一種野外輻射自動控制實驗裝置的製作方法

2023-08-04 09:03:11

專利名稱：一種野外輻射自動控制實驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及農學或土壤生態學實驗研究技術領域，特別涉及一種野外輻射自動控制實驗裝置。
背景技術：
不同光照條件下植物(農作物、植被)的生理生態響應，或者不同光照下土壤微生態系統(土壤微生物、土壤動物)的變化，或者不同光照條件下土壤中肥料的有效性或土壤中汙染物的遷移轉化等方面亟需開展相關的研究工作，這也是目前相關的學科領域(農學、環境科學等)研究的熱點。在農學或土壤生態學實驗研究工作中，關於太陽輻射控制的方法主要有兩種。室內主要採用人工氣候箱控制輻射強度，室外主要採用安裝導軌的遮陽幕控制大棚內的光照強度。但是上述方法均有其局限性。室內人工氣候箱雖然能夠實現對輻射的精確控制，但由於所研究的作物或土壤位於室內，和室外的作物或土壤所處的自然環境條件(溫度、溼度、風速和土壤水分等)有很大差別，因此室內和室外對於作物生理生態響應或者土壤微生態系統響應的研究結果會有很大差別。室外採用安裝導軌的遮陽幕大棚雖然能夠模擬自然環境條件，但是其難於控制一定百分比的輻射強度；而大棚造價高、不方便野外安裝使用。因此，發明一種能夠實現對野外輻射自動控制的實驗裝置對於推進目前相關領域的研究工作有十分重要的意義。而且該裝置可以應用於相關領域對於作物生理學和土壤理化性質的研究。對於農學領域，可利用該裝置研究當裝置內輻射為自然輻射的不同百分比時，裝置內作物的生理生態指標的響應及其同裝置外接受正常光照的作物之間的差異，以至可以用其研究當自然光照減至正常水平的一定百分比時，裝置內外作物的產量差異。同樣對於植被生態學研究領域，可利用該裝置研究太陽輻射降低為正常輻射的一定百分比時，作物、植被的生理生態的變化。對於土壤領域的研究，該裝置可用於研究太陽輻射降低為正常水平的一定百分比時，土壤中微生物群落和結構的變化，土壤中動物群落和結構的變化，土壤中肥料有效性的變化，土壤中汙染物遷移轉化過程的變化等，並利於就近和裝置外的土壤展開對比研究。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種野外輻射自動控制實驗裝置，能夠模擬完全的自然條件下的太陽輻射，並且不改變裝置內土壤或作物生長的其他自然環境條件。為解決上述技術問題，本實用新型提供技術方案如下:一種野外輻射自動控制實驗裝置，包括:一個鋁箔遮陽幕系統:具有鋁箔遮陽幕和控制鋁箔遮陽幕的開閉程度的第一馬達，與鋁箔遮陽幕系統相連的遮陽幕系統控制裝置:具有支撐鋁箔遮陽幕的支撐立杆和使鋁箔遮陽幕轉動的第二馬達，[0010]用於控制鋁箔遮陽幕系統的第一馬達和遮陽幕系統控制裝置的第二馬達的總控裝置。上述的野外輻射自動控制實驗裝置，其中:所述鋁箔遮陽幕的捲簾採用鋁塑合成材料。上述的野外輻射自動控制實驗裝置，其中，所述遮陽幕系統控制裝置的支撐立杆採用套合的可伸縮的鋁合金立杆。上述的野外輻射自動控制實驗裝置，其中，所述總控裝置中包括:用於向鋁箔遮陽幕系統的第一馬達和遮陽幕系統控制裝置的第二馬達傳遞信號的單片機控制器。上述的野外輻射自動控制實驗裝置，其中，還包括:與總控裝置連接，用於測量實驗田塊處的太陽輻射強度的輻射測量裝置。上述的野外輻射自動控制實驗裝置，其中，還包括:與總控裝置和遮陽幕系統控制裝置相連，用於保證所述裝置正常運行進行供電的太陽能供電系統。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型能夠模擬完全的自然條件下的太陽輻射，並且不改變裝置內土壤或作物生長的其他自然環境條件。