T-max植物莖流測量裝置的制作方法

專利名稱：T-max植物莖流測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采用熱脈沖示蹤技術測量植物莖流的裝置，尤其涉及一種 T-max植物莖流測量裝置。
技術背景 植物在蒸騰過程中，根系從土壤中吸收的水分通過植物莖干莖流源源不斷地輸送 至葉片，最終通過葉氣孔散發到大氣中去，在該過程中植物莖干中的液體一直處于流動狀 態，而植物莖干莖流量的大小可以反映植物蒸騰量的變化，所以，用測定植物莖干莖流的方 法可確定植物的蒸騰耗水量。用標記示蹤測量植物莖干莖流的方法有很多種，比較常見是 同位素示蹤法與熱力學方法。熱力學方法或稱熱技術方法，可在自然生長狀態基本不變的情況下，測量植物的 蒸騰指標，且相對經濟可行。根據其設計原理可分為熱脈沖法、熱平衡法和熱擴散法。其中， 熱脈沖法的認可程度最高。熱脈沖法測量植物莖流的準確性在樹木上經過了檢驗，但在測 量樹木低速莖流時，熱脈沖技術不準確。目前使用的熱脈沖方法包括T-maX法、熱補償法 CHPM和熱比率法HRM三種。測量低速莖流能力由強到弱依次是熱比率法、熱補償法、T-max 法；加熱量由小到大依次是T-maX法、熱補償法、熱比率法。格林斯潘和澳大利亞英聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)，聯合研制開發了熱補 償法系列產品，用于測定樹木莖流。測量范圍5 lOOcm/hr莖流速率，準確度5%，熱脈 沖發射時間0. 2 2. 4s，最小莖干直徑5 20mm。因其測低速莖流能力和加熱量居中，市 場占有率最大。“T-max”顧名思義，T-max植物莖流測量方法是通過探測熱脈沖發射后，在植物莖 干莖流下游距加熱器的距離Xd處溫度峰值出現的時間，來推算植物莖流的一種方法。現有的T-max植物莖流測量裝置，一般是由溫差檢測器和數據采集器 (datalogger)組成，溫差檢測器用來采集數據，送入數據采集器后再進行數據的后續處理。 植物莖干加熱，一般采用12V蓄電池作為加熱電源，通過繼電器觸點連接到加熱器上。莖干 加熱量取決于繼電器觸點的閉合時間，通過控制繼電器電磁線圈的加電時間，控制莖干加 熱量。因為繼電器機械觸點存在吸合動作延遲及個體差異和疲勞誤差，對僅有零點幾秒的 加熱時間而言不可忽略，影響了加熱量的精確控制。上述傳統方式的T-max植物莖流測量裝置，加熱精度低，成本高，尤其是測量低速 莖流的能力更差，并有逐步淡出應用領域的趨勢，亟待采用更新的技術方案以獲得更優的 技術性能和更低的制作成本。如果能破解T-max方法測量低速莖流的難題，T-max方法將 重獲新生跨入主流產品行列
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種替代由溫差檢測器和數據采集器組成的傳統方 式的T-max植物莖流測量裝置，較傳統方式測量精度高、加熱量少、測量范圍寬，特別是測量低速莖流的能力強，使用方便、成本低廉的新一代的T-max植物莖流測量裝置。本實用新型的目的是這樣實現的一種T-max植物莖流測量裝置，包括安裝在植物莖干上的加熱器、安裝在植物莖 干上位于莖流下游距加熱器的距離Xd處的檢測溫度傳感器、安裝在莖流上游或下游不受熱 脈沖影響的植物莖干上的補償溫度傳感器、前置放大器、增益放大器、低通濾波器、半波整 流器、變指數放大器、門限檢測器、微分和過零檢測器、單片機、數模轉換器、通訊接口電平 轉換器、控制計算機；由安裝在植物莖干上位于莖流下游距加熱器的距離Xd處的檢測溫度 傳感器和安裝在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植物莖干上的補償溫度傳感器組成溫 差檢測器，溫差檢測器的輸出端與前置放大器相連接，前置放大器的輸出端與增益放大器 相連接，增益放大器的輸出端與低通濾波器相連接，低通濾波器的輸出端與半波整流器相 連接，半波整流器的輸出端與變指數放大器相連接，變指數放大器的輸出端與門限檢測器 相連接，門限檢測器的輸出端與微分和過零檢測器相連接，微分和過零檢測器的輸出端與 單片機的外部中斷1端口相連接，控制計算機通過通訊接口電平轉換器與單片機的串行口 相連接，單片機的一組I/O端口與數模轉換器的數字輸入端相連接，數模轉換器的模擬輸 出端與安裝在植物莖干上的加熱器相連接。