一種作物冠層內光合有效輻射測量裝置的製作方法

2023-05-01 09:12:26

本實用新型涉及一種農田生態環境監測裝置。更具體地，本實用新型涉及一種作物冠層內光合有效輻射測量裝置。

背景技術：

作物冠層內光合有效輻射分布狀況是能量平衡的重要要素，影響著植株的光合作用及生長發育，最終影響到產量形成與農田生產力。作物產量的形成，是利用太陽光能把無機物轉變為有機物的過程。一般來說，植物乾物質的90％～95％是來自光合作用，可以說光能利用率的大小就決定了作物產量的高低。光在作物群體中的分布狀況主要由冠層結構決定，與輻射分布及其對光能的利用有著密切關係。有研究認為植物冠層中光分布造成光合作用的差異遠遠大於其它因素造成的差異。測量分析作物冠層結構、冠層內輻射分布狀況與光合作用之間的關係是研究植物生長發育和產量形成的重要研究內容，而測量分析冠層內光合有效輻射分布狀況是模型模擬作物光合生產力的重要基礎。所以，精準測量作物群體冠層內的光合有效輻射分布特徵對於提高作物光合生產力預測及模型模擬精度尤為重要。

目前，對光合有效輻射的測量主要是利用一些冠層分析儀。如美國Decagon公司生產的AccuPAR植物冠層分析儀，探測杆長84cm，內嵌80個光量子傳感器；英國Delta-T公司生產的SunScan植物冠層分析儀，在100cm的探杆上內嵌80個光量子傳感器；美國Licor公司生產的LAI2200C植物冠層分析儀，是利用「魚眼」型光學傳感器(垂直視野範圍148°，水平視野範圍360°)測量樹冠上、下5個角度的透射光線，等等。

然而，這些冠層分析儀雖然便攜、都可以靈活地測定冠層上下瞬時 的光合有效輻射量，但是基本需要人工手持，定時測量一天中某個時間點的輻射量，測量高度及水平度由手持者操控決定，很難準確掌控。因為隨著太陽高度角、植物冠層結構的變化，冠層內的光照輻射傳輸分布也在不斷的變化中，為了深入研究揭示植物冠層群體結構、冠層內輻射傳輸分布和作物光合生產力的關係，更需要準確測量作物群體冠層內的輻射分布狀況。

另外，為了獲得相對準確而可信的研究結果，研究設計通常需要設置多個處理、每個處理至少3個重複或以上，也就需要同時採集多個不同樣地的數據。為此，現有的用於光合有效輻射測量的裝置通常都包括多個用於測量光合有效輻射的傳感器，因而這樣的裝置價格相對較高。因此，降低現有裝置的成本也是一個需要解決的問題。

綜上，本領域亟需一種光合有效輻射測量裝置，其可以連續地、自動地採集作物冠層內的輻射分量，準確地測量光合有效輻射在作物群體冠層內的傳輸及空間分布，自動調整採集時間和測量範圍，和/或具有較低成本。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種光合有效輻射測量裝置，其旨在解決以下一個或者多個技術問題：連續且自動地採集作物群體冠層內的輻射分量，自動地調整採集時間和測量範圍，大大地降低成本。

為此，本實用新型提供了一種作物冠層內光合有效輻射測量裝置，其特徵在於，包括：第一滑臺機構、傳感器、垂直支撐杆、底座、支架，所述第一滑臺機構包括第一電機、第一滑軌、第一絲槓和固定連接於所述第一絲槓的第一滑塊，並且所述第一滑臺機構垂直於所述垂直支撐杆且可滑動地固定於所述垂直支撐杆上；所述傳感器固定於所述第一滑塊上；所述第一電機用於驅動所述第一絲槓作雙向移動，進而驅動所述傳感器作雙向移動；所述垂直支撐杆可移動地固定於所述底座上，並且

所述第二滑臺機構包括第二電機、第二滑軌、第二絲槓和固定連接於所述第二絲槓的第二滑塊，並且所述第二絲槓的移動方向在水平面上 不同於所述第一絲槓的移動方向；所述垂直支撐杆固定連接於所述第二滑塊；所述第二電機用於驅動所述第二絲槓作雙向移動，進而驅動所述垂直支撐杆作雙向移動。優選地，所述第二絲槓的移動方向在水平面上垂直於所述第一絲槓的移動方向。

