1 背景 莖流是植物的重要生理指標，系統(tǒng)是基于植物蒸騰作用的作物灌溉、植物耗水等水分平衡測量系統(tǒng)。利用莖流傳感器測量植物水分消耗，把它和降雨量、土壤水分及灌溉供水相結(jié)合，計算田間水分收支狀況可以決定灌溉方案。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于植物生理生態(tài)學(xué)和節(jié)水灌溉領(lǐng)域。
2 系統(tǒng)工作原理及特點
ENVIdata-DD 植物莖流監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、莖流傳感器、供電裝置組成。按用戶設(shè)定的測量間隔定時、自動測量莖流相關(guān)參數(shù)。
該系統(tǒng)通過Internet傳輸數(shù)據(jù)，用戶無需到測點下載數(shù)據(jù)，只要能上網(wǎng)，可隨時查看系統(tǒng)運行情況、下載和歷史數(shù)據(jù)。
3 莖流傳感器
3.1 Dynamax插針式莖流傳感器TDP系列插針式探頭應(yīng)用熱擴散原理，測量不同樹種的莖流量。該原理能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測莖流，并且受環(huán)境因素的干擾相對小。探頭適用于直徑75mm以上的樹干，安裝容易，可以重復(fù)使用。TDP-30和TDP-50每個探頭占用一個單端模擬通道，TDP-80每個探頭占用兩個單端模擬通道。安裝工具隨探頭提供。
3.2 Dynamax包裹式莖流傳感器
SG系列探頭應(yīng)用熱平衡原理，多種尺寸系列可以適于安裝在直徑2.1至175mm的草本或木本植物莖干上。該探頭無需校正，不用穿刺到樹干中。每個探頭占用3個單端模擬通道。探頭所需的安裝附件隨探頭提供。
系統(tǒng)配有電壓調(diào)節(jié)器為探頭供電，可以同時輸出兩種不同的電壓，功率能夠滿足所有探頭的耗電量。
| SF1包裹式莖流傳感器：導(dǎo)出以g/h為單位的莖流量； | ||||||
| 傳感器類型 | 示例產(chǎn)品 | 莖桿直徑范圍（mm） | 高度（mm） | 加熱器電壓 | 功耗（W） | 包裹范圍（名義上直徑） |
| 微傳感器 | D/SGA3 | 2.7 ~ 4.0 | 35 | 2.3 | 0.05 | 2、3、5 |
| 莖桿傳感器 | D/SGA13 | 12 ~ 16 | 70 | 4.0 | 0.15 | 9、10、13、16、19、25 |
| 樹干傳感器 | D/SGB50 | 45 ~ 65 | 305 | 6.0 | 1.4 | 35、50、70、100 |
| 數(shù)據(jù)采集器輸入（每個傳感器）：3DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加熱器電壓，全量程<10V）；纜線：標準1.5米（8芯，帶接頭）；纜線可擴展 | ||||||
| SV1 TDP莖流速傳感器：導(dǎo)出以cm/h為單位的莖流速； | ||||||
| 傳感器類型 | 針長/直徑(mm) | 樹干直徑范圍（mm） | 垂直空間 | 加熱器電壓 | 功耗（W） | 樣品木質(zhì)部厚度 |
| D/TDP-30 | 30/1.2 | 70 ~ 200 | 40mm | 3.0 | 0.2 | 30 ~ 70 mm |
| D/TDP-50 | 50/1.65 | 120 ~250 | 40mm | 5.0 | 0.3 | 50 ~ 100mm |
| D/TDP-80 | 80/1.65 | 超過180 | 40mm | 7.5 | 0.5 | > 80 mm |
| 數(shù)據(jù)采集器輸入（每個傳感器）：1DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加熱器電壓，全量程10V）；纜線：標準3米（5或6芯，帶接頭）；纜線可擴展 | ||||||
| 通道擴展板：功能強大，精度高（與進口數(shù)據(jù)采集器精度相同），可接多路傳感器（數(shù)量不受限制）。 | ||||||
| 多路電源供應(yīng)：使用可調(diào)式電壓調(diào)節(jié)分配器，針對不同傳感器輸出不同范圍電壓 | ||||||
3.3 Ecomatic探針式莖流傳感器
SF-G探針式莖流傳感器工作原理：將兩個探針插入樹干，給處于上部的探針用恒定能量加熱，上下二個探針之間的溫度差反應(yīng)樹干中的莖流速率，用經(jīng)驗公式換算成莖流速率。
SF-L探針式莖流傳感器，采用技術(shù)的4根探針來測量樹干的莖流，可以連續(xù)測量樹干縱向溫度變化，用來修正測量數(shù)據(jù)。這樣大大提高了測量精度，保證零液流的的穩(wěn)定。
| SF-G | SF-L | |
| 探針數(shù)量 | 2 | 4 |
| 探針直徑 | 1.5 mm | |
| 探針長度 | 33、43、63mm | |
| 電纜長度 | 標準5米，可延長到20米 | |
| 適合樹干直徑 | >2cm | >15cm |
| 電源 | CCS， 1個CCS可供應(yīng)1到3傳感器 | |
| 耗電 | 1W（12V×84 mA） | |
| 輸出 | 0~1000 µV | |
| 夜間測量 | 不可以（夜間莖流人為的假設(shè)為零） | 可以 |
| 說明 | SF-G型樹干縱向溫度變化（+/-2.5°C）和測量結(jié)果疊加，導(dǎo)致測量錯誤可能超過100％ | |
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4 數(shù)據(jù)采集器
DT系列數(shù)據(jù)采集器是一款堅固、獨立、低能耗的數(shù)據(jù)采集器，具有支持U盤、18位分辨率、通訊性能可擴展及內(nèi)嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時使用多達10個隔離或15個共用參考模擬輸入，配置擴展模塊后最多可通道可擴展至600個。