所述的變指數放大器包含有型號為VCA810的集成電路或VCA810的替代型號集成 電路。本實用新型具有如下積極效果本實用新型的T-max植物莖流測量裝置具有以下特點1、通過采用“變指數放大”，解決了 T-max方法測量低速莖流的難題；2、用微分和過零檢測器識別提取溫差信號的峰值點，采用的是脈沖峰值微分過零 的原理。通俗地說，是利用了電容在峰值點前充電、峰值點后放電的特性，電容充、放電的拐 點(過零點)就是溫差信號的峰值點，由過零檢測器識別提取的過零點就是溫差信號的峰 值點，較采用模數轉換器的傳統方案，優勢在于(1)分辨率與輸入溫差信號的幅度沒有關 系，分辨率的高低僅取決于峰值點的突出程度，不用變換量程，更不會丟失數據；(2)溫差 信號的起始點高低不影響溫差信號峰值點的識別與提取，也就無需對同型號同批次的溫度 傳感器再進行篩選匹配，方便采用靈敏度高而一致性欠佳的微型熱敏電阻溫度傳感器；(3) 可以設置檢測門限，用于區分并剔除干擾信號，抗干擾能力強，不會產生誤動作；(4)直接 識別提取溫差信號峰值點，時間精度、可靠性均高于傳統方案。在傳統方案要頻繁檢測溫差 信號，經多次比較判斷后才能識別提取溫差信號的峰值點，因此，傳統方案運行出錯的風險 大，同時不可避免地存在檢測間隔誤差和程序執行時間誤差；3、測量精度高，實現了傳統方式傳統方案根本不可能達到的分辨率；4、沒有特別昂貴的器件，成本低于傳統方式傳統方案。5、充分發揮了控制計算機(微型筆記本電腦)現場數據處理能力，測量裝置硬件 得到了最大程度的簡化，成本降低而可靠性增加；6、單片機采用“空閑” + “中斷”的工作方式，單片機的CPU大部分時間處于睡眠狀 態，受干擾的幾率大為減少，不僅省電，更重要的是抗干擾能力強；7、加熱量控制精確，加熱時間和電壓都能控制，可通過時間和電壓的不同組合，達 到最好的加熱效果，以適應不同的測量范圍。[0021]T-max植物莖流測量方法也稱Cohen熱脈沖方法(The Cohen’ s heat-pulsemethod) ο 是由 Cohen 等(1981)最先提出的(Improvement of the heat pulse methodfor determining sap flow in trees, Y. Cohen, M. Fuchs&G. C. Green, Plant, Cell andEnvironment, v. 4,p.391-397,1981)。Cohen熱脈沖方法在植物莖干上位于莖流下游距加熱器的距離Xd (mm)處安裝一 個溫度傳感器，由一臺數據采集器(data logger)記錄熱脈沖發射后溫度峰值出現在植物 莖干莖流下游距加熱器的距離Xd處的時間tM(s)，熱脈沖速度Vh(mm/s)由下式計算Vh = (XD2-4ktM) 1/2/tM(1-1)式中，k為熱擴散率(mm2/S)，在深夜莖流為零時測定tM后帶入下式計算k = XD2/4tM (1-2)植物莖流速率(也稱為莖流密度)Vs(mm/s)由下式計算Vs = ( P C/ P SCS) ‘ Vh (1-3)式中，P s、P分別為莖干的液體和新鮮的莖干植株體密度(kg/m3)，Cs、C分別為莖干的液體和新鮮的莖干植株體比熱(J/kg°C )。植物莖流量等于植物莖流速率乘以莖干導管截面積。在加熱器和溫度傳感器插入植物莖干內的情況下，因為加熱器和溫度探針刺入植 物莖干內部組織，造成的傷害阻礙了植物莖流正常通過，還要在計算植物莖流速率Vs之前 進行熱脈沖速度Vh的傷口誤差修正。Swanson等(1981)通過數值計算模型模擬熱對流及傳導現象，給出了一個二維數
