ENVIDATA-DT植物茎流叶温茎粗气象监测
1 背景
茎流、叶温、茎粗变化是植物的重要生理指标，而光照、土壤湿度、空气温湿度是影响重要指标的关键环境因子。树木液流的日变化呈单峰格型，不同胸径树木的液流日变化格型有很大差异，前人对液流和树形的研究有些仅着眼于液流瞬时值水平，缺少对液流整体格局特征的认识，也有用树形分级的方法对液流和树形关系进行探讨，但该方法存在尺度扩展过程中容易引起误差的缺点。
当根系吸水充足时茎干膨胀，亏缺时茎干收缩。因而可以用茎直径变化反应植株体内水分状况变化。
该系统通过茎流大小测试植株的耗水量，通过叶温预报植物需水量，利用植物器官（茎、叶、果实等）体积微变化动态反应植物体内水分状况，广泛用于植物水分利用、水量平衡、能量平衡、灌溉等研究领域.
2 系统工作原理及特点
ENVIdata-DT 植物茎流叶温茎粗监测系统由数据采集器、茎流传感器、冠层叶温传感器、作物茎杆变化或树木生长传感器组成。按用户设定的测量间隔定时、自动测量茎流、叶温和生长参数。
该系统通过Internet传输数据，用户无需到测点下载数据，只要能上网，可随时查看系统运行情况、下载最新和历史数据。
2.1 传感器
2.1.1 茎流传感器
EM51用于测量直径大于12cm 的样木，采用组织热平衡技术THB (Tissue Heat Balance)。
EM62用于直径在6mm～20mm之间的样木，采用茎干热平衡系统技术SHB（Stem Heat Balance）测量树干茎流。
EM51 THB组织热平衡技术的结构和原理
工作原理：组织热平衡方法（Tissue Heat Balance）是从内部对一段树干组织加热，热量向垂直方向、径向和侧向扩散，茎流量取决于随树液流动损失的热量。与茎干热平衡法不同的是，该法仅对一段茎干从内部加热，而不是从外表面加热。测量原理下图。
EM51 整株树的茎流值采用如下公式计算：
公式中A 是树干周长（带树皮）[cm]，B 是树皮+韧皮部厚度[cm]。
该结果包含应该去除的测点的热量损失。为了得到去除了热量损失的“净”茎流量，需要在曲线图上去除基线。
EM62 SHB茎干热平衡技术（stem heat balance）的结构和原理
工作原理：基于茎杆热平衡原理（stem heat balance），由外部加热，从内部测量温度。
传感器由两个相同的圆柱形组成，每部分外部裹有绝缘泡沫。一个圆柱体内装有线性加热元件，轻轻挤压绝缘泡沫后贴在茎干上，细针状热电偶沿树干半径方向、与上部加热元件（液流方向）齐平插入茎干；第二个圆柱体内没有加热元件，只是用于覆盖参照热电偶。
液流流过传感器时被加热，带动热量向上流动到热电偶处，使该处温度升高。闭环控制使得两个热电偶的温差保持2K 或4K，这样输入功率与流过传感器水体的水量呈比例关系，可求算茎流量。
EM62整株树的茎流值采用如下公式计算：
公式中的（mV）直接来自下载的数据。为了得到去除了热量损失的“净”茎流量，需要在曲线图上去除基线。
特点：
l 能量需求与茎流量成比例，能耗低，平均能耗0.3～0.4W；发热能量（mW），高精确度、高稳定性、高分辨率
l 直接得到茎流值，无需校准
TDP热扩散茎流传感器
应用热扩散原理，测量不同树种的茎流量。该原理能够实现连续监测茎流，并且受环境因素的干扰相对小。探头适用于直径75mm以上的树干，安装容易，可以重复使用。TDP-30和TDP-50每个探头占用一个单端模拟通道，TDP-80每个探头占用两个单端模拟通道。安装工具随探头提供。
SG系列探头应用热平衡原理，多种尺寸系列可以适于安装在直径2.1至175mm的草本或木本植物茎干上。该探头无需校正，不用穿刺到树干中。每个探头占用3个单端模拟通道。探头所需的安装附件随探头提供。
系
| SF1包裹式茎流传感器：导出以g/h为单位的茎流量； | ||||||
| 传感器类型 | 示例产品 | 茎杆直径范围（mm） | 高度（mm） | 加热器电压 | 功耗（W） | 包裹范围（名义上直径） |
| 微传感器 | D\SGA3 | 2.7 ~ 4.0 | 35 | 2.3 | 0.05 | 2、3、5 |
| 茎杆传感器 | D\SGA13 | 12 ~ 16 | 70 | 4.0 | 0.15 | 9、10、13、16、19、25 |
| 树干传感器 | D\SGB50 | 45 ~ 65 | 305 | 6.0 | 1.4 | 35、50、70、100 |
| 数据采集器输入（每个传感器）：3DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加热器电压，全量程<10V）；缆线：标准1.5米（8芯，带接头）；缆线可扩展 | ||||||
