CN212083224U - 一种otc自动开启式光合-呼吸监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种OTC自动开启式光合‑呼吸监测系统，其包括主控机箱和测量箱体，所述主控机箱的内部固定安装有数据采集器、驱动板和接线板；测量箱体内置扩散式红外CO2传感器。本实用新型采用CO2内置式测量技术，通过驱动板控制电推杆的伸缩，实现了测量箱体的上盖平稳打开和关闭，使得电推杆在不同环境中都能保证其正常工作的动力，其中与数据采集器连接通过内部程序自动控制测量箱体在不同时间间隔的开启和闭合功能，避免了传统方式人工干预的重复劳动，实现自动监控自动执行命令的功能，同时数据也可以按规定的时间间隔记录采集，实现了真正的自动化监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物实验技术领域，具体为一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统。
背景技术
很多科研课题需要对野外或温室内单株植物或植物群落(湿地、草原、农田、苔原等)的光合-呼吸、碳通量进行监测，还需要研究群落生理生态、植物表型等，这种情况下需要同时测量土壤、植物在同样光照、温度环境中的呼吸作用、光合作用，这要求必须隔离与外界气体的交换，传统的方法是箱式法，箱式法又分封闭式与开放式，封闭式即把植被的一部分套在一个密封的测定室内，在这样的一个密封系统内，CO2随时间的变化就是CO2通量；开放式的箱体与外界是开放的，测定室内有恒定速率的空气流过，测定流入和流出CO2浓度差值，来计算CO2通量或者是斜率。这种传统方法需要使用气泵、管路等把气体从箱体中抽取出来或者存储到其他器皿中，再用气体分析仪测试CO2或其他气体浓度或百分比。
目前根据上述方法开发出来的仪器设备共同的特点都是可以测量不同植物器官如叶片、土壤光合或呼吸速率等，但缺点是不能长期自动监测，这往往导致在估测整个生态系统的CO2通量时产生较大的误差。比如这种传统的箱式法是通过气体抽样抽取带回实验室进行分析，即气相色谱法，或者是通过管路抽气到气体分析仪中，这样最大的缺点就是数据不能保证及时效果，即数据的实效性，每隔一定的时间段就得去采样，有时甚至几分钟就的去采样，工作量很大，同时用气泵将气流从呼吸室中抽样到分析仪中，由于气路距离较长导致响应时间慢、容易发生气滞现象、水汽容易在气管中凝结、气流管路系统放置野外容易被损坏，而且冷凝水会直接导致所测CO2浓度或百分比的不准确性。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，包括主控机箱和测量箱体，所述主控机箱的内部固定安装有数据采集器、驱动板和接线板，所述测量箱体包括下半箱和上盖，所述上盖转动连接在下半箱的侧面，所述下半箱的内部固定安装有电推杆，所述电推杆远离下半箱的一端转动连接在测量箱体的内壁上，所述下半箱的内部固定连接有固定杆，所述固定杆的外壁上固定安装有PAR和温湿度传感器和红外CO2传感器。
可选的，所述主控机箱的外壁上固定连接有外接柱，所述外接柱的一端固定安装在地面上，所述外接柱的上方固定安装有太阳能板,所述太阳能板连接有储能胶体蓄电池，所述储能胶体蓄电池放置在地面上。
可选的，所述下半箱和上盖均包括边框和侧板，所述侧板固定安装在边框的中部，所述边框和侧板的材质分别为工业型铝材和透明亚克力。
可选的，所述边框上固定安装有转动架，所述转动架的内部转动连接有电推杆，所述转动架位于上盖的中心。
可选的，所述数据采集器与驱动板和接线板均电性连接，所述接线板与电推杆、PAR和温湿度传感器和红外CO2传感器均通过导线相连接。
可选的，所述主控机箱的内部包括有电源模块、数据采集模块和无线传输模块，所述电源模块与储能胶体蓄电池电性连接，所述数据采集模块的输入端通过接线板与PAR和温湿度传感器和红外CO2传感器相连接，所述数据采集模块输出端连接驱动板控制箱体内电推杆，所述无线传输模块连接有控制终端。
本实用新型提供了一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，具备以下有益效果：
1、该OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，通过驱动板控制电推杆的伸缩，实现了测量箱体的下半箱和上盖平稳打开和关闭，使得电推杆在不同环境中都能保证其正常工作的动力，其中与数据采集器连接通过内部程序自动控制测量箱体在不同时间间隔的开启和闭合功能，避免了传统方式人工干预的重复劳动，实现自动监控自动执行命令的功能，同时数据也可以按规定的时间间隔记录采集，实现了真正的自动化监测。
2、该OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，通过采用红外CO2传感器测量二氧化碳浓度，相比传统的气相色谱分析或者气体分析仪更加高效，操作更加简单，测量灵敏度高，可用于痕量分析，精度和准确度高，同时可以实时监测出数，适合生态领域现场监测、持续性监测，摒弃了传统的用气泵将气流从箱体内抽样至气体分析仪中的测量方式，避免了由于气路连接较长导致响应时间慢、容易发生气滞现象、水汽容易在气管中凝结、气流管路系统放置野外容易被损坏等各种问题，提高了检测的时效性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型数据采集器控制驱动板启动的电路连接图；