值解Vh = a0+aiV' h+a2V' h2 (1~4)式中，V' h、Vh分別為修正前、后的熱脈沖速度(m/s)，a0, 、a2是系數，并根據不 同的探頭設置給出了傷口的誤差修正參數表。首先，將修正前的熱脈沖速度Vh (mm/s)經單位換算后，作為V' h(m/s)帶入(1_4) 式進行修正，然后，將修正后的熱脈沖速度Vh(m/s)換算成原來的單位(mm/s)后，帶入 (1-3)式計算植物莖流速率Vs (mm/s)。由于植物本身的溫度在一天之間乃至測量時間內有較大的變化，為消除這一影 響，與Cohen熱脈沖方法單溫度傳感器有所不同，采用了雙溫度傳感器。其中的一個溫度傳 感器放在植物莖干上位于莖流下游距加熱器的距離Xd處，用于感測熱脈沖溫度峰值到達的 時間，稱為檢測溫度傳感器。另一個溫度傳感器放在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植 物莖干上，用于補償植株體本身的溫度變化，稱為補償溫度傳感器。在本實用新型中莖流上游、下游是這樣定義的在蒸騰作用下，植物莖流一般是由 植物根部向植物枝葉流動的，以安裝在植物莖干上的加熱器為界，植物根部的一方為莖流 上游，植物枝葉的一方為莖流下游。綜上所述T-maX植物莖流測量方法是通過測定熱脈沖發射后溫度峰值出現在植 物莖干莖流下游距加熱器的距離Xd處的時間tM來推算熱脈沖速度Vh，進而確定植物莖流速 率Vs。因此，tM測定的準確性是Vs準確測定的首要條件。來自D. C. Marshall (1958)的熱脈沖發射后溫度隨時間變化的曲線圖 (Measurement of sap flow in conifers by heat transport, Figure 2, PlantPhysiology, Vol. 33,η. 6，1958)，直觀地說明了哪些因素影響tM的準確測定。(相類似的圖還有Monitoring sap flow using the T-max heat-pulse method,Figure 2, Steve Green etal, WISPAS, ISSN 1176-2292，n.91,2005)見圖1，在圖1中橫坐標為熱脈沖發射后的時間t (min)；縱坐標為溫度上升值ν ；圖1中曲線描述了熱擴散率k = 0. 0025Cm2/SeC，植物莖干莖流下游距加熱器的距 離1. 5cm處，不同熱脈沖速度V (cm/hr)，熱脈沖發射后溫度隨時間t (min)變化的過程。從圖1中可以看出熱脈沖速度V越大，溫度變化曲線越加陡峭，溫度峰值點越容 易識別。反之，熱脈沖速度V越小，溫度變化曲線越加平緩，溫度峰值點越不容易識別。當 熱脈沖速度V小于lOcm/hr時，溫度隨時間變化曲線的溫度峰值點已很難準確識別了。因此，要準確測定tM值，就應使加熱器的熱脈沖熱能(加熱量)大，檢測處距加熱 器的距離小，這樣檢測處的溫升溫差大，溫度峰值明顯，容易識別，檢測準確。但加熱器的熱 脈沖熱能過大時，又會對植物莖干造成損傷，甚至燒壞植物，同時檢測處距加熱器的距離過 小時，也會由于Atm/AVs (^和Vs的變差比)變小，tM檢測誤差被放大，在制造或現場安裝 時精度難以保證，而使得最終計算結果產生較大誤差。G. J. Kluitenberg等(2004)的研究 用Cohen熱脈沖方法，當Xd為15mm，加熱持續時間為0. 25-1. 5s時，莖流速率誤差很少超過 1%。綜上所述，不能通過進一步增加熱量和減少Xd的方法達到提高tM值測定準確性的目 的，Xd為15mm比較合適。