| SV1 TDP茎流速传感器：导出以cm/h为单位的茎流速； | ||||||
| 传感器类型 | 针长/直径(mm) | 树干直径范围（mm） | 垂直空间 | 加热器电压 | 功耗（W） | 样品木质部厚度 |
| 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 | 超过180 | 40mm | 7.5 | 0.5 | > 80 mm |
| 数据采集器输入（每个传感器）：1DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加热器电压，全量程最大10V）；缆线：标准3米（5或6芯，带接头）；缆线可扩展 | ||||||
| *澳作研发的通道扩展板：功能强大，精度高（与进口数据采集器精度相同），可接多路传感器（数量不受限制）。 | ||||||
| *多路电源供应：使用可调式电压调节分配器，针对不同传感器输出不同范围电压 | ||||||
统配有电压调节器为探头供电，可以同时输出两种不同的电压，功率能够满足所有探头的耗电量。
2.1.2 红外叶温测量
红外叶温传感器是基于斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）
特点：测量植物冠层、土壤、水面等温度
技术指标：
测量范围：-10…65℃
精度：-10…+65℃, ±0.2℃
-40…+70℃ , ±0.5℃
工作温度：-55….+80℃ 0…100% RH
2.1.3茎粗传感器
D6 树木胸径传感器
D6树木生长应变传感器用于连续、高精度、自动测量树木的周长变化。体积小、重量轻，可轻松安装在树干上，对树皮或树木的生长没有任何损害。
整个传感器象带子一样缠绕树木，用弹簧定位。树木尺寸的变化直接传递到传感器,瞬时记录树木对环境影响的反应、树皮的膨胀、导管水位或细胞分裂等。
树木尺寸变化通过带子传递到传感器，在应变传感器中转换成电阻信号。带子受温度影响很小。带子和树皮间有一个特富龙层，减少带子的摩擦力，同时确保带子不受结冰、树脂或结疤的影响。
特点：
- 连续、高精度测量树木的周长变化
- 安装简单，无需破坏树皮或影响树木的生长
- 测量树木生长的日变化，精度达5um
- 最小化测量带与树皮间的摩擦力及温度的影响
- 调节测量带，可轻松扩大测量范围
作物茎杆直径变化传感器
SD-5M 作物茎杆微变化传感器：测量范围：0-5mm，用于茎粗4-25mm；
SD-6M 作物茎杆微变化传感器：测量范围：0-5mm，用于茎粗20-70mm；
2.1.1 气象传感器
Thies多参数传感器
传感器高度集成，可测多种参数。风向风速采用先进的超声技术，内置GPS接收功能。长时间使用而无需维护。特别适用于沿海或有侵蚀的地区。
测量参数：风速、风向、空气温度（超声波测量）、空气湿度、气压、光照强度、降雨量。
信号输出：
数字信号输出
端口：RS485/422
波特率：1200~921600波特率
输出：瞬时值，平均值
输出频率：10到0.1HZ
通讯协议：ASCLL,MODBUS-RTU
模拟信号输出
输出：0~10V,2~10V瞬时值，平均值
输出间隔：10ms
精度：16bit
结构功能
2.1.2 传感器(更多传感器请来电索取)
风速风向传感器
三维超声风向风速传感器
空气温湿度传感器
PAR光合有效辐射传感器
压力传感器
雨量筒
激光雨滴谱仪
辐射传感器
……
2.2、数据采集器
DT系列数据采集器是一款坚固、独立、低能耗的数据采集器，具有支持U盘、18位分辨率、通讯性能可扩展及内嵌显示屏等特性。DT80的双通道隔离概念可同时使用多达10个隔离或15个共用参考模拟输入，配置扩展模块后最多可通道可扩展至600个。
DT系列数据支持SDI-12传感器组网，支持SCADA系统的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V电源为传感器供电。工作温度最低可达-45℃。
2.3、ENVIdata数据传输和管理
该系统直接将数据传送到www.ecodata.net (中国生态数据网)网站上，通过对监测的生态环境因子的时序变化和相关性分析，确定监测对象的状态发展。
ENVIdata 服务器软件既可以作为独立的应用软件，运行在用户的服务器上；也可以运行在澳作公司安全的服务器上，为多个用户提供数据接收服务，同时帮助用户监控野外测点硬件系统的运行状态。
澳作公司ENVIdata系列生态环境监测系统是业内首家成功获得 ISO9001国际质量体系认证，于2010年获得 ISO9001 质量认证书，至今全部通过专家的年度复核，确保系统集成的品质
用户采用用户名和密码登陆，只要能上网，就能浏览实时和历史数据.
