[實(shí)用新型]一種土壤導(dǎo)熱率測量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320409831.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN203337585U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康悅;王欣;張?zhí)锰?/a>;文軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所
• 主分類號(hào): G01N25/20
• 分類號(hào): G01N25/20
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種觀測裝置，特別涉及一種土壤導(dǎo)熱率測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)觀測被測土壤層的土壤溫度、土壤濕度和土壤熱通量，通過數(shù)值計(jì)算獲得選定土壤層的導(dǎo)熱率。同時(shí)該系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)無線傳輸和數(shù)據(jù)現(xiàn)場或遠(yuǎn)程下載功能。

背景技術(shù)

近地面地-氣間熱量和水分交換與氣候變化、水文過程、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等有直接關(guān)聯(lián)，與大氣降水被陸面蒸散發(fā)量和土壤水分的再分配比例也有密切關(guān)系。而在地-氣間熱量和水分交換各分量中，土壤熱通量是能量平衡的重要部分之一，特別是在干旱半干旱地區(qū)顯的尤為突出。因此，如何定量化土壤中的熱通量有重要的科學(xué)意義。土壤熱通量可以通過野外觀測試驗(yàn)直接觀測獲得，但在陸面過程數(shù)值模式中，需要利用比較準(zhǔn)確的土壤導(dǎo)熱率通過數(shù)值計(jì)算獲得。因此，準(zhǔn)確的土壤導(dǎo)熱率是陸面過程研究中計(jì)算土壤熱通量的基礎(chǔ)。

土壤導(dǎo)熱率是土壤的固有物理屬性參數(shù)，其數(shù)值取決于所取土壤層的質(zhì)地和土壤含水量等。如果已知土壤導(dǎo)熱率和土壤層溫度梯度，就可以計(jì)算對(duì)應(yīng)土壤層的熱通量，因此研制一種計(jì)算土壤熱通量的儀器很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本實(shí)用新型的目的在于提供一種土壤導(dǎo)熱率的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但能夠準(zhǔn)確測量給定類型土壤層和時(shí)段的土壤導(dǎo)熱率，還可以監(jiān)測同期設(shè)置深度的土壤溫度、土壤濕度和土壤熱通量。此系統(tǒng)適應(yīng)在野外復(fù)雜的自然環(huán)境條件下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)無人長期值守，全自動(dòng)觀測，觀測數(shù)據(jù)可以現(xiàn)場或遠(yuǎn)程下載。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種土壤導(dǎo)熱率測量系統(tǒng)包括：包括太陽能電池板、電池防過充電器、充電式蓄電瓶、數(shù)據(jù)采集器、GPRS模塊、GPRS終端發(fā)送天線、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器，土壤熱通量傳感器和支架，支架上裝有GPRS終端發(fā)送天線、太陽能電池板和架板，架板上放置充電式蓄電瓶、數(shù)據(jù)采集器。GPRS終端發(fā)送天線通過數(shù)據(jù)線與太陽能電池板、數(shù)據(jù)采集器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤熱通量傳感器連接；充電式蓄電瓶與數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器與太陽能電池板通過電池防過充電器連接，土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器埋設(shè)在H1和H2深度的原狀土中，土壤熱通量傳感器居于土壤溫度傳感器和土壤濕度傳感器之間，深度為（H1+H2）/2。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型可以準(zhǔn)確地獲得被測土壤層導(dǎo)熱率，不同深度土壤溫度、土壤濕度和土壤熱通量觀測數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)設(shè)備成本低，安裝簡單，工作穩(wěn)定，易于維護(hù)；數(shù)據(jù)傳輸、下載和數(shù)據(jù)分析方便，適合野外連續(xù)測量土壤導(dǎo)熱率。

2、本實(shí)用新型由蓄電瓶供電，太陽能電池板給直流電瓶充電，保證該系統(tǒng)有充足和長效的電力供應(yīng)。

3、本實(shí)用新型為土壤導(dǎo)熱率數(shù)值計(jì)算土壤熱通量提供了保障，而且廣泛應(yīng)用于氣候、水文或生態(tài)數(shù)值模式研究，為準(zhǔn)確計(jì)算土壤熱通量提供技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1?為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為土壤導(dǎo)熱率測量系統(tǒng)計(jì)算所得土壤導(dǎo)熱率。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示，一種土壤導(dǎo)熱率測量系統(tǒng)包括：包括太陽能電池板1、電池防過充電器2、充電式蓄電瓶3、數(shù)據(jù)采集器4、GPRS模塊5、GPRS終端發(fā)送天線6、兩套BetaTherm?109型土壤溫度傳感器7、兩套CS616型土壤濕度傳感器8、兩套HFP01SC型土壤熱通量傳感器9和支架10。支架10上裝有GPRS終端發(fā)送天線6、太陽能電池板1和架板，架板上放置充電式蓄電瓶3、數(shù)據(jù)采集器4、電池防過充電器2、GPRS模塊5安置在設(shè)備箱中。GPRS終端發(fā)送天線6通過數(shù)據(jù)線與太陽能電池板1、數(shù)據(jù)采集器4土壤溫度傳感器7、土壤濕度傳感器8、土壤熱通量傳感器9連接；充電式蓄電瓶3與數(shù)據(jù)采集器4連接，數(shù)據(jù)采集器4與太陽能電池板1通過電池防過充電器2連接。

系統(tǒng)安裝時(shí)，先在選定地點(diǎn)挖一個(gè)0.25-0.50立方米、深度0.8米并有垂直南側(cè)剖面的土坑。土壤溫度傳感器7、土壤濕度傳感器8埋設(shè)在土質(zhì)水平和垂直方向比較均勻的土坑的南側(cè)剖面土壤層中，深度分別為0.1米、和0.3米。土壤熱通量傳感器9居于土壤溫度傳感器7和土壤濕度傳感器8之間，深度為0.2。側(cè)埋好土壤溫度傳感器7、土壤濕度傳感器8和土壤熱通量傳感器9后，并將數(shù)據(jù)線另一端引出地面，與數(shù)據(jù)采集器4連接。填平土坑，將下墊面恢復(fù)到開挖前的狀態(tài)。