鑒于(1-3)式植物莖流速率與熱脈沖速度的關系，如果不能準確識別速度小于 10cm/hr的熱脈沖溫度隨時間變化曲線的溫度峰值點，就不能準確測量速率小于lOcm/hr 的植物蓮流，這與 Steve Green et al (Theory and Practical Applicationof Heat Pulse to Measure Sap Flow, Agronomy Journal, Vol. 95，pl371_1379，2003)的分析方法和T_max 植物莖流測量方法難以分辨速率小于lOcm/hr植物莖流的結論一致，正如Steve Green et al在文中所說“T-maX方法測量低速莖流仍是一個需要破解的挑戰性難題”。—般植物莖流測量裝置所用的溫差檢測方案，本實用新型稱傳統方案溫差檢測 器接前置放大器，由前置放大器進行溫差放大后再送入模數轉換器，由模數轉換器轉換成 數字信號后再進行后續處理。溫差檢測器加數據采集器(datalogger)構成的傳統方式的 T-max植物莖流測量裝置，采用的就是這種傳統方案(采集器中已包含前置放大器和模數 轉換器)。如果要提高T-max植物莖流測量方法的精度，必須提高溫度峰值點的準確識別能 力。在傳統方案，雖然理論上可以通過提高溫度分辨率，來提高溫度峰值點的準確識別能 力。但事實上，采用的數據采集器(例如CR1000)已具有16位的分辨率，即使將數據采集 器換上號稱24位的模數轉換器，能穩定可靠工作的位數也只有16位。傳統方案已經做到 了極致，早已沒有了提升空間。因此，要進一步提高測量精度，必須另辟蹊徑，更新現有的技 術方案。如果能在不改變溫度隨時間變化曲線溫度峰值點相對時間位置的情況下，想辦法 使低速熱脈沖平緩的溫度變化曲線溫度峰值點更加突出明顯，峰值點兩側更加陡峭，峰值 點就更容易準確識別，不用增加熱脈沖熱能(加熱量)，也可以顯著提高測量低速莖流的能 力，甚至可測量流速接近“零”的莖流。[0049]為實現上述目的，本實用新型提出了 “變指數放大”的技術方案。所謂“變指數放 大”是本實用新型發明人根據VCA810集成電路的特點，提出的一種用于準確識別隨時間變 化平緩曲線峰值點時間坐標的新的非均勻放大方法。圖2為“變指數放大”的實際效果圖， 圖2中，平緩的曲線為“變指數放大”前，陡峭的曲線為“變指數放大”后。在本實用新型中，溫差檢測器采集到的溫差信號送入前置放大器，經前置放大器 進行低噪聲低漂移初步放大后送入增益放大器，經增益放大器進一步放大后送入低通濾波 器，經低通濾波器濾除溫差信號帶外高頻信號后送入半波整流器，經過半波整流后送入變 指數放大器，進行非均勻放大，在不改變溫差信號峰值點相對時間位置的情況下，使溫差信 號曲線峰值點更加突出明顯，峰值點兩側更加陡峭。如果將“變指數放大”后的溫差信 號送入數據采集器，是不是就能達到低速熱脈沖 平緩的溫度曲線峰值點準確識別的目的呢？數據采集器的16位分辨率所具有的實際分辨 能力是與量程有關的。舉例說，輸入量程為IV，實際分辨能力是1V/216 = 15. 26 μ V，如果輸 入量程為5V，實際分辨能力是5V/216 = 76. 29 μ V。很不幸，我們使低速熱脈沖平緩的溫度 曲線峰值點突出的同時，無意中對高速熱脈沖陡峭的溫度曲線進行了超常放大，對數據采 集器來講輸入溫差信號的變幅超常加大了，相當于提高了輸入量程，而提高輸入量程必然 降低實際分辨能力。是不是可以通過數據采集器的一個數字端口(一般數據采集器都有不 止一個數字端口)控制模擬開關切換變指數放大器，測低速熱脈沖平緩的溫度曲線峰值點 采用變指數放大，測高速熱脈沖陡峭的溫度曲線時，使變指數放大器短接，來達到目的呢？ 視乎可以，但檢測中判斷、切換變指數放大器一定是以丟失數據為代價的，控制起來不僅麻 煩，而且代價太高，因此，對傳統方式傳統方案的T-max植物莖流測量裝置進行改造并不可 取。本實用新型提供了替代傳統方式傳統方案的T-max植物莖流測量裝置。

