多功能小型碳匯測量同化箱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能小型碳匯測量同化箱裝置。本發(fā)明中箱體為圓柱型，分成頂蓋、上箱體、下箱體、底板四個部分。制冷系統(tǒng)中，換熱器安裝在下箱體內箱壁上，其進出水端口接通水嘴接頭后與通水管道相連，通水管道與水箱相連。氣體調節(jié)系統(tǒng)中，通氣管道由進氣閥門、排氣閥門和PVC管構成，分為進氣管道和排氣管道；鼓風機與進氣管道相連，排氣管道安裝在箱體另一側；氣泵與環(huán)形氣孔管道相連。澆灌系統(tǒng)中，水箱與通水管道相連，通水管道與環(huán)形滴頭相連。監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測控制單元通過信號管道、航空接頭與箱內的傳感器相連，傳感器安裝在傳感器支架上。本發(fā)明在氣體交換時不會對短期的氣體波動做出敏感反應，具有密閉性好，自動化程度高優(yōu)點。
【專利說明】 多功能小型碳匯測量同化箱裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳匯同化箱裝置，尤其是涉及一種多功能小型碳匯測量同化箱裝置。

【背景技術】
[0002]全球氣候變化問題日益突出，它將導致生態(tài)系統(tǒng)退化、自然災害頻發(fā)等全球性災難，直接威脅到人類的生存和發(fā)展。其中溫室效應是引起全球氣候變化的一個重要原因，而二氧化碳的過量排放是引起溫室效應的主要原因，因此在經濟發(fā)展的同時降低經濟增長所帶來的二氧化碳排放量，探索低碳發(fā)展道路已經成為全球共識。
[0003]森林碳匯是指森林植物吸收大氣中的C02并將其固定在植被或土壤中，從而減少該氣體在大氣中的濃度。碳匯計量是對森林碳匯能力的評價。國內外研究學者對森林碳匯計量進行了大量的研究，目前森林碳匯計量的主要方法有:樣地清查法、渦度相關法。樣地清查法計量誤差大，只能靜態(tài)測量，憑經驗選取經驗值或換算因子，容易忽視其他因素；渦度相關法系統(tǒng)復雜，數據處理繁瑣，對儀器精度和操作人員要求高。為了克服以上方法的缺點，有學者提出了箱式法:將被測植物及其所需的生長環(huán)境密封在箱體中，通過測定單位時間箱體內氣體濃度的變化來研究植物的碳匯量。早在上世紀70年代日本武田友四郎研制的大型同化箱用于測定水稻的光合作用。美法等發(fā)達國家在上世紀70?80年代已應用紅外線吸收法和小封閉室技術(類似于小型同化箱)測定森林群落C02濃度變化，來推算群落總呼吸量。也有學者采用透明箱，測定生態(tài)系統(tǒng)與大氣間的0)2交換量。國內利用大型同化箱測定草原群落的光合、呼吸作用。但這些同化箱只適用于平坦地區(qū)的農田及草原，不適合在森林生態(tài)系統(tǒng)中應用。傳統(tǒng)的同化箱裝置主要由金屬框架和透明塑料膜構成，未能充分考慮箱內外的溫度、氣體流動等環(huán)境差異，屬于開路或半開路式系統(tǒng)，箱體存在密封效果不佳的缺點。此外，傳統(tǒng)的箱式法參數測定需要人工操作，難以長期連續(xù)自動觀測。


【發(fā)明內容】

[0004]針對傳統(tǒng)同化箱裝置的不足，本發(fā)明提供了一種碳匯測量精度較高、自動化程度高、操作方便的多功能小型碳匯測量同化箱裝置。
[0005]為實現以上技術目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
該系統(tǒng)由同化箱箱體、制冷系統(tǒng)、氣體調節(jié)系統(tǒng)、澆灌系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)五個部分組成。
