基于熱電偶監(jiān)測葉溫升高的作物水分虧缺檢測裝置及其檢測方法
【專利說明】基于熱電偶監(jiān)測葉溫升高的作物水分虧缺檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)測技術(shù)，具體涉及一種基于熱電偶監(jiān)測葉溫升高的作物水分虧缺檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作物植株蒸騰消耗水分的重要意義在于為植株降溫，當(dāng)作物水分虧缺時，蒸騰受到抑制，蒸騰消耗的能量減少，在一定輻射條件下，感熱通量增加，作物自身及冠層的溫度增加，并且作物這種溫度的增加能夠體現(xiàn)土壤干旱與大氣過干得共同作用，在反映作物的水分虧缺方面優(yōu)于傳統(tǒng)的土壤水分指標(biāo)。
[0003]因此基于葉片或冠層與大氣溫度差的作物水分虧缺檢測技術(shù)研究得到了發(fā)展，目前在冠層和葉片尺度分別應(yīng)用表面溫度升高反映水分虧缺的定量研究均已有報道。目前科學(xué)研究中大多采用紅外測溫儀測定冠層或者葉片的溫度值，再結(jié)合氣溫測定進行計算得到冠(葉)氣溫差?；诙鄠鞲衅鞯淖魑锼謾z測裝置及方法、一種作物氮素和水分無損檢測方法及裝置中均采用了此類紅外溫度傳感器進行冠層溫度監(jiān)測。紅外測溫儀或紅外溫度傳感器價格昂貴，僅限于科學(xué)研究使用，在指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中還不便應(yīng)用。
[0004]熱電偶作為一項具有堅實理論基礎(chǔ)的成熟技術(shù)，它依據(jù)電偶兩端溫差導(dǎo)致的熱電動勢，測量熱端和冷端的溫差，并通過不同方法得到冷端溫度，計算得到監(jiān)測點(即熱端)的溫度，目前這一技術(shù)在溫度測量中廣泛應(yīng)用，開發(fā)了各具特點、適用不同需要的各種類型的熱電偶廣品，價格低廉，精度$父尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于熱電偶監(jiān)測葉溫升高的作物水分虧缺檢測裝置及其檢測方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種基于熱電偶監(jiān)測葉溫升高的作物水分虧缺檢測裝置，包括充分蒸騰物、熱電偶及微電壓測量儀，所述熱電偶的冷端置于充分蒸騰物的表層，熱電偶的熱端貼于被測作物葉面，熱電偶的熱端和冷端產(chǎn)生熱電動勢后均連通于微電壓測量儀。
[0007]通過直接觀測熱電偶的熱端(被測葉片的表面)和冷端(充分蒸騰物的表面)的溫度差值，然后基于葉片相對于充分蒸騰物表面溫度升高值與葉片水分生理之間的回歸關(guān)系進行水分虧缺的檢測。
[0008]進一步的，所述熱電偶的熱端和冷端產(chǎn)生熱電動勢后還可以均連接于AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器，AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器的另一端連接于信號放大器，信號放大器的另一端連接于可編程數(shù)顯儀表。
[0009]進一步的，所述信號放大器的另一端還直接通過數(shù)據(jù)采集器連接于計算機。
[0010]進一步的，所述充分蒸騰物包括開口式儲水器，儲水器內(nèi)儲有水，水面上漂浮完全覆蓋水面的發(fā)泡聚苯乙烯板，發(fā)泡聚苯乙烯板的上表面和四個側(cè)面均覆蓋有吸水無紡布層，吸水無紡布層的外周包裹有吸水性膠黏纖維布層，吸水無紡布層和吸水性膠黏纖維布層的四周均浸入水中。其中，儲水器中的水量與儲水器深度有關(guān)，以其中漂浮裝置頂面與儲水器的容器口基本持平為宜。進一步的，所述充分蒸騰物置于作物冠層高度，所述儲水器為邊長30cm、深度1cm的長方體儲水器(當(dāng)然也可以是其他形狀，比如圓柱狀，如果采用長方體，盡量要底面的兩個邊長度相同或比較接近)，發(fā)泡聚苯乙烯板的厚度為5cm，吸水無紡布層的厚度為2_。并且充分蒸騰物大小尺寸也可以根據(jù)實際被測作物冠層的大小設(shè)置，以與被測作物冠層的大小相接近為原則設(shè)置邊長的。
[0011]進一步的，所述熱電偶為K型、J型或S型的熱電偶，熱電偶通過支架固定安裝。