圖1為熱脈沖發射后溫度隨時間變化的曲線圖。圖2為本實用新型“變指數放大”的實際效果圖。圖3為本實用新型T-max植物莖流測量裝置的構成、連接與工作流程圖。圖4、5、6、7為本實用新型實施例電路圖。
具體實施方式
一種T-max植物莖流測量裝置，如圖3所示，測量裝置由以下各部分組成安裝在植物莖干1上的加熱器2，安裝在植物莖干1上位于莖流下游距加熱器2的 距離Xd處的檢測溫度傳感器3，安裝在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植物莖干1上的 補償溫度傳感器4，前置放大器5，增益放大器6，低通濾波器7，半波整流器8，變指數放大 器9，門限檢測器10，微分和過零檢測器11，單片機12，數模轉換器13，通訊接口電平轉換器 14，控制計算機15。如圖3所示，測量裝置各部分連接關系如下由安裝在植物莖干1上位于莖流下游距加熱器2的距離Xd處的檢測溫度傳感器3 和安裝在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植物莖干1上的補償溫度傳感器4組成了溫差 檢測器，溫差檢測器的輸出端與前置放大器5相連接，前置放大器5的輸出端與增益放大器6相連接，增益放大器6的輸出端與低通濾波器7相連接，低通濾波器7的輸出端與半波整 流器8相連接，半波整流器8的輸出端與變指數放大器9相連接，變指數放大器9的輸出端 與門限檢測器10相連接，門限檢測器10的輸出端與微分和過零檢測器11相連接，微分和 過零檢測器11的輸出端與單片機12的外部中斷1端口相連接，控制計算機15通過通訊接 口電平轉換器14與單片機12的串行口相連接，單片機12的一組I/O端口與數模轉換器13 的數字輸入端相連接，數模轉換器13的模擬輸出端與安裝在植物莖干1上的加熱器2相連 接。 如圖3所示，測量裝置工作流程如下單片機12加電后，初始化程序使之進入“空閑”狀態，只有發生“中斷”才能結束 “空閑”狀態，在中斷服務程序中完成各頂操作，退出中斷服務程序后重新進入“空閑”狀態， 這種工作方式(“空閑” + “中斷”)，單片機12的CPU大部分時間處于睡眠狀態，受干擾的 幾率大為減少，不僅省電，更重要的是抗干擾能力強，在控制計算機15通過通訊接口電平 轉換器14向單片機12串行口發送莖流數據采集指令時，向單片機12發出了串行接收中斷 請求，單片機12響應串行接收中斷請求，進入串行接收中斷服務程序，根據莖流數據采集 指令中的加熱時間長度和加熱電壓的二進制數字值啟動加熱，加熱電壓的二進制數字值通 過數模轉換器13轉換為模擬電壓加到加熱器2上，按指令中的加熱時間長度在單片機12 的控制下瞬間加熱植物莖干1，在啟動加熱后，立刻將單片機12的16位定時器0清零啟動 計時，同時開放單片機12與微分和過零檢測器11相連接的外部中斷1端口，退出串行接收 中斷服務程序，在計時過程中，以在定時器0溢出中斷服務程序中對定時器0中斷次數進行 計數的方式擴展計時長度，溫差檢測器采集到的溫差信號送入前置放大器5，經前置放大器5進行低噪聲低 漂移初步放大后送入增益放大器6，經增益放大器6進一步放大后送入低通濾波器7，經低 通濾波器7濾除溫差信號帶外高頻信號后送入半波整流器8，經過半波整流后送入變指數 放大器9，進行非均勻放大，在不改變溫差信號峰值點相對時間位置的情況下，使溫差信號 曲線峰值點更加突出明顯，峰值點兩側更加陡峭，經變指數放大后送入門限檢測器10，區分 并剔除干擾信號，避免誤動作，經門限檢測后送入微分和過零檢測器11，找出溫差信號的峰 值點后，微分和過零檢測器11的輸出向已開放的與微分和過零檢測器11相連接的單片機 