CN109212167B - 一种土壤碳通量在线监测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种土壤碳通量在线监测设备，包括终端监测装置和监测仪，所述终端监测装置包括设置有监测孔的基座、不透光罩体及第一驱动机构、透光罩体及第二驱动机构，不透光罩体和透光罩体上分别设置有监测传感器接口，所述监测仪包括数据采集模块、数据处理单元以及无线通信模块，数据采集模块的监测传感器连接在监测传感器接口上，数据处理单元分别与数据采集模块、无线通信模块以及第一、第二驱动机构相连接，无线通信模块与互联网实现通信。本发明的土壤碳通量在线监测设备能用于监测无光照和有光照下的土壤呼吸情况，有利于进一步研究光照情况与土壤呼吸的关系，对推进陆地生态系统碳通量研究具有重要意义。它还可以实现远程在线监测，节省人力，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及土壤碳通量测量技术领域，具体涉及一种土壤碳通量在线监测设备。
背景技术
土壤呼吸是碳素由陆地生态系统返回大气的主要途径，也是土壤中生命活动的表征，准确测定其释放量是评价生态系统中生物学过程的关键。通过对土壤呼吸及其相关参数的监测，可估测根系和土壤微生物对气候变化的响应。土壤CO2通量在时间和空间上受多种复杂的物理和生物过程影响，长期、连续、准确地测量土壤碳通量，对陆地生态系统碳通量研究具有重要意义。
目前，本领域的相关研究人员在土壤呼吸及其相关参数的监测方面已经取得了一些成果，包括已经研发出的各种土壤碳通量的原位测定设备。然而这些设备均采用透明的监测空间作为研究对象，因此这些设备只能用于研究在自然环境下土壤呼吸的相关参数，无法用于进一步研究参数的变化对土壤呼吸的影响。为了解决这一问题，需要研发一种新的土壤碳通量监测装置。
发明内容
基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种土壤碳通量在线监测设备，该土壤碳通量在线监测设备可用于进一步研究光照与土壤碳通量关系，同时该土壤碳通量在线监测设备还可以实现远程在线监测，无需人员现场值守，解决人员野外现场监测费时费力的问题。
本发明的技术方案在于：一种土壤碳通量在线监测设备，包括终端监测装置和监测仪；
所述终端监测装置包括基座，所述基座的中部设置有监测孔；所述监测孔两旁侧的基座上分别铰接有不透光罩体和透光罩体；所述不透光罩体由第一驱动机构带动其做翻转运动，从而使其能在监测孔上盖合或开启；所述透光罩体由第二驱动机构带动其做翻转运动，从而使其能在监测孔上盖合或开启；所述不透光罩体和透光罩体上分别设置有监测传感器接口；
所述监测仪包括数据采集模块、数据处理单元以及无线通信模块，所述数据采集模块包括用于监测土壤碳通量的监测传感器，所述监测传感器连接在终端监测装置的监测传感器接口上，所述数据处理单元分别与数据采集模块、无线通信模块、第一驱动机构以及第二驱动机构相连接，以便处理和存储数据并发出相应的指令，所述无线通信模块与互联网实现通信；
还包括服务器，服务器经互联网与监测仪通信连接，电脑、手机等智能终端可以通过互联网访问该服务器。
所述监测传感器包括二氧化碳传感器、温度传感器、大气压传感器、湿度传感器和光照传感器等。
进一步，所述基座上布设有若干个透气工艺孔。所述基座包括安装平板和设置在安装平板左右两侧的支撑板。所述基座的安装平板和左右两侧的支撑板是一体成型结构。所述监测孔设置在安装平板的中部，所述安装平板和/或左右两侧的支撑板上开设有透气工艺孔。所述安装平板上均布有若干个圆形的透气工艺孔。所述左右两侧的支撑板上开设有若干个长槽孔。
进一步，所述监测孔的边缘安装有密封环。所述密封环的内径与监测孔的孔径大致相等。所述密封环包括筒状上凸缘和连接在筒状上凸缘下端的喇叭口形外凸缘，所述喇叭口形外凸缘经连接件固定在监测孔的边缘上。所述连接件为铆接件或螺接件。
进一步，所述监测孔的两侧基座上分别设置有铰接座，所述不透光罩体和透光罩体的一侧边缘分别对应铰接在铰接座上。
进一步，所述第一驱动机构和第二驱动机构对应安装在基座上，所述第一、第二驱动机构包括减速电机和驱动臂，所述驱动臂的一端安装在减速电机的驱动转轴上，所述驱动臂的另一端对应铰接在不透光罩体或透光罩体上。
进一步，所述驱动臂包括弯折臂和直臂，所述弯折臂为L型臂。所述弯折臂的后端设置有安装盘，所述安装盘与所述弯折臂是一体成型结构。所述减速电机驱动转轴上安装有动力转盘，所述安装盘与动力转盘重叠，所述安装盘中部设置有中心孔，围绕中心孔的周部设置有若干道弧形槽道，螺接件穿过弧形槽道与动力转盘相连接，从而将动力转盘的动力传动给弯折臂。
进一步，所述弯折臂上开设有工艺孔，在保持弯折臂刚度的情况下，可以节省用料，减轻弯折臂的重量，提高其活动的灵活性。
