基于温度激励的植物茎流采集系统的研究

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1、分类号密级基于温度激励的植物茎流采集系统的研究研究生姓名：刘丹指导教师姓名、职称：龙永红教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学二〇一五年六月十二日分类号密级.基于温度激励的植物茎流采集系统的研究ResearchonAcquisitionSystemofPlantSapBasedoilTemperatureExcitation研究生姓名：刘丹指导教师姓名、职称：龙永红教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术及系统论f答辩日期id答辩委员会主席.湖南工业大学二〇一五年六月十二日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所

2、呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果D除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：糾4日期：年6月A日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以釆用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名:^日期.年&

3、月日摘要树干边材液流速率是研究整株树木蒸腾规律的重要指标。目前主要的测量方法中，热扩散法和热脉冲法由于需要获取零茎流速率参照值，根据经验公式来推算茎流速率，存在引入误差和在不同树种间通用性差等缺陷；另外现有市场上的茎流测量产品存在价格昂贵、稳定性不好等问题。针对上述问题，本文研究了一种改进热脉冲法的测量技术，基于热示踪原理，设计了一种“温度峰-峰值”茎流测量方法，克服了标准参数获取、通用性差等问题，并开发了一套完整的植物茎流采集系统设备，采用便携式结构，传感器安装简便。本文研究内容包括以下几个方面：（1）根据“温度峰-峰值”测量方法的需求，设计了一种插针式茎流传感器，通过优

4、化结构设计，实现了传感器热量注入的高精度、可重现性控制以及边材液流温度变化的高灵敏度感知；设计了相应的传感器信号处理电路和数据采集模块，并基于MCGS组态软件设计上位机系统。（2）通过分析树干边材液流的特征，结合实际试验总结边材液流传导热量引起温升曲线的变化特点，设计了高频率采样、门限检测、软件滤波、多次校验的峰值捕捉方法，在北京市农林科学院内以杨树、梧桐树、枣树、侧柏四个树种为样本进行的测试结果表明观察“峰-峰值”现象的最佳间距为30mm到35mm。（3）研究植物伤口机理、环境因子对测量精度的影响，根据Swanson等提出的数值计算模型模拟热对流及传导现象得出的伤口修正模

5、型，对误差进行修正。通过搭建模拟测量系统和实体测量对系统进行测试：模拟测量结果与实际流速之间的差值低于0.01mm/s；以杨树为样本进行的多组实体测量结果显示，测量数据重复性好，日茎流变化趋势一致，表明本文设计的茎流传感器及其数据采集系统稳定可靠。关键词：植物茎流，峰-峰值，传感器，数据采集IABSTRACTThestem-flowspeedonthesapwoodisanimportantindicatoroftranspirationrateofawholetree.Amongthecurrentmajormeasurements,thermaldiffusionmet

6、hodandthermalpulsemethodneedtogetzero-stem-flowspeedreference,andcalculatestemflowaccordingtotheempiricalformula,sotheytendtoimportbigerrorandhavegrossuniversalitybetweendifferenttreespecies;asfortheexistedstem-flowproducts,theseusuallyareexpensiveandunstable.Targetingatallthosedrawbacksab

7、ove,inthisthesiswepresentanimprovedthermalpulsemethodbasedonheattracerprinciple–called“temperaturepeak-to-peakvalue”measurementwhichcanavoidtheacquisitionofstandardparameter,andovercometheproblemofpoorgenerality,anddevelopasetofcompletestem-flowcollectingdevic