對於農學領域或生態學領域，可利用該裝置研究當裝置內輻射為自然輻射的一定百分比時，裝置內作物或植被的生理生態指標響應及其同裝置外接受正常輻射的作物或植被之間的差異，從而可用於作物生理特性研究。對於土壤領域的研究，該裝置可用於研究當自然輻射降低為正常水平的一定百分比時，土壤中微生物群落和結構的變化，土壤中動物群落和結構的變化，土壤中肥料有效性的變化，土壤中汙染物遷移轉化過程的變化等，並利於就近和裝置外的土壤展開對比研究。

圖1為遮陽幕系統控制裝置結構示意圖:圖中；1一實驗田塊；2—支撐立杆；3—第二馬達；4一遮陽眷系統中心軸；5—二通鋁合金連接件；6—三通鋁合金連接件；7—環箍。圖2為輻射測量裝置示意圖:圖中；8 —TBQ-2總福射表；9一可伸縮二角支架；10—數據電纜。圖3為總控裝置示意圖:圖中；11 一單片機控制器；12—福射記錄器；13—太陽能控制器；14一遮陽幕系統控制裝置馬達開關；15—招箔遮陽幕系統馬達開關；16—總電源開關。圖4Α為鋁箔遮陽幕系統結構的剖面圖:圖中；17—第一馬達；19—彈簧機構。圖4Β為鋁箔遮陽幕系統結構的俯視圖:圖中；18—導軌；20—帶塑料保護套的鋼絲繩；21—捲簾。圖5為太陽能供電系統結構示意圖:圖中；22—太陽能電池板；23—太陽能電池板支架；24—蓄電池(組);25—電纜線。圖6為野外遮陽幕系統控制裝置系統流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本實用新型進行詳細描述。本實用新型提供一種野外輻射自動控制實驗裝置，該裝置適合野外無人值守的工作站使用，可用於室外作物乾旱生理響應機制、不同輻射水平下土壤耕層微生物生態、不同輻射強度下土壤中肥料有效性、不同輻射水平下土壤中汙染物遷移轉化過程的研究。請參考圖1、圖2、圖3、圖4A、圖4B、圖5和圖6，本實用新型一種野外輻射自動控制實驗裝置。包括:一個鋁箔遮陽幕系統:具有鋁箔遮陽幕和控制鋁箔遮陽幕的開閉程度的第一馬達17 (圖 4A),與鋁箔遮陽幕系統相連的遮陽幕系統控制裝置(圖1):具有支撐鋁箔遮陽幕的支撐立杆2和使鋁箔遮陽幕轉動的第二馬達3，用於控制鋁箔遮陽幕系統的第一馬達17 (圖4A)和遮陽幕系統控制裝置(圖1)的第二馬達3的總控裝置(圖3)。支撐立杆2用於支撐鋁箔遮陽幕，總控裝置(圖3)控制鋁箔遮陽幕系統的第一馬達17 (圖4A)，進而控制鋁箔遮陽幕的開閉程度，使其陰影面積可以籠罩整個實驗田塊I ;通過總控裝置(圖3)控制遮陽幕系統控制裝置(圖1)的第二馬達3，可以使鋁箔遮陽幕轉動，用以保證鋁箔遮陽幕與太陽光線垂直，這樣能夠模擬完全的自然條件下的太陽輻射，並且不改變裝置內土壤或作物生長的其他自然環境條件，從而為實驗研究提供外在條件。下面就對上述實施例中的各個模塊構成做詳細介紹。在實際研究工作中，各模塊構成可能有許多方案，本實用新型採取的為優選方案。請參考，在鋁箔遮陽幕系統中，鋁箔遮陽幕由許多結構部件組成，其中導軌18 (圖4B)為捲簾21 (圖4B)移動的軌道；彈簧機構19 (圖4A)為連接部件，確保捲簾21 (圖4B)拉伸的幅度；帶塑料保護套的鋼絲繩20 (圖4B)用來牽引捲簾21 (圖4B);捲簾21 (圖4B)的作用是在工作過程中打開一定程度，保證陰影面積可以籠罩整個實驗田塊I。捲簾材料由具有一定韌性和遮陽率的貼塑鋁箔構成。根據實驗要求，可以通過改變鋁箔材料的不同組合來達到不同的輻射強度控制百分比(如O %、20%、40%、60 %、80%、100%等)照射到裝置內的實驗田塊1，如一層材料遮光率為20%，如果要控制40%的輻射強度，就需要採用兩層遮光率為20%的材料，以此類推。