专利名称：一种植物水分含量测定系统及仪器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水资源学、农学和生态学领域，尤其涉及一种植物水分含量测定系统及仪器。
背景技术：
在植物对干旱的响应机制、植物不同生长期的需水量和植物不同器官含水率等方面亟需开展相关的研究工作，这也是目前农业、水资源和生态环境等相关领域的热点问题。根据不同研究需求和学科领域特征，在干旱的内涵和干旱划分等级方面的研究已经很多，但是以下问题还没有得到很好地诠释:(I)植物含水率与干旱的定量化关系是什么？ (2)植物对干旱的响应机制如何？ (3)如何开展面向干旱的生态实时监测？ (4)基于监测结果，如何开展干旱的预警预报工作？在上述问题中，第一个问题是解决后几个问题的基�。巴庵脖缓实氖凳笨焖俨舛ㄊ瞧涔丶С偶际酢Ｄ壳埃赜谥脖缓什舛ㄖ饕源车氖夷诓舛ǚ椒ㄎ鳎咛逦�:先测植物体鲜重，再通过烘箱烘干后测干重，进行差值计算得到质量含水率。通过室内测定方法测定植物含水率时，虽然可以获得精确的数据，但由于室内植物和野外植物所处的环境背景(包括温度、湿度、风速和土壤水含量等)差别较大，测定结果存在一定的误差。另外，室内方法的测量速度较慢，且无法获得实时数据。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种植物水分含量测定系统，旨在解决传统方法测量含水率时不能实时反映野外植被所处的自然环境条件和测定速度较慢的问题。本实用新型实施例是这样实现的，一种植物水分含量测定系统，所述系统包括:测量植物体鲜重和干重的电子天平组件；对植物体进行加热脱水的加热组件；对加热脱水后的植物体进行散热的散热组件；控制所述电子天平组件、加热组件、散热组件的工作状态，计算输出植物体水分含量测定结果的操作控制组件，所述操作控制组件与所述电子天平组件、加热组件、散热组件分别连接；以及对所述电子天平组件、加热组件、散热组件和操作控制组件供电的电源，所述电源与所述电子天平组件、加热组件、散热组件和操作控制组件分别连接。本实用新型实施例还提供了一种植物水分含量测定仪器，包括箱体，以及与所述箱体连接的底座；所述箱体包括:对植物体进行加热脱水的加热组件；对加热脱水后的植物体进行散热的散热组件；盛放植物体的托盘；以及[0017]位于所述托盘下部，用于盛放托盘的凹槽；所述底座包括:对植物体称重的电子天平；在所述操作控制组件的控制下控制所述托盘升降的传感器；控制所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件的工作状态，计算输出植物体水分含量测定结果的操作控制组件，所述操作控制组件与所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件分别连接；以及对所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件和操作控制组件供电的电源，所述电源与所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件和操作控制组件分别连接。本实用新型实施例有效地耦合微波烘干技术与电子天平的功能，克服了过去仪器笨重无法实地快速测量的缺点以及传统室内方法过慢的问题，且方便携带、测量迅速、准确度高，可实现活体植物各器官含水率的现场快速准确测定。
图1是本实用新型实施例提供的植物水分含量测定系统的结构图；图2是本实用新型实施例提供的植物水分含量测定系统中电子天平组件的结构图；图3是本实用新型实施例提供的植物水分含量测定系统中操作控制组件的结构图；图4是本实用新型实施例提供的植物水分含量测定仪器的结构图。
具体实施方式
本实用新型实施例耦合了微波烘干与电子天平的功能，可以在野外对植物含水率进行实时测定，测定速度快。图1示出了本实用新型实施例提供的植物水分含量测定系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。电子天平组件I测量待测植物体的鲜重和干重,加热组件2对待测植物体进行加热脱水，散热组件加热脱水后的待测植物体进行散热，操作控制组件4控制电子天平组件
