脈沖技術發(fā)展中的一個里程碑。Edwards等為了求得更準確的單位時間內(nèi)通過樹干斷面內(nèi)的流量，研究了形成層以下不同深度處的液流變化，得出了液流速率隨深度變化的關系。至此，熱脈沖液流檢測方法理論系統(tǒng)構建完成。
[0004]20世紀70年代，捷克布爾諾農(nóng)業(yè)大學的Cermak J，Demi Μ等在利用熱脈沖技術測定植株液流速率的研究基礎上取得了新進展，提出了莖干熱平衡方法。Sakuratani和Baker等通過田間試驗證實其可行性。該方法用獨特包裹式探頭，在測量直徑較小的植物時，具有明顯優(yōu)越性。但該方法的測量系統(tǒng)對莖流瞬時變化的響應不是同步的，測量精度尚待提尚。
[0005]Granier等又在熱脈沖速率法的基礎上作出改進，將利用脈沖滯后效應為原理的熱脈沖液流檢測儀改進為利用雙熱電偶檢測熱耗散為原理的熱擴散液流探針測量裝置。與熱脈沖方法相比較，熱擴散探針的一個突出特點是能夠連續(xù)放熱，實現(xiàn)連續(xù)或任意時間間隔液流速率的測定。熱擴散法具有更高準確度，正越來越廣泛地應用于樹干液流的研究。
[0006]針對熱脈沖和熱擴散方法插針損傷植物莖桿且干擾液流的缺點，William等提出了液流激光測量系統(tǒng)，利用二極管激光器取代加熱金屬絲，用紅外溫度計來取代熱敏電阻，這樣的改進避免植物莖干內(nèi)部組織受到破壞，也能消除因儀器位置變動所造成的誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]為了實現(xiàn)對樹木莖流進行無損、非破壞地檢測，本實用新型提供了一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過非接觸式地加熱樹木莖干，檢測樹木內(nèi)溫度變化，提高測量準確度。
[0008]激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)主要包括:
[0009](1)光纖2，提供莖流熱源。
[0010](2)紅外溫度計3，檢測植物莖干溫度變化的傳感器。
[0011](3)數(shù)據(jù)采集器4，與紅外溫度計相連，記錄并儲存溫度數(shù)據(jù)。
[0012](4)無線通訊模塊5，與數(shù)據(jù)采集器相連，借助天線將所監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡傳輸給客戶端。
[0013](5)客戶端數(shù)據(jù)分析8，遠程接收數(shù)據(jù)采集器記錄的數(shù)據(jù)，通過軟件分析莖流數(shù)據(jù)，計算植物的莖流情況。
[0014]與傳統(tǒng)的檢測植物莖流的方法相比，本實用新型有以下優(yōu)點:
[0015]利用激光作為熱源，無需將熱源插入植物莖干內(nèi)，不會造成對植物的損壞。另外，利用紅外溫度計非接觸式地檢測植物上下位子的溫度情況，避免對植物的破壞。通過無損、非接觸式地提供熱源以及測量溫度，可以保護植物，避免實驗對植物的破壞，此外，也提高了測量的準確度。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明
[0018]圖1為本實用新型一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)的結構圖。該測量系統(tǒng)可以長期、連續(xù)地對植物莖流進行無損、非接觸式地檢測，通過數(shù)據(jù)采集器記錄和儲存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送給最終用戶端進行分析。如圖1所示，該激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)包括:光纖2、紅外溫度計3、數(shù)據(jù)采集器4、無線通訊模塊5、天線6、無線通訊網(wǎng)絡7、客戶端數(shù)據(jù)分析8.
[0019]光纖2非接觸式地給植物莖干提供脈沖熱源，使植物內(nèi)部溫度發(fā)生變化，產(chǎn)生莖流。紅外溫度計3非接觸式地檢測植物莖干上下部位的溫度變化。紅外溫度計3與數(shù)據(jù)采集器4相連，將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集器4記錄溫度變化。無線通訊模塊5與數(shù)據(jù)采集器4相連，借助天線6，將數(shù)據(jù)經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡7傳輸給客戶端軟件分析8。
【主權項】
1.一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)，其特征在于包括: 激光熱源(2)，配有光纖的二極管激光熱源，為植物莖流提供熱量； 紅外溫度計(3)，非接觸式測量莖流溫度； 數(shù)據(jù)采集器(4)，記錄植物莖流的溫度數(shù)據(jù)； 無線通訊模塊(5)，與數(shù)據(jù)采集器相連，借助天線將所監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡傳輸給客戶端。
【專利摘要】一種激光熱脈沖莖流測量系統(tǒng)，包括：激光熱源，為植物莖干提供熱源；紅外溫度計，非接觸式測量樹干莖流溫度；數(shù)據(jù)采集器，采集莖流溫度，無線通訊模塊，與數(shù)據(jù)采集器相連，借助天線將所監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡傳輸給客戶端。本實用新型提供了一種新型無損、非接觸式的植物莖流測量系統(tǒng)。
【IPC分類】G08C17/02, G01F1/68
【公開號】CN204988390
【申請?zhí)枴緾N201520484446
【發(fā)明人】吳燕玲
【申請人】安徽振坤科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月8日