第一馬達17 (圖4A)的主要作用是控制鋁合金遮陽幕開閉程度。與鋁箔遮陽幕系統相連的遮陽幕系統控制裝置(圖1)，其主要功能是對鋁箔遮陽幕系統起支撐控制作用，並使太陽入射光線垂直鋁箔遮陽幕表面。在選定好實驗田塊I以後，安裝遮陽幕系統控制裝置(圖1)的部件，其中，包括支撐鋁箔遮陽幕的支撐立杆2，支撐立杆2均採用套合的可伸縮的鋁合金立杆，具有可調節高度的功能。遮陽幕系統中心軸4起支撐鋁箔遮陽幕的作用；二通鋁合金連接件5為遮陽幕系統控制裝置(圖1)連接部件；三通鋁合金連接件6也為遮陽幕系統控制裝置(圖1)連接部件；這樣的連接件，便於拆卸，方便攜帶，特別適合野外安裝使用。環箍7的作用是當支撐立杆伸開後，利用環箍7套合在支撐立杆2上，並用螺絲擰緊固定。第二馬達3的功能為使鋁箔遮陽幕轉動，而且該裝置主體支撐框架為可伸縮鋁合金框架結構，無其他任何遮蔽物，可以使裝置內植物或作物、土壤與外部自然環境條件保持一致。總控裝置(圖3)為整個野外輻射自動控制實驗裝置的核心控制中樞，其中單片機控制器11的主要功能為向鋁箔遮陽幕系統的第一馬達17 (圖4A)和遮陽幕系統控制裝置(圖1)的第二馬達3傳遞信號，它為總控裝置(圖3)結構部件，並且為預先編好程序的處理器，可以通過觀測地點的經緯度、觀測時間等參量求解太陽高度角和方位角，實現對太陽的實時跟蹤，並保持入射太陽光線能垂直照射到鋁箔遮陽幕表面。根據預先設定的觀測時間，控制鋁箔遮陽幕的開閉程度，以保證鋁箔遮陽幕的陰影面積可以籠罩整個實驗田塊。總控裝置(圖3)還包括如下幾個結構部件；輻射記錄器12用於記錄和顯示實驗田塊I的輻射強度；太陽能控制器13作用是控制整個實驗裝置的工作狀態，並對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用；遮陽幕系統控制裝置馬達開關14為遮陽幕系統控制裝置(圖1)的第二馬達3啟動的開關；鋁箔遮陽幕系統馬達開關15為鋁箔遮陽幕系統的第一馬達17 (圖4A)啟動的開關；總電源開關16用於啟動總控裝置(圖3)。此外，為了實時測量實驗田塊I的太陽輻射強度，選用輻射測量裝置(圖2)，其中TBQ-2總輻射表8為實時測量實驗田塊I的太陽輻射強度的裝置，該總輻射表8用來測量光譜範圍為0.3—3 μ m的太陽總輻射，也可用來測量入射到斜面上的太陽輻射，如感應面向下可測量反射輻射，如加遮光環可測量散射輻射。因此，它可廣泛應用於太陽能利用、氣象、農業、建築材料老化及大氣汙染等部門做太陽輻射能量的測量。輻射測量裝置(圖2)還包括；與了80-2總輻射表8相連可伸縮三角支架9 ;與總控裝置上(圖3)的輻射記錄器12相連並且傳遞太陽輻射強度數據的數據電纜10。該總輻射表8的使用方式為安裝位置要保證感應面以上應沒有任何障礙物的地方，然後將輻射表電纜插頭正對北方，調整好水平位置，將其固定在可收縮不鏽鋼支撐立杆側面的可伸縮三角支架9上，再將總輻射表數據電纜10與輻射記錄器12相連接，即可進行觀測。此外，太陽能供電系統(圖5)與總控裝置(圖3)和遮陽幕系統控制裝置(圖1)相連，其功能為保證所述裝置正常運行進行供電。太陽能供電系統(圖5)比乾電池等作為動力來源，具有持續供電性，適合野外研究使用。其中，太陽能電池板22用於吸收轉化太陽能；太陽能電池板支架23用於支撐太陽能電池板22 ;蓄電池24作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。