1、加热组件2、散热组件3的工作状态，计算输出待测植物体水分含量测定结果。电源5为电子天平组件1、加热组件2、散热组件3和操作控制组件4供电。如图2所示，电子天平组件I包括盛放待测植物体的托盘11,对待测植物体称重的电子天平12，控制托盘11升降的传感器13，以及位于托盘11下部，用于盛放托盘11，便于托盘11升降的凹槽(图中未示出)。电子天平12的精度可以根据具体的测定需要选择，例如为0.0lgo传感器13使托盘11分别在烘干过程与称重过程中发挥着不同的作用:一是保护电子天平12 ;二是作为承载物称量待测植物体鲜重与干重。在系统处于加热模式时，传感器13与托盘11分离，使托盘11起到保护电子天平12的作用，最大限度减少微波对电子天平12的影响；系统处于称量模式时，传感器13升起，并抬起托盘11使其悬空，发挥电子天平12的称重功能，对烘干后的待测植物体干重进行测量。[0035]作为本实用新型的一个实施例，加热组件2采用微波加热管，利用水分子在微波场中互相摩擦效应，通过微波使得被加热物温度升高，产生热化以及膨化等一系列过程而最终达到植物活体快速脱水的目的。在本实用新型实施例中，通过微波加热烘干植物活体，再利用电子天平12称重，可以在很短时间内得到野外植物活体的鲜重与干重，并最后计算得到其质量含水率。如图3所示，操作控制组件4包括用来调平的水准仪41，单片机控制器42，以及与单片机控制器42分别电连接的显示屏43、输入按键44和电源控制开关45。作为本实用新型的一个优选实施例，操作控制组件4还包括接口 46，与单片机控制器42电连接，接入存储不同植被干旱特征参数的数据芯片。接口 46可以采用USB接口，接入USB数据芯片。USB数据库芯片可以通过USB接口与操作控制组件4连接，同时USB数据库芯片也可以直接与电脑连接，进行数据的实时更新与储存，方便携带与数据处理。作为本实用新型的一个实施例，USB数据芯片为预先准备的植物各器官在不同旱象下和正常生长阶段的水分含量范围，从而使用USB数据芯片对活体植物各器官进行质量含水率分析，可定量化辨识该植被的受旱程度，USB数据芯片可随时更换，以获得不同类型植物的干旱数据库，进行不同的模型计算。电源5包括电池和变压器系统，电流通过变压器系统后，给加热组件2进行供电。在本实用新型实施中，为方便携带与更换，电池采用锂电池。锂电池电源通过变压器系统分为高压电路与低压电路，高压电路包括磁控管、高压电容器、高压变压器与高压二极管，低压电路包括保险管、热断路器保护开关、散热系统和单片机系统。为了便于野外携带使用，本实用新型实施例提供的植物水分含量测定系统可以集成在一个仪器中，参见图4，该植物水分含量测定仪器包括箱体6，以及与箱体6连接的底座7。其中，箱体6包括对待测植物体进行加热脱水的加热组件2，在加热组件2对待测植物体加热后进行散热的散热组件3，以及电子天平组件I中盛放待测植物体的托盘11。底座7包括对待测植物体称重的电子天平12、传感器13、加热组件2、散热组件3的工作状态，计算输出待测植物体水分含量测定结果的操作控制组件4，在操作控制组件4的控制下控制托盘11升降的传感器13，和对电子天平12、传感器13、加热组件2、散热组件3和操作控制组件4供电的电源5。电源5包括电池和变压器系统。作为本实用新型的一个实施例，加热组件2采用微波加热管。操作控制组件4包括水准仪41，单片机控制器42，与单片机控制器42电连接的显不屏43、输入按键44和电源控制开关45。单片机控制器42为预先编好程序的处理器，用来控制传感器13的升降，对数据进行识别、导出、存储以及计算，控制散热组件3的开关，控制加热组件2等。作为本实用新型的一个优选实施例，操作控制组件4还包括与单片机控制器42电连接，接入存储不同植被干旱特征参数的数据芯片的接口 46。作为本实用新型的一个优选实施例，植物水分含量测定仪器还包括与底座7连接的支撑装置8，支撑装置8与底座7可拆卸连接的支撑立杆81，以及与支撑立杆81套装的支撑结构82。