特点：
1） 生态环境信息以各种时间间隔 （分钟、每小时、每天）发送到网站上。
2） 用户只要能上网，既可浏览实时数据。
3） 中心服务器中文界面，便于操作和管理
4） 提供多参数、实时或历史数据曲线图
5） 系统提供多站点地图显示
ENVIdata 数据服务平台已为国内的客户服务3年，系统稳定、可靠。
3、技术指标
数据采集：
最大扫描速率：25Hz
处理器：采用18位A/D转换器,精度±0.025%
存储：128Mb可无限扩展，内存可存储130,000个读数，可使用PC卡或闪存可（可存储65,000个读数）
U盘存储：兼容USB1.1或USB2.0驱动，每兆约90,000采集数字点
LCD液晶显示，2线16字母的LCD液晶显示和6个按键用于查看通道及数采状态和功能执行
通讯：RS232、USB、以太网等
采样间隔：10ms至天，可自定义
输出值种类：平均值, 最大值, 最小值, 取样值 (Sample), 向量值, 累计值 ( Totalize )等
工作温度范围-45~70℃
时钟精准度：约±1分钟/年0-40℃；约±4分钟/年-40-70℃
供电电压：10~30VDC
工作湿度85%（无水汽凝结）
DT80：
模拟输入：5-15个单端通道（10个差分）
脉冲通道：12个
数字I/O口：8个
DT82E：
模拟输入：2-6个单端通道（4个差分）
脉冲通道：8个
数字I/O口：4个
DT82I：
模拟输入：2-6个单端通道（4个差分）
脉冲通道：8个
数字I/O口：4个
DT85：
模拟输入：12-48个单端通道（32个差分）
脉冲通道：15个
数字I/O口：8个
传感器：
多参数传感器：
风速：
量程：0~60m/s
分辨率：0.1m/s
精度：±0.3 m/s rms @ WG ≤ 5 m/s
±3% rms @ WG > 5 m/s
±5% rms @ WG > 50 m/s
风向：
量程：0~360°
分辨率：1°
精度：±2° @ WG > 2 m/s
空气温度（超声波测量）：
量程：-30~70°C
分辨率：0.1°C
精度：±0.5°C
空气温度：
量程：-30~70°C
分辨率：0.01°C
精度：±0.5°C
空气湿度：
量程：0~100%
分辨率：0.1%
精度：±3%（10~90%）
气压
量程：300~1100hPa
分辨率：0.01hPa
精度：±0.5hPa（20°C）
光照强度
量程：0~150kLux
分辨率：30Lux
精度：±3%的测量值，3 Lux每分钟
降雨量
量程：0~10mm每分钟
分辨率：0.01mm
应用案例
木质部变化或者树皮的膨胀依赖于一天的测量时间，天气、温湿度等条件，这就导致树木茎杆周长的变化是双向的。
由于太阳升起导致蒸腾作用会导致树干周长减小，相应的日落后蒸腾作用结束树干周长会增大，这种双向变化也依赖于天气（是否干燥，降雨）。
树木茎干周长日变化大约在±0.5 mm to±2.5 mm 。树体一天周长变化（D6测量）如下：
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北京澳作生态仪器有限公司
北京澳作生态仪器有限公司是经营土壤水分、植物生理生态、环境监测、温室气体、元素分析等技术的研发和仪器提供的专业公司，同时积极为用户提供产品咨询，方案设计，行业技术动态等各种优质服务。
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热情的澳作人愿与您携手，为中国的科研事业、生态环境改善、节水技术的发展做出更大的贡献。
公司产品：
- 元素分析：EcoChem 激光光谱元素分析仪
- 土壤仪器：管式TDR土壤水分仪、电子张力计、压力膜仪、土壤水分取样器、土壤水势仪、土壤水分曲线分析、土壤粒径分析、土壤呼吸系统、土壤气体传导性研究、土壤水入渗导水率研究、土壤重金属含量分析、土壤通量研究
- 植物仪器：光合仪、茎流计、荧光仪、叶面积仪、气孔计、生长锥、无损检测仪、二维三维脉冲断层测量仪、树木针测仪、年轮分析仪、荧光成像系统
- 环境仪器：气象站、气体监测仪、水质分析仪、微型温湿度记录仪、各种辐射仪、冠层分析仪、光合作用、海拔气压测量
- 节水技术：节水灌溉决策软件、滴灌设备、智能灌溉
- 水文水质：水位计、水质分析仪、 流速仪、水深测量仪
公司地址：北京市海淀区中关村翠湖科技园 · 云中心 高里掌路3号院6号楼1单元一层101A
电 话：010-82675321/22
传 真：010-82623152
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Beijing Aozuo Ecology Instrumentation Ltd.
Aozuo Ecology Instrumentation Ltd is a company selling instruments monitoring soil, plant and environment in China. Our suppliers are form UK, USA, German and Australia.
We have been promoted water-saving technologies in China for many years. We could provide soil moisture instruments, such as TDR, Tensiometer, soil moisture sensor, neutron probe, Gypsum blocks. We also provide software “Prwin” – Irrigation and crop management software to Chinese customers and help them to schedule irrigation.
In the meantime, we provide plant physiology instruments and weather station to Chinese customers.
We hope to cooperate with you in the future.
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