[0006]所述同化箱箱體為圓柱形，由頂蓋、上箱體、下箱體、底板四大部分組成。利用金屬鎖扣和密封條分別將上箱體與下箱體以及下箱體與底板緊密的連接在一起，既方便箱體的安裝和拆卸，也保證了箱體的密閉性；利用金屬鎖扣將底板固定在推車上，保證設備移動或實驗過程中的穩(wěn)固性；箱體材料選用透光率高、散熱性好的亞克力板。
[0007]所述制冷系統(tǒng)包括換熱器、水箱、冷水機。將兩個換熱器安裝在下箱體內箱壁，其進出水端口接通銅質水嘴接頭后與通水管道一端相連，通水管道另一端與水箱相連，水箱與冷水機相連，構成一個完整的制冷系統(tǒng)。本方案采用水冷循環(huán)的降溫方法，即利用冷水機送出的冷水在換熱器中流動帶走熱量，又回到冷水機中，經過處理后又變?yōu)槔渌?，如此循環(huán)，使箱內外溫度一致。換熱器散熱功率高達1000W，能很好地解決同化箱箱內溫度過高的問題。
[0008]所述氣體調節(jié)系統(tǒng)包括氣泵、排氣管道、環(huán)形氣孔管道、進氣閥門、排氣閥門、進氣管道、鼓風機。本方案中設計了兩個通氣管道，一個是進氣管道，一個是排氣管道，由進氣閥門和排氣閥門分別與PVC管連接構成；氣泵與環(huán)形氣孔管道相連用于箱內氣體混勻，鼓風機與進氣管道相連，結合排氣管道用于箱體內外氣體交換。
[0009]所述灌溉系統(tǒng)包括水箱、通水管道、環(huán)形滴頭。水箱與通水管道相連，再連接環(huán)形滴頭，構成完整的澆灌系統(tǒng)，保證了水分、養(yǎng)料直接均勻地施到被測植物根系層，較準確地實現了自動控制灌水量。
[0010]所述監(jiān)測系統(tǒng)包括航空接頭、監(jiān)測控制單元、信號管道、橡膠手套、傳感器支架、光照度傳感器、co2濃度傳感器、溫濕度傳感器、樹徑傳感器、葉厚傳感器、精密電子秤。監(jiān)測控制單元通過信號管道、航空接頭與箱內光照度傳感器、co2濃度傳感器、溫濕度傳感器、樹徑傳感器、葉厚傳感器、精密電子秤相連，各傳感器安裝在傳感器支架上。其中環(huán)境參數精密測量儀用于測量箱內的環(huán)境參數，即光照度、co2濃度、溫濕度；通過氣體調節(jié)系統(tǒng)改變箱內的主要環(huán)境參數使之與箱外的大氣環(huán)境相似；再通過植物參數精密測量儀測量樹徑變化量、葉片厚度、植物重量。另外，在下箱體內箱壁上安裝了橡膠手套作為系統(tǒng)的輔助設備，以便于調整箱內被測植物或傳感器位置。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:具有較高測量精度，可得到較為可靠的測量數據，且移動方便，便于測量者選取不同的測量地點；可實現獨立自主地參數測量并存儲，無需操作人員在場操作，自動化程度高；所有系統(tǒng)利用移動電源供電，具有輕便、小巧，便于移動使用的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為多功能小型碳匯測量同化箱裝置的示意圖。
[0013]圖中:1、橡膠手套；2、C02濃度傳感器；3、溫濕度傳感器；4、進氣管道；5、鼓風機；6、光照度傳感器；7、樹徑傳感器；8、葉厚傳感器；9、頂蓋；10、傳感器支架；11、被測植物；12、上箱體；13、排氣管道；14、下箱體；15、通水管道；16、第一水箱；17、冷水機；18、第二水箱；19、換熱器；20、精密電子秤；21、氣泵；22、底板；23、監(jiān)測控制單元。
[0014]圖2為同化箱箱體的主視圖。
[0015]圖中:9、頂蓋；12、上箱體；14、下箱體；22、底板；24、密封條；25、金屬鎖扣。
[0016]圖3為制冷系統(tǒng)結構圖。
[0017]圖中:17、冷水機；18、第二水箱；19、第一換熱器；26、第二換熱器。
[0018]圖4為氣體調節(jié)系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖中:4、進氣管道；5、鼓風機；9、頂蓋；12、上箱體；13、排氣管道；14、下箱體；21、氣泵；22、底板；27、排氣閥門；28、環(huán)形氣孔管道；29、進氣閥門。
