水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水是生命之源，植物的生命活動只有在一定的細(xì)胞水分狀態(tài)下才能進(jìn)行，并且參與植物生命活動的許多基本過程。由干旱、缺水所引起的對植物正常生理功能的干擾稱為水分脅迫(water stress)，水分脅迫包含環(huán)境中水分不足或水分過多。同時，植物在生長過程中常遭受多種環(huán)境脅迫，包括異常的溫度，不利的土壤化學(xué)和物理條件及各種病蟲害等。從總的影響和長遠(yuǎn)角度觀察證實，由水分虧缺(水分脅迫)引起作物生長和產(chǎn)量的減少超過所有其它脅迫的總和。當(dāng)今全球有1/3以上的土地處于干旱和半干旱地區(qū)，而其他地區(qū)在作物生長季節(jié)也會發(fā)生不同程度的水分脅迫現(xiàn)象。在我國，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉大都為人工控制系統(tǒng)，水的利用效率很低，提高水的利用率的根本出路是大力發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)灌溉自動化。視情精準(zhǔn)灌溉是節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要組成部分，也是提高節(jié)水效率的重要途徑之一。視情精準(zhǔn)灌溉以實時監(jiān)測與作物需水狀況密切相關(guān)的參數(shù)為基礎(chǔ)，通過計算機數(shù)據(jù)采集、分析與控制軟件發(fā)出指令來控制灌溉，從而既為植物供給充足的水以防止水分脅迫所造成的減產(chǎn)，又不使土壤水分飽和或供水超過需要而增加開支。為了實現(xiàn)灌溉自動化，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，作物水分狀況是我們必須監(jiān)測的最重要的一項指標(biāo)。為了尋求敏感的植物需水信息，尋找評價植物是否缺水的指標(biāo)，需要對植物水分脅迫進(jìn)行檢測。
[0003]水分生理研究表明，植物木質(zhì)部氣穴現(xiàn)象(xylem cavitat1ns)可作為一個特殊的植物響應(yīng)用于植物水分脅迫狀態(tài)的監(jiān)測。水分運輸?shù)膬?nèi)聚力理論闡述了水在土壤一植物一大氣連續(xù)體中的運輸規(guī)律，植物由土壤中吸取水分，經(jīng)由水分輸導(dǎo)組織供應(yīng)植株生長發(fā)育，最后水分主要經(jīng)由葉片氣孔散失到大氣中去。一般情況下，水分在導(dǎo)管中保持連續(xù)水流，該蒸騰流處于負(fù)壓狀態(tài)下。對大多數(shù)植物而言，該負(fù)壓多處于-1?_2MPa，遠(yuǎn)低于水的蒸汽壓，故蒸騰流處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，其穩(wěn)定性隨時可能受逆境的干擾和破壞，發(fā)生斷裂。土壤變得干旱時，張力增加，當(dāng)其超過一個極限值時，由于水分子間的內(nèi)聚力失效或?qū)?dǎo)管壁的附著力失效，水柱的連續(xù)體就不能再保持下去，從而發(fā)生斷裂或抽空，這就是植物導(dǎo)管的“氣穴”(空穴)(cavitat1n)現(xiàn)象。導(dǎo)管中出現(xiàn)空穴后，開始只是充有稀薄的水蒸汽，近似于真空狀態(tài)，但很快空氣就會從周圍滲入，直至空穴中的壓力接近大氣壓，在導(dǎo)管腔內(nèi)形成“氣栓塞”(embolism)，水流通路被阻斷，水流被迫側(cè)向繞行，輸水的截面積減小，輸水阻力顯著增加，使該水分輸導(dǎo)單元完全喪失水分輸導(dǎo)能力，從而降低導(dǎo)管的水分傳導(dǎo)能力。植物木質(zhì)部出現(xiàn)氣穴的同時，張力會突然釋放而產(chǎn)生沖擊波，伴隨著沖擊波的發(fā)生就產(chǎn)生了聲發(fā)射信號。
[0004]相關(guān)技術(shù)中對木質(zhì)部聲發(fā)射現(xiàn)象的監(jiān)測大多集中在森林林木或其他木本植物上，一般采用以單片機為核心的植物水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測儀，能夠完成現(xiàn)場聲發(fā)射數(shù)據(jù)自動采集與記錄，但該儀器操作復(fù)雜、專業(yè)性強，整個儀器在控制性能、擴展性能上局限很大，不能完全適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)測試集成化、智能化的要求，特別是對草本植物，尤其是田間或溫室內(nèi)的作物的聲發(fā)射監(jiān)測。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，以解決上述問題。