DT系列數(shù)據(jù)支持SDI-12傳感器組網(wǎng)，支持SCADA系統(tǒng)的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。工作溫度至低可達-45℃。
5 ENVIdata數(shù)據(jù)傳輸和管理
該系統(tǒng)直接將數(shù)據(jù)傳送到中國生態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng)站上，通過對監(jiān)測的生態(tài)環(huán)境因子的時序變化和相關(guān)性分析，確定監(jiān)測對象的狀態(tài)發(fā)展。
ENVIdata 服務(wù)器軟件既可以作為獨立的應(yīng)用軟件，運行在用戶的服務(wù)器上；也可以運行在澳作公司安全的服務(wù)器上，為多個用戶提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)，同時幫助用戶監(jiān)控野外測點硬件系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
澳作公司ENVIdata系列生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)成功獲得 ISO9001國際質(zhì)量體系認證，于2010年獲得 ISO9001 質(zhì)量認證書，至今全部通過專家的年度復(fù)核，確保系統(tǒng)集成的品質(zhì)
用戶采用用戶名和密碼登陸，只要能上網(wǎng)，就能瀏覽實時和歷史數(shù)據(jù)
特點：
1） 生態(tài)環(huán)境信息以各種時間間隔 （分鐘、每小時、每天）發(fā)送到網(wǎng)站上。
2） 用戶只要能上網(wǎng)，既可瀏覽實時數(shù)據(jù)。
3） 中心服務(wù)器中文界面，便于操作和管理
4） 提供多參數(shù)、實時或歷史數(shù)據(jù)曲線圖
5） 系統(tǒng)提供多站點地圖顯示
ENVIdata 生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng)登錄頁面
用戶選擇時間段繪制數(shù)據(jù)變化曲線
視頻顯示界面
歷史數(shù)據(jù)瀏覽和下載
ENVIdata 數(shù)據(jù)服務(wù)平臺已為國內(nèi)的客戶服務(wù)多年，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。
6、支架
兩種支架可供選擇，三角支架（圖一）和十字底座支架（圖二）
建議根據(jù)場地條件選擇：
1、 三角支架，整體比較大氣、平穩(wěn)，適合安裝在平整的場地中，整體高度約2.3米；
十字底座支架，占地范圍更小，適宜安裝在林地或有坡度的場地中。
7 技術(shù)指標
數(shù)據(jù)采集：
掃描速率：25Hz
處理器：采用18位A/D轉(zhuǎn)換器,精度±0.025%
存儲：128Mb可無限擴展，內(nèi)存可存儲130,000個讀數(shù)，可使用PC卡或閃存可（可存儲65,000個讀數(shù)）
U盤存儲：兼容USB1.1或USB2.0驅(qū)動，每兆約90,000采集數(shù)字點
LCD液晶顯示，2線16字母的LCD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數(shù)采狀態(tài)和功能執(zhí)行
通訊：RS232、USB、以太網(wǎng)等
采樣間隔：10ms至天，可自定義
輸出值種類：平均值, 值, 最小值, 取樣值 (Sample), 向量值, 累計值 ( Totalize )等
工作溫度范圍-45~70℃
時鐘精準度：約±1分鐘/年0-40℃；約±4分鐘/年-40-70℃
供電電壓：10~30VDC
工作濕度85%（無水汽凝結(jié)）
DT80：
模擬輸入：15個單端通道（10個差分）
脈沖通道：12個
數(shù)字I/O口：8個
SDI12口：4個
DT82E：
模擬輸入：6個單端通道（4個差分）
脈沖通道：8個
數(shù)字I/O口：4個
SDI12:1個
RS232:1個
DT82I：
模擬輸入：6個單端通道（4個差分）
脈沖通道：8個
數(shù)字I/O口：4個
RS232:1個
RS485/422/232:1個
DT85：
模擬輸入：48個單端通道（32個差分）
脈沖通道：15個
數(shù)字I/O口：8個
RS232/422/485:1個
RS232:1個
8 應(yīng)用案例
利用莖流傳感器測量植物水分的運移與消耗，是測量植物蒸發(fā)蒸騰的重要方法。對于森林生態(tài)系統(tǒng)，植物的蒸發(fā)蒸騰受小氣候條件、植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、植物的生理類型影響。廣西林科院的科研團隊，利用林間的徑流小區(qū)，采用激光雨滴譜測量林間小區(qū)的總降雨量，徑流場監(jiān)測地表流和滲透到土壤中的壤中流，同時配ENVIdata-DD植物莖流監(jiān)測系統(tǒng)， 選用TDP插針式莖流傳感器，來研究林間的水循環(huán)和植物的水分利用效率。
圖片中用鋁箔紙包裹的即是TDP莖流傳感器。
參考文獻
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2 李就好;陳海波;何曉暉;鄧愛明;黃飛劍;;不同水分處理下甘蔗植株莖流變化規(guī)律研究[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年
3 韓磊;黃土半干旱區(qū)主要造林樹種蒸騰耗水及冠層蒸騰模擬研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2011年