蓄電池24採用目前廣泛使用的鉛酸免維護蓄電池或膠體蓄電池，因其具有的「免」維護特性及對環境較少汙染的特點，適合於性能可靠的太陽能供電系統(圖5)，特別是野外無人值守的工作站；電纜線25用於連接太陽能控制器13和太陽能電池板22。太陽能供電系統(圖5)進行供電，以保證野外遮陽幕系統控制裝置在野外無固定電源的情況下正常運行。根據設備需要(如使用IlOV和220V交流電時)，還可配置逆變器來使用。該太陽能供電系統(圖5)簡易、安裝攜帶方便，可以連續工作3個陰雨日。具體的操作方式是:當設置好實驗地點的經緯度坐標、觀測時間等相關參數，打開總控裝置(圖3)上的總電源開關16和馬達開關14，15。當觀測開始時，單片機控制器11控制遮陽幕系統控制裝置(圖1)上的第二馬達3，使鋁箔遮陽幕系統能夠實時追蹤太陽位置，保證太陽入射光線垂直鋁箔遮陽幕表面。而且單片機控制器11根據預先設定的觀測時間，輸出信號給鋁箔遮陽幕系統的第一馬達17(圖4A)，實時控制鋁箔遮陽幕的開閉程度，以保證鋁箔遮陽幕的陰影面積可以籠罩整個實驗田塊I。當觀測結束，根據單片機控制器11上的控制鍵，則單片機控制器11向遮陽幕系統控制裝置(圖1)上的第二馬達3和鋁箔遮陽幕系統的第一馬達17 (圖4A)發出指令，裝置恢復原始觀測狀態。第二天再重新開啟電源進行相同的觀測。綜上所述，本實用新型具有以下優點:本實用新型在完全模擬自然環境的條件下實現了對輻射的自動控制。該裝置僅對太陽輻射進行自動控制，不影響裝置內作物生長的其他自然環境條件。具有可拆卸、便攜帶、易組裝和野外應用的特點。可用於不同輻射水平下作物、植被的生理生態響應研究，或者土壤微生態系統的變化研究。配合自動氣象站、自記雨量站等自動觀測儀器，可用於長期的野外研究工作。最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種野外輻射自動控制實驗裝置，其特徵在於，包括: 一個鋁箔遮陽幕系統:具有鋁箔遮陽幕和控制鋁箔遮陽幕的開閉程度的第一馬達，與鋁箔遮陽幕系統相連的遮陽幕系統控制裝置:具有支撐鋁箔遮陽幕的支撐立杆和使鋁箔遮陽幕轉動的第二馬達， 用於控制鋁箔遮陽幕系統的第一馬達和遮陽幕系統控制裝置的第二馬達的總控裝置。
2.根據權利要求1所述的野外輻射自動控制實驗裝置，其特徵在於: 所述鋁箔遮陽幕的捲簾採用鋁塑合成材料。
3.根據權利要求1所述的野外輻射自動控制實驗裝置，其特徵在於，所述遮陽幕系統控制裝置的支撐立杆採用套合的可伸縮的鋁合金立杆。
4.根據權利要求1所述的野外輻射自動控制實驗裝置，其特徵在於，所述總控裝置中包括: 用於向鋁箔遮陽幕系統的第一馬達和遮陽幕系統控制裝置的第二馬達傳遞信號的單片機控制器。
5.根據權利要求1所述的野外輻射自動控制實驗裝置，其特徵在於，還包括: 與總控裝置連接，用於測量實驗田塊處的太陽輻射強度的輻射測量裝置。
6.根據權利要求1所述的野外輻射自動控制實驗裝置，其特徵在於，還包括: 與總控裝置和遮陽幕系統控制裝置相連，用於保證所述裝置正常運行進行供電的太陽能供電系統。
專利摘要本實用新型提供一種野外輻射自動控制實驗裝置，包括一個鋁箔遮陽幕系統，與鋁箔遮陽幕系統相連的遮陽幕系統控制裝置，以及控制鋁箔遮陽幕系統馬達和遮陽幕系統控制裝置馬達的總控裝置，還包括輻射測量裝置，太陽能供電系統。本實用新型在完全模擬自然環境的條件下實現了對太陽輻射的自動控制，不影響裝置內作物生長的其他自然環境條件，具有可拆卸、便攜帶、易組裝和野外應用的特點。
文檔編號G05B19/042GK203025501SQ20122041904
公開日2013年6月26日 申請日期2012年8月22日 優先權日2012年8月22日
發明者嚴登華, 吳迪, 王青, 翁白莎, 張 誠 申請人:中國水利水電科學研究院