1 背景
莖流、葉溫、莖粗變化是植物的重要生理指標(biāo)，而光照、土壤濕度、空氣溫濕度是影響重要指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)境因子。樹木液流的日變化呈單峰格型，不同胸徑樹木的液流日變化格型有很大差異，前人對液流和樹形的研究有些僅著眼于液流瞬時值水平，缺少對液流整體格局特征的認(rèn)識，也有用樹形分級的方法對液流和樹形關(guān)系進(jìn)行探討，但該方法存在尺度擴(kuò)展過程中容易引起誤差的缺點。
當(dāng)根系吸水充足時莖干膨脹，虧缺時莖干收縮。因而可以用莖直徑變化反應(yīng)植株體內(nèi)水分狀況變化。
該系統(tǒng)通過莖流大小測試植株的耗水量，通過葉溫預(yù)報植物需水量，利用植物器官（莖、葉、果實等）體積微變化動態(tài)反應(yīng)植物體內(nèi)水分狀況，廣泛用于植物水分利用、水量平衡、能量平衡、灌溉等研究領(lǐng)域。
2 系統(tǒng)工作原理及特點
ENVIdata-DT 植物莖流葉溫莖粗氣象（生理生態(tài)）監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、莖流傳感器、冠層葉溫傳感器、作物莖桿變化或樹木生長傳感器及氣象傳感器組成。按用戶設(shè)定的測量間隔定時、自動測量莖流、葉溫和生長參數(shù)。
該系統(tǒng)通過Internet傳輸數(shù)據(jù)，用戶無需到測點下載數(shù)據(jù)，只要能上網(wǎng)，可隨時查看系統(tǒng)運行情況、下載和歷史數(shù)據(jù)。
2.1 傳感器
2.1.1 TDP熱擴(kuò)散莖流傳感器
應(yīng)用熱擴(kuò)散原理，測量不同樹種的莖流量。該原理能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測莖流，并且受環(huán)境因素的干擾相對小。探頭適用于直徑75mm以上的樹干，安裝容易，可以重復(fù)使用。TDP-30和TDP-50每個探頭占用一個單端模擬通道，TDP-80每個探頭占用兩個單端模擬通道。安裝工具隨探頭提供。
SG系列探頭應(yīng)用熱平衡原理，多種尺寸系列可以適于安裝在直徑2.1至175mm的草本或木本植物莖干上。該探頭無需校正，不用穿刺到樹干中。每個探頭占用3個單端模擬通道。探頭所需的安裝附件隨探頭提供。
系統(tǒng)配有電壓調(diào)節(jié)器為探頭供電，可以同時輸出兩種不同的電壓，功率能夠滿足所有探頭的耗電量。
SF1包裹式莖流傳感器：導(dǎo)出以g/h為單位的莖流量； |
傳感器類型 | 示例產(chǎn)品 | 莖桿直徑范圍（mm） | 高度（mm） | 加熱器電壓 | 功耗（W） | 包裹范圍（名義上直徑） |
微傳感器 | D\SGA3 | 2.7 ~ 4.0 | 35 | 2.3 | 0.05 | 2、3、5 |
莖桿傳感器 | D\SGA13 | 12 ~ 16 | 70 | 4.0 | 0.15 | 9、10、13、16、19、25 |
樹干傳感器 | D\SGB50 | 45 ~ 65 | 305 | 6.0 | 1.4 | 35、50、70、100 |
數(shù)據(jù)采集器輸入（每個傳感器）：3DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加熱器電壓，全量程<10V）；纜線：標(biāo)準(zhǔn)1.5米（8芯，帶接頭）；纜線可擴(kuò)展 |
SV1 TDP莖流速傳感器：導(dǎo)出以cm/h為單位的莖流速； |
傳感器類型 | 針長/直徑(mm) | 樹干直徑范圍（mm） | 垂直空間 | 加熱器電壓 | 功耗（W） | 樣品木質(zhì)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 | 超過180 | 40mm | 7.5 | 0.5 | > 80 mm |
數(shù)據(jù)采集器輸入（每個傳感器）：1DIF通道（全量程<1mV），1SE通道（用于加熱器電壓，全量程zui大10V）；纜線：標(biāo)準(zhǔn)3米（5或6芯，帶接頭）；纜線可擴(kuò)展 |
*澳作研發(fā)的通道擴(kuò)展板：功能強大，精度高（與進(jìn)口數(shù)據(jù)采集器精度相同），可接多路傳感器（數(shù)量不受限制）。 |