在另一個實施方案中，所述垂直支撐杆可軸向移動地固定於所述底座上。

在一個實施方案中，所述第一滑臺機構由第三電機驅動沿所述垂直支撐杆滑動。

在一個實施方案中，所述第一電機、所述第二電機和所述第三電機中的一個或者多個為步進電機。

在一個實施方案中，所述作物冠層內光合有效輻射測量裝置還包括一個或者多個控制器，用於控制所述第一絲槓、所述第二絲槓和所述第一滑臺機構的移動。

在一個實施方案中，所述作物冠層內光合有效輻射測量裝置還包括數據採集裝置，用於採集所述傳感器收集到的光合有效輻射數據。

在一個實施方案中，所述作物冠層內光合有效輻射測量裝置還包括復位按鈕，用於使所述傳感器歸零位。

在一個實施方案中，所述第一滑軌、所述第二滑軌和所述垂直支撐杆中的一個或者多個帶有標尺。

本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置可以連續地且自動地採集作物群體冠層內的輻射分量。本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置可以根據研究需求設置自動地調整採集時間和測量範圍。本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置因為僅僅採用一個傳感器而導致其成本大大地降低。

附圖說明

參考隨附的附圖，本實用新型更多的目的、功能和優點將通過本實用新型實施方式的如下描述得以闡明，其中：

圖1是本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置的一個具體 實施方式；

圖2是本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置的另一個具體實施方式。

圖3是圖1所示作物冠層內光合有效輻射測量裝置的觀測平面。

附圖標記：1.作物冠層內光合有效輻射測量裝置，11.第一滑臺機構，12.傳感器，13.垂直支撐杆，14.第二滑臺機構，14』.底座，15.支架

具體實施方式

下面通過參考示範性實施例來對本實用新型的目的和功能以及用於實現這些目的和功能的方法進行闡述。然而，本實用新型並不受限於以下所公開的示範性實施例；可以通過不同的形式來實現本實用新型。說明書中示例的實例僅僅用於幫助本領域技術人員綜合理解本實用新型的具體細節。

在下文中，將參考附圖並通過具體實施例來對本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置的結構進行詳細的描述。需要注意的是，在附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的部件。

如上所述，本實用新型提供了一種作物冠層內光合有效輻射測量裝置，其特徵在於，包括：第一滑臺機構、傳感器、垂直支撐杆、底座、支架，所述第一滑臺機構包括第一電機、第一滑軌、第一絲槓和固定連接於所述第一絲槓的第一滑塊，並且所述第一滑臺機構垂直於所述垂直支撐杆且可滑動地固定於所述垂直支撐杆上；所述傳感器固定於所述第一滑塊上；所述第一電機用於驅動所述第一絲槓作雙向移動，進而驅動所述傳感器作雙向移動；所述垂直支撐杆可移動地固定於所述底座上。

下面參照附圖中所示出的具體實施方式來對本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置進行更具體地描述。

圖1示出本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置1，其包括第一滑臺機構11、傳感器12、垂直支撐杆13、第二滑臺機構14和支架15。

第一滑臺機構11包括第一電機、第一滑軌、第一絲槓和第一滑塊， 並且第一滑塊固定連接於所述第一絲槓。在所述第一電機的驅動之下，所述第一絲槓可以單向移動或雙向移動，優選雙向移動。

傳感器12固定於所述第一滑塊上，在所述第一絲槓移動的同時，傳感器相應地移動。

第一滑臺機構11垂直於垂直支撐杆13，並且可滑動地固定於該垂直支撐杆13上。第一滑臺機構11沿垂直支撐杆13滑動可以手動進行，也可以由第三電機驅動，優選由第三電機驅動。

在圖1所示的作物冠層內光合有效輻射測量裝置1中，底座被設置為第二滑臺機構14形式。所述第二滑臺機構14包括第二電機、第二滑軌、第二絲槓和第二滑塊，並且所述第二滑塊固定連接於所述第二絲槓。所述第二絲槓的移動方向在水平面上垂直於所述第一絲槓的移動方向。但是，所述第二絲槓的移動方向在水平面上不垂直於所述第一絲槓的移動方向而僅僅是不同於所述第一絲槓的移動方向也是可以的。在所述第二電機的驅動之下，所述第二絲槓可以單向移動或雙向移動，優選雙向移動。垂直支撐杆13固定於所述第二滑塊上，在所述第二絲槓移動的同時，垂直支撐杆13也相應地移動。

圖2示出了本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置的另一個具體實施方式，其中底座並未被設置為滑臺機構形式。如圖所示，垂直支撐杆13可軸向移動地固定於底座14』上。

