ENVIdata-DD植物茎流监测系统

ENVIdata-DD植物茎流监测系统

1 背景

 茎流是植物的重要生理指标，系统是基于植物蒸腾作用的作物灌溉、植物耗水等水分平衡测量系统。利用茎流传感器测量植物水分消耗，把它和降雨量、土壤水分及灌溉供水相结合，计算田间水分收支状况可以决定灌溉方案。该系统广泛应用于植物生理生态学和节水灌溉领域。

2 系统工作原理及特点

ENVIdata-DD 植物茎流监测系统由数据采集器、茎流传感器、供电装置组成。按用户设定的测量间隔定时、自动测量茎流相关参数。

该系统通过Internet传输数据，用户无需到测点下载数据，只要能上网，可随时查看系统运行情况、下载最新和历史数据。

3  茎流传感器

3.1 Dynamax插针式茎流传感器

TDP系列插针式探头应用热扩散原理，测量不同树种的茎流量。该原理能够实现连续监测茎流，并且受环境因素的干扰相对小。探头适用于直径75mm以上的树干，安装容易，可以重复使用。TDP-30和TDP-50每个探头占用一个单端模拟通道，TDP-80每个探头占用两个单端模拟通道。安装工具随探头提供。

3.2 Dynamax包裹式茎流传感器

SG系列探头应用热平衡原理，多种尺寸系列可以适于安装在直径2.1至175mm的草本或木本植物茎干上。该探头无需校正，不用穿刺到树干中。每个探头占用3个单端模拟通道。探头所需的安装附件随探头提供。

系统配有电压调节器为探头供电，可以同时输出两种不同的电压，功率能够满足所有探头的耗电量。

SF1包裹式茎流传感器：导出以g/h为单位的茎流量；
传感器类型	示例产品	茎杆直径范围（mm）	高度（mm）	加热器电压	功耗（W）	包裹范围（名义上直径）
微传感器	D\SGA3	2.7 ~ 4.0	35	2.3	0.05	2、3、5
茎杆传感器	D\SGA13	12 ~ 16	70	4.0	0.15	9、10、13、16、19、25
树干传感器	D\SGB50	45 ~ 65	305	6.0	1.4	35、50、70、100
数据采集器输入（每个传感器）：3DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加热器电压，全量程<10V）；缆线：标准1.5米（8芯，带接头）；缆线可扩展
SV1 TDP茎流速传感器：导出以cm/h为单位的茎流速；
传感器类型	针长/直径(mm)	树干直径范围（mm）	垂直空间	加热器电压	功耗（W）	样品木质部厚度
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	超过180	40mm	7.5	0.5	> 80 mm
数据采集器输入（每个传感器）：1DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加热器电压，全量程最大10V）；缆线：标准3米（5或6芯，带接头）；缆线可扩展
通道扩展板：功能强大，精度高（与进口数据采集器精度相同），可接多路传感器（数量不受限制）。
多路电源供应：使用可调式电压调节分配器，针对不同传感器输出不同范围电压

 

3.3 Ecomatic探针式茎流传感器

SF-G探针式茎流传感器工作原理：将两个探针插入树干，给处于上部的探针用恒定能量加热，上下二个探针之间的温度差反应树干中的茎流速率，用经验公式换算成茎流速率。

SF-L探针式茎流传感器，采用专利技术的4根探针来测量树干的茎流，可以连续测量树干纵向温度变化，用来修正测量数据。这样大大提高了测量精度，保证零液流的的稳定。

	SF-G	SF-L
探针数量	2	4
探针直径	1.5 mm
探针长度	33、43、63mm
电缆长度	标准5米，可延长到20米
适合树干直径	>2cm	>15cm
电源	CCS， 1个CCS可供应1到3传感器
耗电	1W（12V×84 mA）
输出	0~1000 µV
夜间测量	不可以（夜间茎流人为的假设为零）	可以
说明	SF-G型树干纵向温度变化（+/-2.5°C）和测量结果叠加，导致测量错误可能超过100％

 

4 数据采集器

        DT系列数据采集器是一款坚固、独立、低能耗的数据采集器，具有支持U盘、18位分辨率、通讯性能可扩展及内嵌显示屏等特性。DT80的双通道隔离概念可同时使用多达10个隔离或15个共用参考模拟输入，配置扩展模块后最多可通道可扩展至600个。