[0020]圖5為監(jiān)測及灌溉系統(tǒng)示意圖。
[0021]圖中:1、橡膠手套；2、C02濃度傳感器；3、溫濕度傳感器；6、光照度傳感器；7、樹徑傳感器；8、葉厚傳感器；9、頂蓋；10、傳感器支架；11、被測植物；12、上箱體；14、下箱體；15、通水管道；16、第一水箱；20、精密電子秤；22、底板；23、監(jiān)測控制單元；30、信號管道；31、環(huán)形滴頭；32、航空插頭。

【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0023]如圖1所示，為多功能小型碳匯測量同化箱裝置的示意圖，呈現了同化箱裝置的連接方式。本裝置包括同化箱箱體、制冷系統(tǒng)、氣體調節(jié)系統(tǒng)、澆灌系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)五個部分。將單株被測植物置于同化箱內的精密電子秤上，利用金屬鎖扣將其密閉；利用澆灌系統(tǒng)為植株提供充足的養(yǎng)料和水分；整個裝置由co2濃度傳感器、溫濕度傳感器、光照度傳感器實時監(jiān)測同化箱內的環(huán)境參數，即co2濃度、溫濕度、光照度；通過氣體調節(jié)系統(tǒng)改變箱內的主要環(huán)境參數使之與箱外的大氣環(huán)境相似；再利用樹徑傳感器、葉厚傳感器、精密電子秤實時測量樹徑變化量、葉片厚度、植物重量，從而結合植物的主要生理參數和環(huán)境參數研究植物微觀林木的碳匯機理，探索關鍵參數的量值的溯源路徑。
[0024]以下結合圖2、圖3、圖4、圖5對同化箱裝置進行詳細闡述。
[0025]如圖2所示，同化箱箱體為圓柱形，由頂蓋9、上箱體12、下箱體14、底板22四大部分組成。利用密封條24和4個金屬鎖扣25將上下箱體緊密的連接在一起，4個金屬鎖扣25連接下箱體14與底板22，方便箱體的安裝和拆卸，也保證了箱體的密閉性；再利用4個金屬鎖扣25將底板22固定在推車上，保證設備移動或實驗過程中的穩(wěn)固性；箱體材料選用透光率高、散熱性好的亞克力板。
[0026]如圖3所示，制冷系統(tǒng)包括第一換熱器19、第二換熱器26、第二水箱18、冷水機17。將第一換熱器19和第二換熱器26安裝在下箱體內箱壁上，其進出水端口接通銅質水嘴接頭后與通水管道相連，通水管道與第二水箱18相連，第二水箱18與冷水機17相連，構成一個完整的制冷系統(tǒng)。本方案采用水冷循環(huán)的降溫方法，即利用冷水機17送出的冷水在第一換熱器19和第二換熱器26中流動帶走熱量，又回到冷水機17中，經過處理后又變?yōu)槔渌?，如此循環(huán)，使箱內外溫度一致。
[0027]如圖4所示，氣體調節(jié)系統(tǒng)包括氣泵21、排氣管道13、環(huán)形氣孔管道28、進氣閥門29、排氣閥門27、進氣管道4、鼓風機5。本方案中設計了兩個通氣管道，一個是進氣管道4，一個是排氣管道13，由進氣閥門29和排氣閥門27分別與PVC管構成；氣泵21與環(huán)形氣孔管道28相連用于箱內氣體混勻，鼓風機5與進氣管道4相連，結合排氣管道13用于箱體內外氣體交換。
[0028]如圖5所示，包含了澆灌系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)。其中澆灌系統(tǒng)包括第一水箱16、通水管道15、環(huán)形滴頭31、被測植物11。第一水箱16與通水管道15相連，再連接環(huán)形滴灌頭31，構成完整的澆灌系統(tǒng)，保證了水分、養(yǎng)料直接均勻地施到被測植物11根系層，較準確地實現了自動控制灌水量。監(jiān)測系統(tǒng)包括航空接頭32、監(jiān)測控制單元23、信號管道30、傳感器支架10、C02濃度傳感器2、溫濕度傳感器3、光照度傳感器6、樹徑傳感器7、葉厚傳感器8、精密電子秤20。