上文所述的第一電機、第二電機和第三電機中的一個、兩個或者三個可以是步進電機或伺服電機，優選步進電機。

藉由所述第一絲槓、所述第二絲槓和所述第一滑臺機構的移動，可以實現對所述傳感器的移動，進而實現採用單個傳感器對多個位點的光合有效輻射測量。更具體地，藉由所述第一絲槓和所述第二絲槓在水平面上的移動(在圖1所示作物冠層內光合有效輻射測量裝置的情況下)，或者所述第一絲槓在水平面上的移動以及所述垂直支撐杆的旋轉(在圖2所示作物冠層內光合有效輻射測量裝置的情況下)，可以形成一個檢測平面。進一步藉由所述第一滑臺機構沿所述垂直支撐杆的上下滑動，可以在垂直方向上形成多個上述檢測平面。

所述第一絲槓、所述第二絲槓和所述第一滑臺機構的移動可以根據具體的情況來設定，並且可以由一個或者多個例如兩個或者三個控制器來控制。所述移動包括移動距離、方向和周期三方面。

在本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置為圖1所示的具體實施方式的情況下，可以使所述第一絲槓移動一段合適的距離，例如40釐米至80釐米之間的一段距離，如40釐米、50釐米、60釐米、70釐米或80釐米，同時可以使所述第二絲槓移動一段合適的距離，例如20釐米至50釐米之間的一段距離，如20釐米、30釐米、40釐米或50釐米，由此可以形成一個長方形、正方形或菱形的檢測平面。可以使所述傳感器在適當的間隔(包括第一絲槓方向上和第二絲槓方向上)例如1釐米、2釐米、3釐米、4釐米、5釐米或6釐米處進行一次光合有效輻射檢測。例如，對於50釐米×20釐米的檢測平面，若所述傳感器以5釐米的間隔進行檢測，則可以對該檢測平面進行40(10×4)次檢測。優選地，所述第一絲槓作雙向移動，同時藉由所述第二滑臺機構的移動，可以實現往復的且連續的光合有效輻射檢測，如圖3所示。

在本實用新型的作物冠層內光合有效輻射測量裝置為圖2所示的具體實施方式的情況下，同上文所述那樣，可以使所述第一絲槓移動一段合適的距離，例如40釐米至80釐米，如40釐米、50釐米、60釐米、70釐米或80釐米，同時可以使所述垂直支撐杆旋轉一個合適的角度，例如90°至360°之間的一個角度，如90°、180°、270°或360°，由此可以形成一個扇形的檢測平面。在一個具體實例中，可以在半徑為50釐米的90°扇形檢測平面中進行檢測。此時，可以使第一絲槓上的傳感器在5釐米的間隔處進行一次檢測，並使所述垂直支撐杆以30°的幅度步進地旋轉90°，由此可以對該平面進行30(10×3)次檢測。優選地，所述第一絲槓作雙向移動，同時藉由所述垂直支撐杆的旋轉運動，可以實現往復的且連續的光合有效輻射檢測。

另外，在所述第一滑臺機構沿所述垂直支撐杆上下滑動時，可以實現對多個上述檢測平面進行檢測。所述第一滑臺機構可以在距離地面合適的高度範圍內滑動，這取決於具體的作物。例如，對於玉米以及類似 高度的作物，可以在距離地面0.2米至2米的高度之間滑動，並且可以停留合適的間隔處例如0.2米，0.4米、0.6米、0.8米、1.0米、1.2米、1.4米、1.6米、1.8米和2米處使所述傳感器進行檢測。

可以根據實際的需要設置傳感器的移動周期，例如5分鐘、10分鐘、30分鐘、1小時、2小時，等等，但不限於此。在此所述的「傳感器的移動周期」是指傳感器在一個檢測平面上移動的時間。

所述作物冠層內光合有效輻射測量裝置還包括數據採集裝置，用於採集所述傳感器收集到的光合有效輻射數據。該數據採集裝置可以安裝在陰面，通過數據採集器的通用接口例如485口進行通訊傳輸。

所述作物冠層內光合有效輻射測量裝置還可以包括復位按鈕，用於使所述傳感器歸零位。

結合這裡披露的本實用新型的說明和實踐，本實用新型的其他實施例對於本領域技術人員都是易於想到和理解的。說明和實施例僅被認為是示例性的，本實用新型的真正範圍和主旨均由權利要求所限定。