在本实用新型实施例中，支撑立杆81和支撑结构82均采用可拆卸、可伸缩的铝合金杆，根据植株高度和野外地形调整仪器位置及高度。当支撑结构82伸开后，支撑立杆81利用环箍套合在支撑结构82上，并用螺丝拧紧固定，配合水准仪41对仪器快速调平。支撑结构81的结合部位采用二通或三通铝合金管进行连接，方便野外携带、安装和拆卸。作为本实用新型的一个实施例，箱体7的内面设置有隔离层(图中未示出)，隔离层的厚度可以根据需要配置。隔离层上带有均匀分布的散热孔，用于减缓热量与微波的无规则扩散，并在隔热层外加有散热设备，保证仪器可以长期运行。工作时，首先对植物水分含量测定仪器进行组装与校准，并插入所测植物类型的数据芯片于接口 46处。植物水分含量测定仪器的操作使用过程如下:1.启动仪器，打开箱门，将刚摘取的活体植物器官放入箱体I内的托盘11内，注意待测植物体不要接触箱体I的内壁，关上箱门进入称量模式，称量待测植物体鲜重。2.进入加热烘干模式，传感器13下降，托盘11处于箱体I底部的凹槽中，随后按该植物的USB数据芯片所预设的时间进行烘干加热，散热组件3开启，此时等待3-5分钟，加热结束后散热组件3继续工作，让余热散去。3.再次进入称量模式，传感器13上升，托盘11升起，对植物进行第二次称量。4.通过单片机控制器42预设的程序快速计算，得出植物体的含水率，并结合USB数据芯片中的植被参数对该测量待测植物体进行受旱程度评价。5.将待测植物体的鲜重、干重、质量含水率和受旱程度等结果显示在显示屏43上，方便读取与判断。本实用新型实施例中的植物水分含量测定仪器还可广泛应用于农作物、工程材料、纺织品、食品、药品的含水率测量，工作时应该尽量保持其水平，加热时间不宜过长，一般以3-5分钟为加热范围。在水资源学和农学领域，本实用新型实施例可用于研究不同植被类型不同生长期的需水量变化及其与旱象的关系，进而研究宏观上的农田需水、耗水、水资源利用率等问题，从而为农业节水、生态节水和抗旱提供理论与技术支持。在生态环境领域，可利用本实用新型实施例获取不同植被器官(如叶、茎、根、种子等)的含水率连续序列，不仅可运用到植物生理学方面的基础研究，还可为生态环境保护方面的应用型研究提供支撑。本实用新型实施例克服了两大测量含水率的问题，一个是克服了传统室内测量含水率过慢的问题，第二是耦合了微波烘干与电子天平的功能，克服了传统仪器笨重无法实地快速测量的缺点。本实用新型实施例通过对待测植物体不同器官的质量含水率进行测量，对照数据库中正常生长时该植物器官的含水率，以辨识植物的受旱程度，并以此为指标表征旱象，将为植被抗旱研究和面向生态的干旱实时监测提供直接数据支持与技术支撑。本实用新型实施例有效地耦合微波烘干技术与电子天平的功能，克服了过去仪器笨重无法实地快速测量的缺点以及传统室内方法过慢的问题，且方便携带、测量迅速、准确度高，可快速准确实现活体植物各器官含水率的现场快速准确测定，具有可拆卸、易组装、方便携带和野外使用的特点，有利于开展野外植物干旱生理响应机制、植物干旱等级划分、植物的旱象表征和抗旱防旱预警措施方面的研究。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种植物水分含量测定系统，其特征在于，所述系统包括: 测量植物体鲜重和干重的电子天平组件； 对植物体进行加热脱水的加热组件； 对加热脱水后的植物体进行散热的散热组件； 控制所述电子天平组件、加热组件、散热组件的工作状态，计算输出植物体水分含量测定结果的操作控制组件，所述操作控制组件与所述电子天平组件、加热组件、散热组件分别连接；以及 对所述电子天平组件、加热组件、散热组件和操作控制组件供电的电源，所述电源与所述电子天平组件、加热组件、散热组件和操作控制组件分别连接。
2.如权利要求1所述的植物水分含量测定系统，其特征在于，所述电子天平组件包括: 盛放植物体的托盘； 位于所述托盘下部，用于盛放托盘的凹槽； 对植物体称重的电子天平；以及 控制所述托盘升降的传感器。
3.如权利要求1所述的植物水分含量测定系统，其特征在于，所述加热组件为微波加热管。
4.如权利要求1所述的植物水分含量测定系统，其特征在于，所述操作控制组件包括: 水准仪； 单片机控制器；以及 与所述单片机控制器电连接的显示屏、输入按键和电源控制开关。