图3为本实用新型数据采集器的系统模块图。
图中：1、主控机箱；2、测量箱体；201、边框；202、侧板；3、数据采集器；4、驱动板；5、接线板；6、太阳能板；7、下半箱；8、上盖；9、转动架； 10、电推杆；11、固定杆；12、PAR和温湿度传感器；13、红外CO2传感器；14、储能胶体蓄电池。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，包括主控机箱1和测量箱体2，主控机箱1的内部固定安装有数据采集器3、驱动板4和接线板5，数据采集器3与驱动板4和接线板5均电性连接，接线板5与电推杆10、PAR和温湿度传感器12和红外CO2传感器13 均通过导线相连接，主控机箱1的外壁上固定连接有外接柱，外接柱的一端固定安装在地面上，外接柱的上方固定安装有太阳能板6，太阳能板6连接有储能胶体蓄电池14，储能胶体蓄电池14放置在地面上，太阳能板6通过电源模块给储能胶体蓄电池14充电，储能胶体蓄电池14再通过电源模块给数据采集器和传感器提供电能，使得该装置适用于野外无法连接电源的场所，主控机箱1的内部包括有电源模块、数据采集模块和无线传输模块，各个功能分布明确，便于维护和检修，主控机箱1模块化轨道式安装，16/32/64电压信号输入模拟通道可选和4/8计数通道，输入范围可选最低20mA到2.5V的量程，分别率16bit，支持连接16或32个RTD型温度传感器，可编程开关等，电源模块与和储能胶体蓄电池14电性连接，数据采集模块的输入端通过接线板5与PAR和温湿度传感器12和红外CO2传感器13相连接，数据采集模块输出端连接驱动板4控制箱体内电推杆10，无线传输模块连接有控制终端，主控机箱1的一侧固定连接有多通道扩展板，16/32/64电压信号输入模拟通道可选和4/8计数通道，输入范围可选最低20mA到2.5V的量程，分别率16bit，支持连接16或32个RTD型温度传感器，可编程开关等可以连接多个箱体传感器，测量箱体2包括下半箱7 和上盖8，下半箱7和上盖8均包括边框201和侧板202，侧板202固定安装在边框201的中部，边框201和侧板202的材质分别为工业型铝材和透明亚克力，边框201上固定安装有转动架9，转动架9的内部转动连接有电推杆10，转动架9位于上盖8的中心，电推杆10的伸缩带动上盖8与下半箱7开合，传统的方法采用的是304K不锈钢做边框201，比较笨重，不易安装拆卸，本方案的边框201结构为工业铝型材，工业铝型材表面经过氧化后，外观非常漂亮，且耐脏，一旦涂上油污非常容易清洗，不需要焊接，较环保，而且安装、拆卸，轻巧便于携带、搬移极为方便，而且可以根据不同客户需求便于定制不同规格尺寸的测量箱体2大小，侧板202材质采用透明亚克力，透光性佳，耐候及耐酸碱性能好，不会因长年累月的日晒雨淋，而产生泛黄及水解的现象，寿命长，抗冲击力强，适合安装在特别需要安全的地带，自重轻便于安装和搬运，可塑性强，造型变化大，加工成型容易，上盖8转动连接在下半箱7的侧面，下半箱7的内部固定安装有电推杆10，电推杆10采用的是现在比较流行电动推杆又名直线驱动器，主要是由电机推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，可以认为是旋转电机在结构方面的一种延伸，可用于各种简单或复杂的工艺流程中作为执行机械使用，以实现远距离控制、集中控制或自动控制，特点是设计新颖精致、体积小、精度高、完全同步、自锁性能好、卫生，电机直接驱动，不需要管道的气源、油路，通过驱动板4的电路设置保证测量箱体2 内部旋转电机的正常和正反转运行，从而带动电推杆10伸缩，数据采集器3与驱动板4之间通过可编程开关连接，用于连接驱动电路板，可以通过数据采集器编程控制电机按各个时间段运行工作，免除了人工操作，实现了自动一体化，电推杆10远离下半箱7的一端转动连接在测量箱体2的内壁上，下半箱7的内部固定连接有固定杆11，固定杆11的外壁上固定安装有PAR和温湿度传感器 12和红外CO2传感器13，红外CO2传感器13直接置于测量箱体2的内部，红外CO2传感器13直接监测测量箱体内的温度、CO2浓度等参数，没有测量箱体外的气路，不会因为抽样到测量箱体外的过程中温度、湿度乃至CO2浓度的变化滞留等影响实际数据的准确度和实效性，相比之前的气体抽样和气相色谱法分析，采用红外CO2传感器13的优点是实时监测出数，是一种精准的现场测量传感器，内置温度校准，并且可选气压、湿度、氧气等参数补偿，相比传统的气相色谱法其优点是高效，选择性好，操作简单，灵敏度高，可用于痕量分析，红外监测可以不经预处理，直接检测各种类型的样品，除液体外，其中还有其他传感器可以配置，比如RAR传感器、温湿度传感器、CO2传感器等等，整套系统因为没有气泵或者压缩机，所以整体运行噪音很小，只有电推杆10的电机微弱的电机声，大约在20-30分贝，在测量箱体2打开或闭合期间是完全静音的，用户可以设置时间间隔，系统自动打开或关闭测量箱体2的上盖8；只要安装到位即可长时间无人值守监测，大大的提高了实验的效率和准确度，节省人力的重复劳动，同时还可以多个相同的测量箱体2在相同的时间同时监测，摒弃了之前耗时耗力不能在不同的地方同时采样的问题，测量原理为间歇式测量，即测量箱体2闭合后系统自动按预先设置的采集时间间隔记录箱体的CO2浓度变化数据，测量箱体2打开后继续按采集间隔采集数据，通过公式：
