不同森林類型土壤含水率及環(huán)境因子測(cè)定儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土壤含水率測(cè)定儀器，具體涉及不同森林類型土壤含水率及環(huán)境因子測(cè)定儀器，屬于森林土壤及環(huán)境因子檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤含水率一般是指單位重量土壤中所含水分重量的百分比，是土壤中水分的直接反映。其大小影響著土壤的物理和化學(xué)特性，制約著土壤中養(yǎng)分的溶解、轉(zhuǎn)移、吸收及土壤中微生物的活動(dòng)，對(duì)植被生產(chǎn)力產(chǎn)生重要作用，同時(shí)土壤中水分是植被耗水的直接來(lái)源，對(duì)植被的生理活動(dòng)有著重要影響。因此，一定程度上來(lái)說(shuō)土壤水分狀況決定著植被類型的格局，同時(shí)也決定著植被的穩(wěn)定性，是植被生長(zhǎng)和分布格局的重要驅(qū)使因素之一。土壤含水率在時(shí)間序列上是一連續(xù)變化過(guò)程，這一過(guò)程受到降雨、植被截留、植物蒸騰、土壤蒸發(fā)、地表徑流、地下滲漏等多種因素的綜合作用，對(duì)土壤含水率及地表溫濕度、光照強(qiáng)度、地表風(fēng)向風(fēng)速、地下溫度、降水等因子長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)是生態(tài)、林業(yè)、水文、環(huán)境和水土保持等工作中的一個(gè)重要工作。土壤含水率決定了一個(gè)地區(qū)的植被覆蓋類型，同時(shí)不同的植被覆蓋類型也影響著土壤含水率的變化，研宄土壤含水率的時(shí)空變化及其相關(guān)影響因子可輔助遙感影像森林類型的識(shí)別，也是分布式水文模型尺度轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)。
[0003]土壤含水率的測(cè)量經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前可以分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。其中直接測(cè)量法主要是烘干測(cè)量，也是國(guó)際上測(cè)量土壤含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法，其原理是對(duì)待測(cè)土壤樣品進(jìn)行烘干并測(cè)量烘干前后重量，差值部分即為土壤中水分質(zhì)量，但這種方法耗時(shí)長(zhǎng)，只能在實(shí)驗(yàn)室條件下完成，很難獲得時(shí)間序列土壤含水率變化量，其結(jié)果往往作為其他測(cè)量方法的參考值；間接測(cè)量法是通過(guò)測(cè)得土壤中水分具有的某些易測(cè)特性從而推算出土壤含水率，主要包括張力計(jì)法、電阻法、中子法、射線法、光學(xué)法和介電法等，其中張力法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，電阻法靈敏度較低，中子法和射線法對(duì)人輻射較大且成本昂貴，光學(xué)法無(wú)法直接獲得深層土壤含水率，相比上述方法介電法因具有響應(yīng)時(shí)間短、比較精確、易操作等優(yōu)點(diǎn)目前被廣泛使用。其原理是土壤可視為由固體、液體、和氣體混合組成，其中水的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他物質(zhì)的介電常數(shù)，因此通過(guò)獲得介電常數(shù)來(lái)推算土壤含水率，主要方法分為時(shí)域反射法(Time Domain Ref lectometry，TDR)、駐波比法(Standing Wave Rat1, SffR)和頻域反射法(Frequency Domain Ref lectometry，F(xiàn)DR)，1964 年前蘇聯(lián)科學(xué)家 Chemyak 最早對(duì)土壤的介電特性進(jìn)行研宄，1985年該方法應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤含水率測(cè)量，隨著進(jìn)一步的研宄和硬件的發(fā)展頻域反射法取得了巨大的進(jìn)步，目前采用同軸電纜直接與3針狀FDR探頭連接測(cè)定技術(shù)得到廣泛的認(rèn)可，但是根據(jù)以往的研宄表明FDR測(cè)量方法易受到溫度的影響。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的森林土壤含水率和環(huán)境因子檢測(cè)儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)不夠全面，無(wú)法檢測(cè)干擾因子使檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差大的問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:不同森林類型土壤含水率及環(huán)境因子測(cè)定儀器，包括主機(jī)和傳感器測(cè)量系統(tǒng)，主機(jī)包括防水殼體和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)在防水殼體內(nèi)，傳感器測(cè)量系統(tǒng)設(shè)在防水殼體外，所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，所述傳感器測(cè)量系統(tǒng)包括光強(qiáng)傳感器組件、土壤參數(shù)傳感器組件、FDR矯正組件、風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件和空氣溫濕度傳感器，光強(qiáng)傳感器組件的輸出端、土壤參數(shù)傳感器組件的輸出端、FDR矯正組件的輸出端、風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件的輸出端和空氣溫濕度傳感器的輸出端分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與防水殼體內(nèi)的單片機(jī)建立連接。
[0006]所述土壤參數(shù)傳感器組件包括土壤溫度傳感器和FDR 土壤含水率傳感器，防水殼體的側(cè)壁上設(shè)有第一航空插頭，所述第一航空插頭通過(guò)數(shù)據(jù)線與防水殼體內(nèi)的單片機(jī)建立連接，土壤溫度傳感器和FDR 土壤含水率傳感器的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)線與第一航空插頭建立連接。