12的外部中斷1端口發出中斷請求，單片機12響應外部中斷1中斷請求，進入外部中斷1服務程序，停止定時器0計 時，開始通過通訊接口電平轉換器14向控制計算機15發送計時數據并引發串行中斷請求， 關閉單片機12外部中斷1，退出外部中斷1服務程序，單片機12響應串行發送中斷請求，進入串行發送中斷服務程序，將剩余計時數據 同樣通過通訊接口電平轉換器14發送給控制計算機15，數據發送完后，退出串行發送中斷 服務程序，單片機12的定時器1用于“喂狗”，在定時器1溢出中斷服務程序中復位看門狗電 路，俗稱“喂狗”，單片機12的定時器2用于串行口波特率發生器，因此，需要選用具有3個 定時器的單片機，例如89C52，控制計算機15將計時數據tM和安裝探頭時已經確定的距離Xd代入T-max植物莖 流測量方法計算公式，計算出所測莖干1的植物莖流速率Vs并顯示在屏幕上，在所測莖干1被施加的熱量全部消退后，進行下一輪植物莖流速率測量，并重復同樣的過程。實施例如圖3所示，由安裝在植物莖干1上位于莖流下游距加熱器2的距離15m m 處的檢測溫度傳感器3和安裝在莖流上游距加熱器2的距離40mm處的補償溫度傳感器4組 成了溫差檢測器，溫度傳感器采用T型熱電偶。圖4、5、6、7為本實用新型的實施例電路圖， 與圖3的對應關系如下溫差檢測器的輸出端與圖4中的集成電路U1、U2、電容C1、C2、C3、 C8、電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9組成的圖3的前置放大器5相連接，其中的電阻 Rl、R2、R3、R4、R7、R8、電容Cl、C2、C3、C8組成了無源低通濾波器用于抑制帶外高頻噪聲。 前置放大器5的輸出端與圖4中的集成電路U3、電容C14、C17、電阻RIO、Rll、R12、R13、可 調電阻RVl組成的圖3的增益放大器6相連接，其中的可調電阻RVl用于產品出廠前的總偏 差調整。增益放大器6的輸出端與圖5中的集成電路U4、U5、電容C20、C21、C24、C25、C26、 C27、電阻 R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24 組成的圖 3 的低通濾波器 7 相連接。低通濾波器7的輸出端與圖6中的二極管D1、電阻R25組成的圖3的半波整流器 8相連接。半波整流器8的輸出端與圖6中的集成電路TO、電阻R26、R27、R28、電容C28、精 密電壓基準DVl組成的圖3的變指數放大器9相連接。變指數放大器9的輸出端與圖6中 的集成電路U7、電阻R29、R30、電容C33組成的圖3的門限檢測器10相連接。門限檢測器 10的輸出端與圖6中的集成電路U8、電阻R31、R32、R33、R34、電容C36、晶體管Ql組成的圖 3的微分和過零檢測器11相連接，其中的晶體管Q1、電阻R33、R34為微分和過零檢測器連 接單片機外部中斷1的光電隔離電路。微分和過零檢測器11的輸出端與圖7中的集成電 路U10、U11、U12、電容C48、C49、電阻R35、晶振Yl組成的圖3的單片機12外部中斷1端口 相連接，其中的集成電路UlO為單片機的看門狗電路，集成電路U11、電阻R35為單片機外部 中斷1連接微分和過零檢測器的光電隔離電路。單片機12的一組I/O端口與圖7中的集 成電路肌3、肌4、電阻1 36、1 37、1 38、1 39、晶體管Q2、Q3組成的圖3的數模轉換器13相連 接。數模轉換器13的輸出端與圖3的加熱器2相連接。控制計算機15的RS232串口通過 圖7中的集成電路U9、電容C41、C42、C43、C44組成的圖3的通訊接口電平轉換器14與單 片機12的串行口相連接。控制計算機15選用便于攜帶的微型筆記本電腦(如沒有RS232 串口可另配USB-RS232轉換器)。