获取CO2浓度，通过CO2的变化斜率可反应植物、土壤的光合作用或呼吸作用的强度，另一方面，箱盖自动开启以“换气”使箱体保持新鲜的空气，如此循环往复测量，开闭时间可根据不同植物、不同土壤的呼吸或光合强度进行设置调整。
综上，该OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，使用时，首先，太阳能板6 给主控机箱1中的数据采集器3提供电能，数据采集器3通过驱动板4连接在接线板5上，接线板5通过导线与电推杆10、PAR和温湿度传感器12和红外CO2传感器13电性连接，其次，电推杆10的伸缩带动上盖8沿下半箱7转动，从而使得测量箱体2可以开合，最后，PAR和温湿度传感器12和红外CO2传感器13将所测得的数据传输给数据采集器3中，并通过数据采集器3中的无线传输模块将所测量的数据传输至监控终端，即可。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，包括主控机箱(1)和测量箱体(2)，其特征在于：所述主控机箱(1)的内部固定安装有数据采集器(3)、驱动板(4)和接线板(5)，所述测量箱体(2)包括下半箱(7)和上盖(8)，所述上盖(8)转动连接在下半箱(7)的侧面，所述下半箱(7)的内部固定安装有电推杆(10)，所述电推杆(10)远离下半箱(7)的一端转动连接在测量箱体(2)的内壁上，所述下半箱(7)的内部固定连接有固定杆(11)，所述固定杆(11)的外壁上固定安装有PAR和温湿度传感器(12)和红外CO2传感器(13)。
2.根据权利要求1所述的一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，其特征在于：所述主控机箱(1)的外壁上固定连接有外接柱，所述外接柱的一端固定安装在地面上，所述外接柱的上方固定安装有太阳能板(6),所述太阳能板(6)连接有储能胶体蓄电池(14)，所述储能胶体蓄电池(14)放置在地面上。
3.根据权利要求1所述的一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，其特征在于：所述下半箱(7)和上盖(8)均包括边框(201)和侧板(202)，所述侧板(202)固定安装在边框(201)的中部，所述边框(201)和侧板(202)的材质分别为工业型铝材和透明亚克力。
4.根据权利要求3所述的一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，其特征在于：所述边框(201)上固定安装有转动架(9)，所述转动架(9)的内部转动连接有电推杆(10)，所述转动架(9)位于上盖(8)的中心。
5.根据权利要求1所述的一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，其特征在于：所述数据采集器(3)与驱动板(4)和接线板(5)均电性连接，所述接线板(5)与电推杆(10)、PAR和温湿度传感器(12)和红外CO2传感器(13)均通过导线相连接。
6.根据权利要求2所述的一种OTC自动开启式光合-呼吸监测系统，其特征在于：所述主控机箱(1)的内部包括有电源模块、数据采集模块和无线传输模块，所述电源模块与储能胶体蓄电池(14)电性连接，所述数据采集模块的输入端通过接线板(5)与PAR和温湿度传感器(12)和红外CO2传感器(13)相连接，所述数据采集模块输出端连接驱动板(4)控制箱体内电推杆(10)，所述无线传输模块连接有控制终端。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117647626A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-03-05 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种田间原位多区同步监测温室气体通量的装置及方法 |
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2020
- 2020-03-25 CN CN202020395637.6U patent/CN212083224U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117647626A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-03-05 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种田间原位多区同步监测温室气体通量的装置及方法 |
| CN117647626B (zh) * | 2024-01-25 | 2024-04-26 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种田间原位多区同步监测温室气体通量的装置及方法 |
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