*多路電源供應(yīng)：使用可調(diào)式電壓調(diào)節(jié)分配器，針對不同傳感器輸出不同范圍電壓 |
2.1.2 紅外葉溫測量
紅外葉溫傳感器是基于斯特藩-玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzmann law）
特點：測量植物冠層、土壤、水面等溫度
技術(shù)指標(biāo)：
測量范圍：-10…65℃
精度：-10…+65℃, ±0.2℃
-40…+70℃ , ±0.5℃
工作溫度：-55….+80℃ 0…* RH
2.1.3莖粗傳感器
D6 樹木胸徑傳感器
D6樹木生長應(yīng)變傳感器用于連續(xù)、高精度、自動測量樹木的周長變化。體積小、重量輕，可輕松安裝在樹干上，對樹皮或樹木的生長沒有任何損害。
整個傳感器象帶子一樣纏繞樹木，用彈簧定位。樹木尺寸的變化直接傳遞到傳感器,瞬時記錄樹木對環(huán)境影響的反應(yīng)、樹皮的膨脹、導(dǎo)管水位或細(xì)胞分裂等。
樹木尺寸變化通過帶子傳遞到傳感器，在應(yīng)變傳感器中轉(zhuǎn)換成電阻信號。帶子受溫度影響很小。帶子和樹皮間有一個特富龍層，減少帶子的摩擦力，同時確保帶子不受結(jié)冰、樹脂或結(jié)疤的影響。
特點：
l 連續(xù)、高精度測量樹木的周長變化
l 安裝簡單，無需破壞樹皮或影響樹木的生長
l 測量樹木生長的日變化，精度達(dá)5um
l zui小化測量帶與樹皮間的摩擦力及溫度的影響
l 調(diào)節(jié)測量帶，可輕松擴(kuò)大測量范圍
2.1.1 氣象傳感器
Thies多參數(shù)傳感器
傳感器高度集成，可測多種參數(shù)。風(fēng)向風(fēng)速采用*的超聲技術(shù)，內(nèi)置GPS接收功能。長時間使用而無需維護(hù)。特別適用于沿?；蛴星治g的地區(qū)。
測量參數(shù)：風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度（超聲波測量）、空氣濕度、氣壓、光照強度、降雨量。
信號輸出：
數(shù)字信號輸出
端口：RS485/422
波特率：1200~921600波特率
輸出：瞬時值，平均值
輸出頻率：10到0.1HZ
通訊協(xié)議：ASCLL,MODBUS-RTU
模擬信號輸出
輸出：0~10V,2~10V瞬時值，平均值
輸出間隔：10ms
精度：16bit
結(jié)構(gòu)功能
2.2、數(shù)據(jù)采集器
DT系列數(shù)據(jù)采集器是一款堅固、獨立、低能耗的數(shù)據(jù)采集器，具有支持U盤、18位分辨率、通訊性能可擴(kuò)展及內(nèi)嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時使用多達(dá)10個隔離或15個共用參考模擬輸入，配置擴(kuò)展模塊后zui多可通道可擴(kuò)展至600個。
DT系列數(shù)據(jù)支持SDI-12傳感器組網(wǎng)，支持SCADA系統(tǒng)的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。工作溫度zui低可達(dá)-45℃。
2.3、ENVIdata數(shù)據(jù)傳輸和管理
該系統(tǒng)直接將數(shù)據(jù)傳送到/span> (中國生態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng))上，通過對監(jiān)測的生態(tài)環(huán)境因子的時序變化和相關(guān)性分析，確定監(jiān)測對象的狀態(tài)發(fā)展。
ENVIdata 服務(wù)器軟件既可以作為獨立的應(yīng)用軟件，運行在用戶的服務(wù)器上；也可以運行在澳作公司安全的服務(wù)器上，為多個用戶提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)，同時幫助用戶監(jiān)控野外測點硬件系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
澳作公司ENVIdata系列生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)成功獲得 ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，于2010年獲得 ISO9001 質(zhì)量認(rèn)證書，至今全部通過專家的年度復(fù)核，確保系統(tǒng)集成的品質(zhì)