未說明的電容均為電源旁路電容，集成電路Ul型號為CS3301A，U2型號為 INA114, U3 型號為 0PA227, U4、U5 型號為 AF100-2CJ，U6 型號為 VCA810, U7 型號為 LM160, U8型號為LM161，U9型號為MAX232，UlO型號為DS1232，Ull型號為6附37，U12型號為 AT89C52，U13型號為DAC7611，U14型號為0P07。二極管D1型號為1N60P，晶體管Q1型號 為 2N3906, Q2 型號為 2SK30A, Q3 型號為 2SD2495。傷 口誤差修正參數可用 “Theory and Practical Application of Heat Pulse toMeasure Sap Flow,Steve Green et al,Agronomy Journal,Vol. 95,pl371_1379,2003” 一文中，表5 (Table 5)的數據。
權利要求一種T-max植物莖流測量裝置，包括安裝在植物莖干(1)上的加熱器(2)、安裝在植物莖干(1)上位于莖流下游距加熱器(2)的距離XD處的檢測溫度傳感器(3)、安裝在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植物莖干(1)上的補償溫度傳感器(4)、前置放大器(5)、增益放大器(6)、低通濾波器(7)、半波整流器(8)、變指數放大器(9)、門限檢測器(10)、微分和過零檢測器(11)、單片機(12)、數模轉換器(13)、通訊接口電平轉換器(14)、控制計算機(15)，其特征在于由安裝在植物莖干(1)上位于莖流下游距加熱器(2)的距離XD處的檢測溫度傳感器(3)和安裝在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植物莖干(1)上的補償溫度傳感器(4)組成溫差檢測器，溫差檢測器的輸出端與前置放大器(5)相連接，前置放大器(5)的輸出端與增益放大器(6)相連接，增益放大器(6)的輸出端與低通濾波器(7)相連接，低通濾波器(7)的輸出端與半波整流器(8)相連接，半波整流器(8)的輸出端與變指數放大器(9)相連接，變指數放大器(9)的輸出端與門限檢測器(10)相連接，門限檢測器(10)的輸出端與微分和過零檢測器(11)相連接，微分和過零檢測器(11)的輸出端與單片機(12)的外部中斷1端口相連接，控制計算機(15)通過通訊接口電平轉換器(14)與單片機(12)的串行口相連接，單片機(12)的一組I/O端口與數模轉換器(13)的數字輸入端相連接，數模轉換器(13)的模擬輸出端與安裝在植物莖干(1)上的加熱器(2)相連接。
2.根據權利要求1所述的一種T-max植物莖流測量裝置，其特征在于所述的變指數 放大器(9)包含有型號為VCA810的集成電路或VCA810的替代型號集成電路。
專利摘要本實用新型涉及一種T-max植物莖流測量裝置，由安裝在植物莖干上位于莖流下游距加熱器的距離XD處的檢測溫度傳感器和安裝在莖流上游或下游不受熱脈沖影響的植物莖干上的補償溫度傳感器組成溫差檢測器，溫差檢測器的輸出端與前置放大器相連接，前置放大器的輸出端與增益放大器相連接，增益放大器的輸出端與低通濾波器相連接，低通濾波器的輸出端與半波整流器相連接，半波整流器的輸出端與變指數放大器相連接，變指數放大器的輸出端與門限檢測器相連接，門限檢測器的輸出端與微分和過零檢測器相連接，微分和過零檢測器的輸出端與單片機的外部中斷1端口相連接；顯著提高了T-max方法測量低速莖流的能力，成本低，精度高，可靠性好，加熱量少，測量范圍寬。
文檔編號G01F1/708GK201637446SQ20102013254
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者高任翔, 高勝國 申請人:中國農業科學院農田灌溉研究所