ENVIdata-DT 植物莖流葉溫莖粗氣象(生理生態)監測系統由數據采集器、莖流傳感器、冠層葉溫傳感器、作物莖桿變化或樹木生長傳感器及氣象傳感器組成。按用戶設定的測量間隔定時、自動測量莖流、葉溫和生長參數。
1 背景
莖流、葉溫、莖粗變化是植物的重要生理指標,而光照、土壤濕度、空氣溫濕度是影響重要指標的關鍵環境因子。樹木液流的日變化呈單峰格型,不同胸徑樹木的液流日變化格型有很大差異,前人對液流和樹形的研究有些僅著眼于液流瞬時值水平,缺少對液流整體格局特征的認識,也有用樹形分級的方法對液流和樹形關系進行探討,但該方法存在尺度擴展過程中容易引起誤差的缺點。
當根系吸水充足時莖干膨脹,虧缺時莖干收縮。因而可以用莖直徑變化反應植株體內水分狀況變化。
該系統通過莖流大小測試植株的耗水量,通過葉溫預報植物需水量,利用植物器官(莖、葉、果實等)體積微變化動態反應植物體內水分狀況,廣泛用于植物水分利用、水量平衡、能量平衡、灌溉等研究領域。
2 系統工作原理及特點
ENVIdata-DT 植物莖流葉溫莖粗氣象(生理生態)監測系統由數據采集器、莖流傳感器、冠層葉溫傳感器、作物莖桿變化或樹木生長傳感器及氣象傳感器組成。按用戶設定的測量間隔定時、自動測量莖流、葉溫和生長參數。
該系統通過Internet傳輸數據,用戶無需到測點下載數據,只要能上網,可隨時查看系統運行情況、下載和歷史數據。
2.1 傳感器
2.1.1 TDP熱擴散莖流傳感器
應用熱擴散原理,測量不同樹種的莖流量。該原理能夠實現連續監測莖流,并且受環境因素的干擾相對小。探頭適用于直徑75mm以上的樹干,安裝容易,可以重復使用。TDP-30和TDP-50每個探頭占用一個單端模擬通道,TDP-80每個探頭占用兩個單端模擬通道。安裝工具隨探頭提供。
SG系列探頭應用熱平衡原理,多種尺寸系列可以適于安裝在直徑2.1至175mm的草本或木本植物莖干上。該探頭無需校正,不用穿刺到樹干中。每個探頭占用3個單端模擬通道。探頭所需的安裝附件隨探頭提供。
系統配有電壓調節器為探頭供電,可以同時輸出兩種不同的電壓,功率能夠滿足所有探頭的耗電量。
SF1包裹式莖流傳感器:導出以g/h為單位的莖流量; | ||||||
傳感器類型 | 示例產品 | 莖桿直徑范圍(mm) | 高度(mm) | 加熱器電壓 | 功耗(W) | 包裹范圍(名義上直徑) |
微傳感器 | D\SGA3 | 2.7 ~ 4.0 | 35 | 2.3 | 0.05 | 2、3、5 |
莖桿傳感器 | D\SGA13 | 12 ~ 16 | 70 | 4.0 | 0.15 | 9、10、13、16、19、25 |
樹干傳感器 | D\SGB50 | 45 ~ 65 | 305 | 6.0 | 1.4 | 35、50、70、100 |
數據采集器輸入(每個傳感器):3DIF通道(全量程<1mV),1SE通道(用于加熱器電壓,全量程<10V);纜線:標準1.5米(8芯,帶接頭);纜線可擴展 | ||||||
SV1 TDP莖流速傳感器:導出以cm/h為單位的莖流速; | ||||||
傳感器類型 | 針長/直徑(mm) | 樹干直徑范圍(mm) | 垂直空間 | 加熱器電壓 | 功耗(W) | 樣品木質部厚度 |
D\TDP-30 | 30/1.2 | 70 ~ 200 | 40mm | 3.0 | 0.2 | 30 ~ 70 mm |
D\TDP-50 | 50/1.65 | 120 ~250 | 40mm | 5.0 | 0.3 | 50 ~ 100mm |
D\TDP-80 | 80/1.65 | 超過180 | 40mm | 7.5 | 0.5 | > 80 mm |