[0012]本發(fā)明還公開了一種基于熱電偶監(jiān)測葉溫升高的作物水分虧缺檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0013](I)將熱電偶的熱端直接置于待測葉片表面，將熱電偶的冷端直接置于人工模擬的充分蒸騰物的表面；
[0014](2)當(dāng)被測葉片由于缺水而無法保證充分的蒸騰時，葉片溫度升高，充分蒸騰物的蒸發(fā)不受限制溫度較低，在熱電偶兩端產(chǎn)生熱電動勢，接著獲得電壓數(shù)據(jù)，通過計算進而檢測被測葉片是否虧缺水分；其中，可通過以下兩種方式獲得電壓數(shù)據(jù)，具體為:
[0015](2-1)通過采用微電壓測量儀直接測定電壓讀數(shù)據(jù)，根據(jù)熱電偶本身的特征參數(shù)直接計算被測葉片與充分蒸騰物表面之間的溫度差，進而根據(jù)水分虧缺的臨界溫度差進行水分虧缺與否的檢測；
[0016](2-2)通過AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收所測電壓信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后再經(jīng)過數(shù)字信號放大器將信號放大，放大后的數(shù)字信號可通過以下兩種方式處理:
[0017](2-2-1)放大后的數(shù)字信號直接接入可編程數(shù)顯儀表，開展率定試驗(即建立放大后的數(shù)字信號值與溫差之間的回歸關(guān)系，一般是線性關(guān)系)得到數(shù)字信號與溫度差之間的關(guān)系，通過預(yù)先編程將數(shù)值信號轉(zhuǎn)換成實際的溫度差，最后在可編程數(shù)顯儀表中實時顯示溫差數(shù)據(jù)變化；
[0018](2-2-2)放大后的數(shù)字信號可直接連接數(shù)據(jù)采集器，然后再連接到計算機，通過與數(shù)據(jù)采集器的軟件進行編程，將溫度差與數(shù)字信號之間的關(guān)系輸入電腦，通過設(shè)定不同的采樣和存儲周期可以實現(xiàn)溫差的動態(tài)監(jiān)測與存儲。
[0019]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0020](I)依據(jù)熱電偶測量電偶兩端溫差的原理，測定葉片溫度相對于與充分蒸騰面的溫度差，既可人工進行作物水分虧缺檢測，還可以通過開發(fā)軟件自動進行作物水分虧缺檢測，并與自動灌溉系統(tǒng)連接，發(fā)送指令給自動化灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的啟動。
[0021](2)本發(fā)明價格低廉，能夠連續(xù)監(jiān)測葉溫，對于監(jiān)測作物水分狀況、開展水分虧缺檢測和指導(dǎo)科學(xué)灌溉具有重要的意義。
[0022](3)通過監(jiān)測不同作物的葉片溫度升高值與作物水分生理指標(biāo)等之間的關(guān)系，確定不同作物在不同生育階段產(chǎn)生水分虧缺時的臨界溫度升高值，當(dāng)監(jiān)測到的葉片-充分蒸發(fā)面之間溫差超過臨界溫差時意味著出現(xiàn)了水分虧缺，則需要及時灌溉。
[0023](4)本發(fā)明克服傳統(tǒng)的溫差需要同步測定葉片溫度和空氣(或者充分蒸騰物表面)的缺陷，直接測定葉片相對于充分蒸騰面的溫度升高值，并且熱電偶精度較高，同時價格相對較低，易于數(shù)據(jù)采集與存儲，滿足農(nóng)田作物水分虧缺檢測對傳感器的要求。
[0024]綜上所述，本發(fā)明共有三種方式可測得作物葉面與冠層的電壓差，進而得到溫差，最終可以判斷作物的水分虧損狀態(tài)，本發(fā)明使用方便，測量精準(zhǔn)，三種方式可以任意選擇。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明中的充分蒸騰物的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為以鎳鉻一銅鎳(康銅)熱電偶(K型或J型)為例熱電偶兩端溫差與電動勢之間的關(guān)系不意圖；
[0028]圖4為實施例中水稻葉片-充分蒸發(fā)面之間溫差與氣孔導(dǎo)度之間的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面對本發(fā)明技術(shù)方