        DT系列数据支持SDI-12传感器组网，支持SCADA系统的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V电源为传感器供电。工作温度最低可达-45℃。

5 ENVIdata数据传输和管理

ENVIdata 生态环境信息系统页面

ENVIdata 服务器软件既可以作为独立的应用软件，运行在用户的服务器上；也可以运行在澳作公司安全的服务器上，为多个用户提供数据接收服务，同时帮助用户监控野外测点硬件系统的运行状态。

澳作公司ENVIdata系列生态环境监测系统是业内首家成功获得 ISO9001国际质量体系认证，于2010年获得 ISO9001 质量认证书，至今全部通过专家的年度复核，确保系统集成的品质

 

 

用户采用用户名和密码登陆，只要能上网，就能浏览实时和历史数据

特点：

1）       生态环境信息以各种时间间隔 （分钟、每小时、每天）发送到网站上。

2）       用户只要能上网，既可浏览实时数据。

3）       中心服务器中文界面，便于操作和管理

4）       提供多参数、实时或历史数据曲线图

6、支架

两种支架可供选择，三角支架（图一）和十字底座支架（图二）

建议根据场地条件选择：

1、       三角支架，整体比较大气、平稳，适合安装在平整的场地中，整体高度约2.3米；

2、       十字底座支架，占地范围更小，适宜安装在林地或有坡度的场地中。

图一	图二

 

 

ENVIdata 生态环境信息系统登录页面	用户选择时间段绘制数据变化曲线
视频显示界面	历史数据浏览和下载
系统提供多站点地图显示
ENVIdata 数据服务平台已为国内的客户服务多年，系统稳定、可靠。

7 技术指标

数据采集：

最大扫描速率：25Hz

处理器：采用18位A/D转换器,精度±0.025%

存储：128Mb可无限扩展，内存可存储130,000个读数，可使用PC卡或闪存可（可存储65,000个读数）

U盘存储：兼容USB1.1或USB2.0驱动，每兆约90,000采集数字点

LCD液晶显示，2线16字母的LCD液晶显示和6个按键用于查看通道及数采状态和功能执行

通讯：RS232、USB、以太网等

采样间隔：10ms至天，可自定义

输出值种类：平均值, 最大值, 最小值, 取样值 (Sample), 向量值, 累计值 ( Totalize )等

工作温度范围-45~70℃

时钟精准度：约±1分钟/年0-40℃；约±4分钟/年-40-70℃

供电电压：10~30VDC

工作湿度85%（无水汽凝结）

DT80：

模拟输入：15个单端通道（10个差分）

脉冲通道：12个

数字I/O口：8个

SDI12口：4个

DT82E：

模拟输入：6个单端通道（4个差分）

脉冲通道：8个

数字I/O口：4个

SDI12:1个

RS232:1个

DT82I：

模拟输入：6个单端通道（4个差分）

脉冲通道：8个

数字I/O口：4个

RS232:1个

RS485/422/232:1个

DT85：

模拟输入：48个单端通道（32个差分）

脉冲通道：15个

数字I/O口：8个

RS232/422/485:1个

RS232:1个

8 应用案例

利用茎流传感器测量植物水分的运移与消耗，是测量植物蒸发蒸腾的重要方法。对于森林生态系统，植物的蒸发蒸腾受小气候条件、植物的形态结构、植物的生理类型影响。广西林科院的科研团队，利用林间的径流小区，采用激光雨滴谱测量林间小区的总降雨量，径流场监测地表流和渗透到土壤中的壤中流，同时配ENVIdata-DD植物茎流监测系统， 选用TDP插针式茎流传感器，来研究林间的水循环和植物的水分利用效率。

图片中用铝箔纸包裹的即是TDP茎流传感器。

 

径流场中安装的ENVIdata-DD植物茎流监测系统

 

参考文献

1 李瑞娟;刘文兆;;茎流计在春小麦蒸腾测定中的标定及其应用[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集（下册）[C];2011年 

2 李就好;陈海波;何晓晖;邓爱明;黄飞剑;;不同水分处理下甘蔗植株茎流变化规律研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年

3 韩磊;黄土半干旱区主要造林树种蒸腾耗水及冠层蒸腾模拟研究[D];北京林业大学;2011年