數據采集器輸入(每個傳感器):1DIF通道(全量程<1mV),1SE通道(用于加熱器電壓,全量程zui大10V);纜線:標準3米(5或6芯,帶接頭);纜線可擴展 | ||||||
*澳作研發的通道擴展板:功能強大,精度高(與進口數據采集器精度相同),可接多路傳感器(數量不受限制)。 | ||||||
*多路電源供應:使用可調式電壓調節分配器,針對不同傳感器輸出不同范圍電壓 |
2.1.2 紅外葉溫測量
紅外葉溫傳感器是基于斯特藩-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann law)
特點:測量植物冠層、土壤、水面等溫度
技術指標:
測量范圍:-10…65℃
精度:-10…+65℃, ±0.2℃
-40…+70℃ , ±0.5℃
工作溫度:-55….+80℃ 0…* RH
2.1.3莖粗傳感器
D6 樹木胸徑傳感器
D6樹木生長應變傳感器用于連續、高精度、自動測量樹木的周長變化。體積小、重量輕,可輕松安裝在樹干上,對樹皮或樹木的生長沒有任何損害。
整個傳感器象帶子一樣纏繞樹木,用彈簧定位。樹木尺寸的變化直接傳遞到傳感器,瞬時記錄樹木對環境影響的反應、樹皮的膨脹、導管水位或細胞分裂等。
樹木尺寸變化通過帶子傳遞到傳感器,在應變傳感器中轉換成電阻信號。帶子受溫度影響很小。帶子和樹皮間有一個特富龍層,減少帶子的摩擦力,同時確保帶子不受結冰、樹脂或結疤的影響。
特點:
l 連續、高精度測量樹木的周長變化
l 安裝簡單,無需破壞樹皮或影響樹木的生長
l 測量樹木生長的日變化,精度達5um
l zui小化測量帶與樹皮間的摩擦力及溫度的影響
l 調節測量帶,可輕松擴大測量范圍
2.1.1 氣象傳感器
Thies多參數傳感器
傳感器高度集成,可測多種參數。風向風速采用*的超聲技術,內置GPS接收功能。長時間使用而無需維護。特別適用于沿海或有侵蝕的地區。
測量參數:風速、風向、空氣溫度(超聲波測量)、空氣濕度、氣壓、光照強度、降雨量。
信號輸出:
數字信號輸出
端口:RS485/422
波特率:1200~921600波特率
輸出:瞬時值,平均值
輸出頻率:10到0.1HZ
通訊協議:ASCLL,MODBUS-RTU
模擬信號輸出
輸出:0~10V,2~10V瞬時值,平均值
輸出間隔:10ms
精度:16bit
結構功能
2.2、數據采集器
DT系列數據采集器是一款堅固、獨立、低能耗的數據采集器,具有支持U盤、18位分辨率、通訊性能可擴展及內嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時使用多達10個隔離或15個共用參考模擬輸入,配置擴展模塊后zui多可通道可擴展至600個。
DT系列數據支持SDI-12傳感器組網,支持SCADA系統的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。工作溫度zui低可達-45℃。
2.3、ENVIdata數據傳輸和管理
該系統直接將數據傳送到/span> (中國生態數據網)上,通過對監測的生態環境因子的時序變化和相關性分析,確定監測對象的狀態發展。
ENVIdata 服務器軟件既可以作為獨立的應用軟件,運行在用戶的服務器上;也可以運行在澳作公司安全的服務器上,為多個用戶提供數據接收服務,同時幫助用戶監控野外測點硬件系統的運行狀態。
澳作公司ENVIdata系列生態環境監測系統是業內成功獲得 ISO9001質量體系認證,于2010年獲得 ISO9001 質量認證書,至今全部通過專家的年度復核,確保系統集成的品質
用戶采用用戶名和密碼登陸,只要能上網,就能瀏覽實時和歷史數據