用戶采用用戶名和密碼登陸，只要能上網(wǎng)，就能瀏覽實時和歷史數(shù)據(jù)
特點：
1） 生態(tài)環(huán)境信息以各種時間間隔 （分鐘、每小時、每天）發(fā)送到上。
2） 用戶只要能上網(wǎng)，既可瀏覽實時數(shù)據(jù)。
3） 中心服務(wù)器中文界面，便于操作和管理
4） 提供多參數(shù)、實時或歷史數(shù)據(jù)曲線圖
5） 系統(tǒng)提供多站點地圖顯示
ENVIdata 數(shù)據(jù)服務(wù)平臺已為國內(nèi)的客戶服務(wù)3年，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。
3、技術(shù)指標(biāo)
數(shù)據(jù)采集：
zui大掃描速率：25Hz
處理器：采用18位A/D轉(zhuǎn)換器,精度±0.025%
存儲：128Mb可無限擴(kuò)展，內(nèi)存可存儲130,000個讀數(shù)，可使用PC卡或閃存可（可存儲65,000個讀數(shù)）
U盤存儲：兼容USB1.1或USB2.0驅(qū)動，每兆約90,000采集數(shù)字點
LCD液晶顯示，2線16字母的LCD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數(shù)采狀態(tài)和功能執(zhí)行
通訊：RS232、USB、以太網(wǎng)等
采樣間隔：10ms至天，可自定義
輸出值種類：平均值, zui大值, zui小值, 取樣值 (Sample), 向量值, 累計值 ( Totalize )等
工作溫度范圍-45~70℃
時鐘精準(zhǔn)度：約±1分鐘/年0-40℃；約±4分鐘/年-40-70℃
供電電壓：10~30VDC
工作濕度85%（無水汽凝結(jié)）
DT80：
模擬輸入：5-15個單端通道（10個差分）
脈沖通道：12個
數(shù)字I/O口：8個
DT82E：
模擬輸入：2-6個單端通道（4個差分）
脈沖通道：8個
數(shù)字I/O口：4個
DT82I：
模擬輸入：2-6個單端通道（4個差分）
脈沖通道：8個
數(shù)字I/O口：4個
DT85：
模擬輸入：12-48個單端通道（32個差分）
脈沖通道：15個
數(shù)字I/O口：8個
傳感器：
葉溫：紅外原理，測量范圍：-10…65℃
精度：-10…+65℃, ±0.2℃ ; -40…+70℃ , ±0.5℃
工作溫度：-55….+80℃ 0…* RH
樹木莖粗：測量范圍：50mm，精度：5um
數(shù)據(jù)傳輸：ENVIdata internet 連續(xù)、在線接收數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)輸出：實時傳輸，網(wǎng)上下載，同時郵件傳送
數(shù)據(jù)格式：文本、曲線、地圖顯示，一屏可同時顯示兩個參數(shù)
氣象：Thies多參數(shù)傳感器：
風(fēng)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
風(fēng)向：
量程：0~360°
分辨率：1°
精度：±2° @ WG > 2 m/s
空氣溫度（超聲波測量）：
量程：-30~70°C
分辨率：0.1°C
精度：±0.5°C
空氣溫度：
量程：-30~70°C
分辨率：0.01°C
精度：±0.5°C
空氣濕度：
量程：0~*
分辨率：0.1%
精度：±3%（10~90%）
氣壓
量程：300~1100hPa
分辨率：0.01hPa
精度：±0.5hPa（20°C）
光照強度
量程：0~150kLux
分辨率：30Lux
精度：±3%的測量值，3 Lux每分鐘
降雨量
量程：0~10mm每分鐘
分辨率：0.01mm
4、 應(yīng)用案例
木質(zhì)部變化或者樹皮的膨脹依賴于一天的測量時間，天氣、溫濕度等條件，這就導(dǎo)致樹木莖桿周長的變化是雙向的。
由于太陽升起導(dǎo)致蒸騰作用會導(dǎo)致樹干周長減小，相應(yīng)的日落后蒸騰作用結(jié)束樹干周長會增大，這種雙向變化也依賴于天氣（是否干燥，降雨）。
樹木莖干周長日變化大約在±0.5 mm to±2.5 mm 。樹體一天周長變化（D6測量）如下：