[0006]本實用新型的實施例提供了一種水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，包括:環(huán)境參數(shù)傳感單元、環(huán)境參數(shù)采集單元、聲發(fā)射參數(shù)傳感單元、聲發(fā)射參數(shù)采集單元、質(zhì)量測量單元及監(jiān)測單元；環(huán)境參數(shù)傳感單元包括溫濕度傳感器、光照強度傳感器、C02濃度傳感器；環(huán)境參數(shù)采集單元與環(huán)境參數(shù)傳感單元電連接，用于采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；聲發(fā)射參數(shù)傳感單元包括第一聲發(fā)射傳感器及第二聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射參數(shù)采集單元與聲發(fā)射參數(shù)傳感單元電連接，用于采集聲發(fā)射參數(shù)數(shù)據(jù)；質(zhì)量測量單元用于獲取被測植物質(zhì)量數(shù)據(jù)；監(jiān)測單元與環(huán)境參數(shù)采集單元、聲發(fā)射參數(shù)采集單元及質(zhì)量測量單元電連接，用于通過獲取的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)、聲發(fā)射參數(shù)數(shù)據(jù)及被測植物質(zhì)量數(shù)據(jù)對植物生長情況進(jìn)行自動監(jiān)測。
[0007]進(jìn)一步，該系統(tǒng)還包括環(huán)境參數(shù)指示單元；該環(huán)境參數(shù)指示單元與環(huán)境參數(shù)傳感單元電連接，用于將獲取的環(huán)境參數(shù)信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并以指針形式顯示。
[0008]進(jìn)一步，該環(huán)境參數(shù)采集單元為PC1-8333數(shù)據(jù)采集卡。
[0009]進(jìn)一步，該聲發(fā)射參數(shù)采集單元為PC1-2數(shù)據(jù)采集卡。
[0010]進(jìn)一步，該質(zhì)量測量單元為電子天平。
[0011]進(jìn)一步，該電子天平通過RS-232C接口與監(jiān)測單元電連接。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的有益效果是:該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作性及擴展性強，適合于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)測試集成化、智能化的要求，尤其適合于對草本植物，尤其是田間或溫室內(nèi)的作物的聲發(fā)射監(jiān)測。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面通過具體的實施例子并結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0015]下面結(jié)合具體實例和說明書附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明。
[0016]參圖1所示，圖1為本實用新型水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]本實施例提供了一種水分脅迫聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，包括:環(huán)境參數(shù)傳感單元10、環(huán)境參數(shù)采集單元20、聲發(fā)射參數(shù)傳感單元40、聲發(fā)射參數(shù)采集單元50、質(zhì)量測量單元60及監(jiān)測單元70 (PC機)；環(huán)境參數(shù)傳感單元10包括溫濕度傳感器、光照強度傳感器、C02濃度傳感器；環(huán)境參數(shù)采集單元20與環(huán)境參數(shù)傳感單元10電連接，用于采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；聲發(fā)射參數(shù)傳感單元40包括第一聲發(fā)射傳感器及第二聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射參數(shù)采集單元50與聲發(fā)射參數(shù)傳感單元40電連接，用于采集聲發(fā)射參數(shù)數(shù)據(jù)；質(zhì)量測量單元60用于獲取被測植物質(zhì)量數(shù)據(jù)；監(jiān)測單元70與環(huán)境參數(shù)采集單元20、聲發(fā)射參數(shù)采集單元50及質(zhì)量測量單元60電連接，用于通過獲取的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)、聲發(fā)射參數(shù)數(shù)據(jù)及被測植物質(zhì)量數(shù)據(jù)對植物生長情況進(jìn)行自動監(jiān)測。