[0007]所述風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件包括風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器，風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器分別安裝在支架上。
[0008]所述支架包括調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)夾和固定叉，調(diào)節(jié)桿豎直固定在固定叉上端，調(diào)節(jié)夾一端套設(shè)在調(diào)節(jié)桿上，調(diào)節(jié)夾的另一端安裝風(fēng)向傳感器或風(fēng)速傳感器，支架固定在地表，用于測(cè)量地表的風(fēng)速和風(fēng)向。
[0009]所述FDR矯正組件包括FDR 土壤含水率傳感器和密閉容器，F(xiàn)DR 土壤含水率傳感器置于密閉容器內(nèi)，排除外界干擾因素，使測(cè)量結(jié)果更加精確。
[0010]所述空氣溫濕度傳感器安裝在防水殼體的外壁上。
[0011]光強(qiáng)傳感器組件安裝在防水殼體的外壁上，所述光強(qiáng)傳感器組件包括光強(qiáng)傳感器和防水盒，光強(qiáng)傳感器置于防水盒內(nèi)，防止因野外濕度大造成元件的損壞，延長(zhǎng)元件的使用壽命O
[0012]所述控制系統(tǒng)包括蓄電池、變壓模塊、時(shí)間模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊和太陽(yáng)能控制器，防水殼體的側(cè)壁上設(shè)有防水窗口，防水窗口的位置與現(xiàn)實(shí)模塊的位置相對(duì)應(yīng)，蓄電池通過(guò)變壓模塊與單片機(jī)建立連接，時(shí)間模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊和太陽(yáng)能控制器均與單片機(jī)建立連接，可實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果并將觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄在存儲(chǔ)模塊，方便后期建立數(shù)據(jù)庫(kù)和研宄分析。
[0013]所述控制蓄電池與單片機(jī)之間設(shè)有變壓模塊和保險(xiǎn)管，保證控制系統(tǒng)在電壓穩(wěn)定的安全環(huán)境內(nèi)工作。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:裝置具有的防水外殼可適應(yīng)林區(qū)天氣，保證主機(jī)及傳感器的工作壽命和穩(wěn)定性。使用FDR 土壤含水率傳感器及FDR校正組件可準(zhǔn)確長(zhǎng)期獲得林下土壤含水率，儀器同時(shí)記錄測(cè)量點(diǎn)光線強(qiáng)度、地表溫濕度、地表風(fēng)速風(fēng)向、降雨量、地下土壤溫度等引起土壤含水率變化的主要環(huán)境因子，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)全面，利用FDR矯正組件校正溫度變化對(duì)FDR 土壤含水率傳感器測(cè)量結(jié)果的影響，將干擾因子隔離，提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確度，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、造價(jià)低、可長(zhǎng)期自動(dòng)觀測(cè)不同森林類型下土壤含水率及相關(guān)環(huán)境因子的儀器。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是土壤參數(shù)傳感器組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是FDR矯正組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5是風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中1、主機(jī)，2、防水殼體，3、單片機(jī)，4、空氣溫濕度傳感器，5、土壤溫濕度傳感器，6、第一 FDP 土壤含水率傳感器，7、第一航空插頭，8、第二 FDP 土壤含水率傳感器，9、密閉容器，10、風(fēng)向傳感器，11、風(fēng)速傳感器，12、第二航空插頭，13、防水盒，14、蓄電池，15、變壓模塊，16、時(shí)間模塊，17、存儲(chǔ)模塊，18、顯示模塊，19、太陽(yáng)能控制器，20、防水窗口，21、支架，21-1、調(diào)節(jié)桿，21-2、調(diào)節(jié)夾，21-3、固定叉，22、保險(xiǎn)管，23光強(qiáng)傳感器，A、土壤參數(shù)傳感器組件，B、風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合【附圖說(shuō)明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，本實(shí)施方式的不同森林類型土壤含水率及環(huán)境因子測(cè)定儀器，包括主機(jī)I和傳感器測(cè)量系統(tǒng)，主機(jī)I包括防水殼體2和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)在防水殼體2內(nèi)，傳感器測(cè)量系統(tǒng)設(shè)在防水殼體2外，所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)3，所述傳感器測(cè)量系統(tǒng)包括光強(qiáng)傳感器組件、土壤參數(shù)傳感器組件A、FDR矯正組件、風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件B和空氣溫濕度傳感器4，光強(qiáng)傳感器組件的輸出端、土壤參數(shù)傳感器組件A的輸出端、FDR矯正組件的輸出端、風(fēng)向風(fēng)速傳感器組件B的輸出端和空氣溫濕度傳感器4的輸出端分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與防水殼體2內(nèi)的單片機(jī)3建立連接。
[0022]所述土壤參數(shù)傳感器組件A包括土壤溫度傳感器5和第一 FDR 土壤含水率傳感器6，防水殼體2的側(cè)壁上設(shè)有第一航空插頭7，第一航空插頭7與防水殼體2內(nèi)的單片機(jī)3建立連接，土壤溫度傳感器5的輸出端和第一