进一步，所述直臂为可伸缩的弹性直臂。所述直臂包括前叉臂和后叉臂，所述前叉臂的套杆后部伸入后叉臂的套管内，且所述后叉臂的套管内腔中设置有复位弹簧，所述后叉臂的套管管壁上开设有纵向槽道，限位螺栓穿过纵向槽道并与前叉臂的套杆后部相连接。
本发明的有益效果在于：本发明的土壤碳通量在线监测设备除了能用于监测在自然环境下土壤呼吸的相关参数，还能用于监测在无光照条件下土壤呼吸的相关参数，采集到两组对比数据，有利于进一步研究光照情况与土壤呼吸的关系，对推进陆地生态系统碳通量研究具有重要意义。另外，本发明的土壤碳通量在线监测设备还可以实现远程在线监测和控制，通过电脑、手机等智能终端就能实时获取监测数据和控制终端监测装置现场切换不透光罩体和透光罩体等。节省人力和科研成本，提高效率。
附图说明
图1为实施例中土壤碳通量在线监测设备的结构示意图。
图2为实施例中监测仪的电气连接框图。
图3为实施例中终端监测装置的结构示意图。
图4为实施例中基座的结构示意图。
图5为实施例中密封环的结构示意图。
图6为实施例中驱动臂的结构示意图。
标号说明：100－终端监测装置 200－监测仪 300－服务器 400－电脑 500－手机；1－基座 2－监测孔 3－不透光罩体 4－透光罩体 5－第一驱动机构 6－第二驱动机构 7－监测传感器接口 8－透气工艺孔 9－安装平板 10－支撑板 11－铰接座 12－动力源安装座或安装孔 13－密封环 14－筒状上凸缘 15－喇叭口形外凸缘 16－减速电机17－驱动臂 18－弯折臂 19－直臂 20－安装盘 21－中心孔 22－弧形槽道 23－前叉臂24－后叉臂 25－纵向槽道。
具体实施方式
为了使本发明的技术内容能被所属技术领域的一般技术人员所理解，下面结合附图对本发明做详细的说明。
如图1所示，本发明的土壤碳通量在线监测设备包括终端监测装置100、监测仪200和服务器300，服务器300经互联网与监测仪200通信连接，电脑400、手机500等智能终端可以通过互联网访问该服务器300。
如图2所示，所述监测仪200包括数据采集模块、数据处理单元以及无线通信模块，所述数据采集模块包括用于监测土壤碳通量的监测传感器，所述监测传感器包括二氧化碳传感器、温度传感器、大气压传感器、湿度传感器和光照传感器等。所述监测传感器连接在终端监测装置的监测传感器接口上，所述数据处理单元分别与数据采集模块、无线通信模块以及终端监测100的第一驱动机构5和第二驱动机构6相连接，以便处理和存储数据并发出相应的指令，所述无线通信模块与互联网实现通信。所述无线通信模块可采用GPRS无线数据传输模块。
如图3所示，所述终端监测装置100包括基座1，所述基座1的中部设置有监测孔2；所述监测孔2两旁侧的基座1上分别铰接有不透光罩体3和透光罩体4，所述不透光罩体3和透光罩体4均为半球形罩体。所述不透光罩体3由第一驱动机构5带动其做翻转运动，从而使其能在监测孔2上盖合或开启；所述透光罩体4由第二驱动机构6带动其做翻转运动，从而使其能在监测孔2上盖合或开启；所述不透光罩体3和透光罩体4上分别设置有监测传感器接口7。
本发明的终端监测100可以根据研究需要选择使用不透光罩体3或透光罩体4盖在监测孔2上。当需要研究自然环境下土壤呼吸的相关参数时，采用透光罩体4盖在监测孔2上，此时可作为现有的土壤碳通量的监测装置使用。当需要对比研究在缺乏光照情况下的土壤呼吸的相关参数时，可采用不透光罩体3盖在监测孔2上。采集到两组对比数据，有利于进一步研究光照情况与土壤呼吸的关系，对推进陆地生态系统碳通量研究具有重要意义。
如图4所示，所述基座1上布设有若干个透气工艺孔8。所述基座1包括安装平板9和设置在安装平板9左右两侧的支撑板10（侧板）。所述基座1的安装平板9和左右两侧的支撑板10是一体成型结构。在本实施例中，所述监测孔2设置在安装平板9的中部，所述监测孔2的两侧基座1上分别设置有铰接座11，所述不透光罩体3和透光罩体4的一侧边缘分别对应铰接在铰接座11上。所述铰接座11的旁侧基座1上还设置有动力源安装座或安装孔12；所述安装平板9和/或左右两侧的支撑板10上开均设有透气工艺孔8。更具体地讲，所述安装平板9上均布有若干个圆形的透气工艺孔。所述左右两侧的支撑板10上开设有若干个长槽孔。
如图4和图5所示，所述监测孔2的边缘安装有密封环13。所述密封环13的内径与监测孔2的孔径大致相等。所述密封环13包括筒状上凸缘14和连接在筒状上凸缘14下端的喇叭口形外凸缘15，所述喇叭口形外凸缘15经连接件或粘结层固定在监测孔2的边缘上。所述连接件为铆接件或螺接件。
如图3和图6所示，所述第一驱动机构5和第二驱动机构6对应安装在基座1上，所述第一、第二驱动机构包括减速电机16和驱动臂17，所述驱动臂17的一端安装在减速电机16的驱动转轴上，所述驱动臂17的另一端对应铰接在不透光罩体3或透光罩体4上。