特點:
1) 生態環境信息以各種時間間隔 (分鐘、每小時、每天)發送到上。
2) 用戶只要能上網,既可瀏覽實時數據。
3) 中心服務器中文界面,便于操作和管理
4) 提供多參數、實時或歷史數據曲線圖
5) 系統提供多站點地圖顯示
ENVIdata 數據服務平臺已為國內的客戶服務3年,系統穩定、可靠。
3、技術指標
數據采集:
zui大掃描速率:25Hz
處理器:采用18位A/D轉換器,精度±0.025%
存儲:128Mb可無限擴展,內存可存儲130,000個讀數,可使用PC卡或閃存可(可存儲65,000個讀數)
U盤存儲:兼容USB1.1或USB2.0驅動,每兆約90,000采集數字點
LCD液晶顯示,2線16字母的LCD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數采狀態和功能執行
通訊:RS232、USB、以太網等
采樣間隔:10ms至天,可自定義
輸出值種類:平均值, zui大值, zui小值, 取樣值 (Sample), 向量值, 累計值 ( Totalize )等
工作溫度范圍-45~70℃
時鐘精準度:約±1分鐘/年0-40℃;約±4分鐘/年-40-70℃
供電電壓:10~30VDC
工作濕度85%(無水汽凝結)
DT80:
模擬輸入:5-15個單端通道(10個差分)
脈沖通道:12個
數字I/O口:8個
DT82E:
模擬輸入:2-6個單端通道(4個差分)
脈沖通道:8個
數字I/O口:4個
DT82I:
模擬輸入:2-6個單端通道(4個差分)
脈沖通道:8個
數字I/O口:4個
DT85:
模擬輸入:12-48個單端通道(32個差分)
脈沖通道:15個
數字I/O口:8個
傳感器:
葉溫:紅外原理,測量范圍:-10…65℃
精度:-10…+65℃, ±0.2℃ ; -40…+70℃ , ±0.5℃
工作溫度:-55….+80℃ 0…* RH
樹木莖粗:測量范圍:50mm,精度:5um
數據傳輸:ENVIdata internet 連續、在線接收數據
數據輸出:實時傳輸,網上下載,同時郵件傳送
數據格式:文本、曲線、地圖顯示,一屏可同時顯示兩個參數
氣象:Thies多參數傳感器:
風速:
量程:0~60m/s
分辨率:0.1m/s
精度:±0.3 m/s rms @ WG ≤ 5 m/s
±3% rms @ WG > 5 m/s
±5% rms @ WG > 50 m/s
風向:
量程:0~360°
分辨率:1°
精度:±2° @ WG > 2 m/s
空氣溫度(超聲波測量):
量程:-30~70°C
分辨率:0.1°C
精度:±0.5°C
空氣溫度:
量程:-30~70°C
分辨率:0.01°C
精度:±0.5°C
空氣濕度:
量程:0~*
分辨率:0.1%
精度:±3%(10~90%)
氣壓
量程:300~1100hPa
分辨率:0.01hPa
精度:±0.5hPa(20°C)
光照強度
量程:0~150kLux
分辨率:30Lux
精度:±3%的測量值,3 Lux每分鐘
降雨量
量程:0~10mm每分鐘
分辨率:0.01mm
4、 應用案例
木質部變化或者樹皮的膨脹依賴于一天的測量時間,天氣、溫濕度等條件,這就導致樹木莖桿周長的變化是雙向的。
由于太陽升起導致蒸騰作用會導致樹干周長減小,相應的日落后蒸騰作用結束樹干周長會增大,這種雙向變化也依賴于天氣(是否干燥,降雨)。
樹木莖干周長日變化大約在±0.5 mm to±2.5 mm 。樹體一天周長變化(D6測量)如下:
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