監(jiān)測控制單元23通過信號管道30、航空接頭32與箱內C02濃度傳感器2、溫濕度傳感器3、光照度傳感器6、樹徑傳感器7、葉厚傳感器8、精密電子秤20相連，各傳感器安裝在傳感器支架10上。其中環(huán)境參數精密測量儀用于測量箱內的環(huán)境參數，即光照度、C02濃度、溫濕度；通過比較箱內外環(huán)境參數適時調整箱內所測參數，使箱內外的環(huán)境相似；再通過植物參數精密測量儀測量樹徑變化量、葉片厚度、植物重量。另外，在下箱體內箱壁上安裝了橡膠手套1作為系統(tǒng)的輔助設備，以便于調整箱內被測植物11和傳感器位置。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權力要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.多功能小型碳匯測量同化箱裝置，包括箱體、制冷系統(tǒng)、氣體調節(jié)系統(tǒng)、澆灌系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)；其特征在于:單株被測植物置于同化箱內的精密電子秤上，利用金屬鎖扣和密封條將同化箱箱體固定并密封；利用澆灌系統(tǒng)為被測植物提供充足的養(yǎng)料和水分；整個裝置由監(jiān)測系統(tǒng)中的co2濃度傳感器、溫濕度傳感器、光照度傳感器實時監(jiān)測同化箱內的環(huán)境參數，即co2濃度、溫濕度、光照度；通過制冷系統(tǒng)和氣體調節(jié)系統(tǒng)改變箱內的主要環(huán)境參數使之與箱外的大氣環(huán)境相似；利用監(jiān)測系統(tǒng)中的樹徑傳感器、葉厚傳感器、精密電子秤實時測量植物的主要生理參數，包括樹徑變化量、葉片厚度、植物重量，結合植物的主要生理參數和環(huán)境參數確定植物微觀林木的碳匯機理。
2.根據權利要求1所述的多功能小型碳匯測量同化箱裝置，其特征在于:同化箱箱體為圓柱形，由頂蓋、上箱體、下箱體、底板四大部分組成；頂蓋和上箱體通過膠水粘合固定，上箱體與下箱體以及下箱體與底板都是通過鎖扣和密封條實現固定并密封。
3.根據權利要求2所述的多功能小型碳匯測量同化箱裝置，其特征在于:制冷系統(tǒng)包括換熱器、通水管道、水箱、冷水機；將兩個換熱器安裝在下箱體內箱壁，其進出水端口接通銅質水嘴接頭后與通水管道一端相連，通水管道另一端與水箱相連，水箱與冷水機相連，構成一個完整的制冷系統(tǒng)。
4.根據權利要求2所述的多功能小型碳匯測量同化箱裝置，其特征在于:氣體調節(jié)系統(tǒng)包括氣泵、排氣管道、環(huán)形氣孔管道、進氣閥門、排氣閥門、進氣管道、鼓風機；通氣管道由進氣閥門和排氣閥門分別與PVC管連接構成，分為進氣管道和排氣管道；鼓風機與進氣管道相連，排氣管道安裝在箱體另一側；箱體內的氣泵與環(huán)形氣孔管道相連。
5.根據權利要求2所述的多功能小型碳匯測量同化箱裝置，其特征在于:灌溉系統(tǒng)包括水箱、通水管道、環(huán)形滴頭；箱體外的水箱與通水管道相連，通水管道與箱體內設置在被測植物上的環(huán)形滴頭連接，構成完整的澆灌系統(tǒng)。
6.根據權利要求2所述的多功能小型碳匯測量同化箱裝置，其特征在于:監(jiān)測系統(tǒng)包括航空接頭、監(jiān)測控制單元、信號管道、橡膠手套、傳感器支架；監(jiān)測控制單元通過信號管道、航空接頭與箱內的傳感器信號連接，各傳感器安裝在傳感器支架上，在下箱體內箱壁上安裝有橡膠手套。
【文檔編號】G01N33/483GK104374901SQ201410640610
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權日:2014年11月13日
【發(fā)明者】陳愛軍, 郭明明, 李東升, 葉蘭芝, 冷國強, 林昊然 申請人:中國計量學院