如图6所示，所述驱动臂17包括弯折臂18和直臂19，所述弯折臂18为L型臂。所述弯折臂18的后端设置有安装盘20，所述安装盘20与所述弯折臂18是一体成型结构。所述减速电机16驱动转轴上安装有动力转盘，所述安装盘20与动力转盘重叠，所述安装盘20中部设置有中心孔21，围绕中心孔的周部设置有三道弧形槽道22，螺接件穿过弧形槽道与动力转盘相连接，从而将动力转盘的动力传动给弯折臂。
在其他实施例中，为了减轻弯折臂的重量，减少惯性，提高其活动的灵活性。所述弯折臂18上可以开设有工艺孔，在保持弯折臂刚度的情况下，可以节省用料，减轻弯折臂的重量，提高其活动的灵活性。
如图6所示，所述直臂为可伸缩的弹性直臂。所述直臂19包括前叉臂23和后叉臂24，所述前叉臂23的套杆后部伸入后叉臂24的套管内，且所述后叉臂24的套管内腔中设置有复位弹簧，所述复位弹簧的内端顶触在后叉臂24套管的内端壁上，所述复位弹簧的外端顶触在前叉臂23套杆的后端部上，所述后叉臂24的套管管壁上开设有纵向槽道25，限位凸扭或限位螺栓穿过纵向槽道并与前叉臂的套杆后部相连接。
综上所述，本发明的土壤碳通量在线监测设备除了能用于监测在自然环境下土壤呼吸的相关参数，还能用于监测在无光照条件下土壤呼吸的相关参数，采集到两组对比数据，有利于进一步研究光照情况与土壤呼吸的关系，对推进陆地生态系统碳通量研究具有重要意义。同时该土壤碳通量在线监测设备还可以实现远程在线监测，无需人员现场值守，解决人员野外现场监测费时费力的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种土壤碳通量在线监测设备，包括终端监测装置和监测仪；其特征在于：
所述终端监测装置包括基座，所述基座的中部设置有监测孔；所述监测孔两旁侧的基座上分别铰接有不透光罩体和透光罩体；所述不透光罩体由第一驱动机构带动其做翻转运动，从而使其能在监测孔上盖合或开启；所述透光罩体由第二驱动机构带动其做翻转运动，从而使其能在监测孔上盖合或开启；所述不透光罩体和透光罩体上分别设置有监测传感器接口；
所述监测仪包括数据采集模块、数据处理单元以及无线通信模块，所述数据采集模块包括用于监测土壤碳通量的监测传感器，所述监测传感器连接在终端监测装置的监测传感器接口上，所述数据处理单元分别与数据采集模块、无线通信模块、第一驱动机构以及第二驱动机构相连接，以便处理数据并发出相应的指令，所述无线通信模块与互联网实现通信。
2.根据权利要求1所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述基座上布设有若干个透气工艺孔。
3.根据权利要求1所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述监测孔的边缘安装有密封环。
4.根据权利要求3所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述密封环的内径与监测孔的孔径相等。
5.根据权利要求3或4所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述密封环包括筒状上凸缘和连接在筒状上凸缘下端的喇叭口形外凸缘，所述喇叭口形外凸缘经连接件或粘结层固定在监测孔的边缘上，所述连接件为铆接件或螺接件。
6.根据权利要求1所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述监测孔的两侧基座上分别设置有铰接座，所述不透光罩体和透光罩体的一侧边缘分别对应铰接在铰接座上。
7.根据权利要求1所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述第一驱动机构和第二驱动机构对应安装在基座上，所述第一、第二驱动机构包括减速电机和驱动臂，所述驱动臂的一端安装在减速电机的驱动转轴上，所述驱动臂的另一端对应铰接在不透光罩体或透光罩体上。
8.根据权利要求7所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述驱动臂包括弯折臂和直臂，所述弯折臂的后端设置有安装盘，所述减速电机驱动转轴上安装有动力转盘，所述安装盘与动力转盘重叠，所述安装盘上设置有若干道弧形槽道，螺接件穿过弧形槽道与动力转盘相连接。
9.根据权利要求8所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述直臂为可伸缩的弹性直臂。
10.根据权利要求8或9所述的土壤碳通量在线监测设备，其特征在于：所述直臂包括前叉臂和后叉臂，所述前叉臂的套杆后部伸入后叉臂的套管内，且所述后叉臂的套管内腔中设置有复位弹簧，所述后叉臂的套管管壁上开设有纵向槽道，限位螺栓穿过纵向槽道并与前叉臂的套杆后部相连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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