[0018]溫度、濕度、光照強度和C02濃度是表征植物生長的近地面空氣層的環(huán)境因子，它們對植物的生長發(fā)育從不同的方面產(chǎn)生著作用，并對植物水分關(guān)系產(chǎn)生重要影響。在一定范圍內(nèi)，植物隨溫度的升高，蒸騰加強，一般在35°C以上時的高溫會使氣孔的開度變小，蒸騰下降，溫度在10°C以下時，即使長時間的照光，氣孔仍不能很好地張開，蒸騰較弱。由于植物不斷蒸騰，葉肉細(xì)胞壁內(nèi)的水分不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，所以，氣孔下腔的相對濕度并不低。?jù)測定，空氣相對濕度在40%?48%時，正常葉子氣孔下腔的相對濕度是91%左右，能保證蒸騰作用順利進(jìn)行。當(dāng)空氣相對濕度太大時，蒸汽壓也大，葉內(nèi)外蒸汽壓差會變小，蒸騰也就變慢。所以，空氣相對濕度愈小，蒸騰愈強；相對濕度愈大，蒸騰愈強。
[0019]光照一方面影響氣孔的開閉運動，另一方面，光被植物吸收后，大部分轉(zhuǎn)化為熱能，提高了植物體的溫度，促進(jìn)了水分子的汽化和擴散，從而促進(jìn)了蒸騰。在一天當(dāng)中，光照強度呈周期性變化，且光照強度影響到溫度高低，又間接影響到空氣濕度，同時影響氣孔開閉。日出后，隨著光照加強和溫度升高，蒸騰增強，中午光照最強，蒸騰達(dá)到高峰，然后隨著光強減弱，蒸騰也減弱，夜間蒸騰極弱。所以在一般情況下，光照強，蒸騰也強。C02對氣孔運動影響很大，低濃度C02促進(jìn)氣孔張開，高濃度C02能使氣孔迅速關(guān)閉，主要是因為高濃度C02會使質(zhì)膜透性增加，導(dǎo)致K+泄漏，消除質(zhì)膜內(nèi)外的溶質(zhì)勢梯度，因此，C02濃度過高時，會抑制氣孔蒸騰。
[0020]溫濕度傳感器是將溫濕度參數(shù)進(jìn)行測量并按照預(yù)定設(shè)置的方式輸出為電流或電壓信號，該系統(tǒng)采用北京前景惠邦溫室控制技術(shù)有限公司生產(chǎn)的LT/W/S型溫濕度傳感變送器，輸出信號類型可根據(jù)跳線選擇，具有精度高，量程寬，輸入線電阻高，穩(wěn)定性好，輸出線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強等優(yōu)點，其主要技術(shù)指標(biāo)如下:
[0021]輸入電壓:DC12V;
[0022]輸出形式:0?5V或4?20mA ；
[0023]負(fù)載能力:〈500Ω;
[0024]溫度量程:-20?+80 °C ；
[0025]溫度測量精度:±0.5°C ;
[0026]濕度量程:0?100% RH ;
[0027]濕度測量精度:± 3 % RH ;
[0028]儀器尺寸:150mmX 150mm X 200mmο
[0029]光照度是表明物體被照明程度的物理量。光照度與照明光源、被照表面及光源在空間的位置有關(guān)，大小與光源的光強和光線的入射角的余玄成正比，而與光源至被照物體表面的距離的平方成反比。光照強度可用照度計直接測量。光照強度的單位是勒克斯(Lux)，也可寫為lx。被光均勻照射的物體，在1平方米面積上所得的光通量是1流明時，它的照度是1勒克斯。
[0030]該系統(tǒng)采用北京前景惠邦溫室控制技術(shù)有限公司生產(chǎn)的LT/G光照強度變送器，其采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)用于實現(xiàn)對環(huán)境光照強度的測量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號，信號可根據(jù)跳線選擇，方便易用。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:
[0031]測量范圍:0?lOOOOLux ；
[0032]輸出形式:0/4?20mA 或 0 ?5V/10V ；
[0033]測量誤差:小于2%;
[0034]電源電壓:DC12/24V。
[0035]目前常用的C02傳感器有兩種類型，一種是基于二氧化碳?xì)怏w在4.28 μ m波段對紅外光有強烈的吸收能力，而對3.9 μπι的紅外光基本不吸收的原理而設(shè)計的紅外式，優(yōu)點是精度高，工作穩(wěn)定可靠，使用方便，但是價格較高；另一種是熱導(dǎo)池式，優(yōu)點是價格較低，缺點是需要經(jīng)常更換感受元件和定期用標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定傳感變送器，使用不方便，且可靠性與感受元件有關(guān)。因此，從精度、可靠性和使用方便性等方面考慮，該系統(tǒng)選用北京前景惠邦溫室控制技術(shù)有限公司生產(chǎn)的eSENSE-1P50型紅外C02氣敏傳感器。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:
[0036]測量范圍:0?2000ppm ；
[0037]輸出信號范圍:4?20mA ；