5.如权利要求4所述的植物水分含量测定系统，其特征在于，所述操作控制组件还包括: 与所述单片机控制器连接，接入存储不同植被干旱特征参数的数据芯片的接口。
6.如权利要求1所述的植物水分含量测定系统，其特征在于，所述电源包括电池和变压器系统。
7.一种植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述植物水分含量测定仪器包括箱体，以及与所述箱体连接的底座； 所述箱体包括: 对植物体进行加热脱水的加热组件； 对加热脱水后的植物体进行散热的散热组件； 盛放植物体的托盘；以及 位于所述托盘下部，用于盛放托盘的凹槽； 所述底座包括: 对植物体称重的电子天平； 控制所述托盘升降的传感器； 控制所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件的工作状态，计算输出植物体水分含量测定结果的操作控制组件，所述操作控制组件与所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件分别连接；以及 对所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件和操作控制组件供电的电源，所述电源与所述电子天平、传感器、加热组件、散热组件和操作控制组件分别连接。
8.如权利要求7所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述加热组件为微波加热管。
9.如权利要求7所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述操作控制组件包括: 水准仪； 单片机控制器；以及 与所述单片机控制器电连接的显示屏、输入按键和电源控制开关。
10.如权利要求9所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述操作控制组件还包括: 与所述单片机控制器电连接，接入存储不同植被干旱特征参数的数据芯片的接口。
11.如权利要求7所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述电源包括电池和变压器系统。
12.如权利要求7所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述植物水分含量测定仪器还包括: 与所述底座连接的支撑装置。
13.如权利要求12所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述支撑装置包括: 与所述底座可拆卸连接的 支撑立杆；以及 与所述支撑立杆套装的支撑结构。
14.如权利要求7所述的植物水分含量测定仪器，其特征在于，所述箱体内面设置有隔离层； 所述隔离层上带有均匀分布的散热孔。
专利摘要本实用新型适用于水资源学、农学和生态学领域，提供一种植物水分含量测定系统及仪器，所述系统包括测量植物体鲜重和干重的电子天平组件；对植物体进行加热脱水的加热组件；对加热脱水后的植物体进行散热的散热组件；控制所述电子天平组件、加热组件、散热组件的工作状态，计算输出植物体水分含量测定结果的操作控制组件；以及对所述电子天平组件、加热组件、散热组件和操作控制组件供电的电源。本实用新型有效地耦合微波烘干技术与电子天平的功能，克服了过去仪器笨重无法实地快速测量的缺点以及传统室内方法过慢的问题，且方便携带、测量迅速、准确度高，可实现活体植物各器官含水率的现场快速准确测定。
文档编号G01N5/04GK202974791SQ20122045962
公开日2013年6月5日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者严登华, 秦天玲, 王浩, 严昇, 高宇, 吴迪 申请人:中国水利水电科学研究院
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