[發明專利]一種基于等效電源內阻的樹干含水率測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202010015855.7
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111189885A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 郝志斌
• 申請（專利權）人: 天津農學院
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種基于等效電源內阻的樹干含水率測量方法，包括以下步驟：步驟1、在樹干上沿軸向選取兩點并分別布設金屬電極a和金屬電極b；步驟2、計算步驟1中金屬電極a、金屬電極b和樹干構成的電源的內阻；步驟3、通過樹干含水率與電源內阻之間的關系模型MC＝f(R_i)計算樹干含水率。本發明不需要構建復雜的測量電路，測量方法簡單、測量成本低。

技術領域

本發明屬于林業科學技術領域，涉及樹干含水率測量方法，尤其是一種基于等效電源內阻的樹干含水率測量方法及裝置。

背景技術

樹干含水率是表征活立木水分調節、利用的重要生理參數之一，在造林設計、生態分析及林木生理研究等多個領域中廣泛應用。特別是一些針對活立木個體的研究，需要在自然生長狀態下對活立木樹干含水率進行實時測定。此外，一些植物電生理學研究需要同時監測生物電信號和樹干含水率，要求含水率的測量過程不能注入電磁信號，以避免對生物電信號測量造成干擾。

目前，測量樹干含水率的方法主要有稱重法、核磁共振法、層析成像法、介電常數法和電阻法。稱重法又稱為烘干法，需對樹干木材進行取樣，并測量樣本鮮重和烘干后的樣本干重，進而計算樹干含水率。該方法準確性高，但不能實時在線測量；核磁共振法和層析成像法技術成本高，且不便于長期野外應用。

介電常數法和電阻法應用廣泛，但均需向樹干內部注入電磁激勵信號。介電常數法通過發射高頻電磁波并分析反射波特性，測量樹干介電常數，進而計算樹干含水率；電阻法需通入直流電壓信號，利用電橋測量樹干電阻率或電導率，并推算樹干含水率。外部激勵信號的引入會影響生物電位的測量，不能滿足植物電生理學研究的需要；同時會增加測量電路的復雜度和系統功耗、成本；此外，激勵信號會改變被測對象的溫度和電荷分布，對測量結果造成潛在影響，也對樹干造成一定損傷。因此，如何研發出一種低成本、無電磁激勵信號、實時的樹干含水率測量方法是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、測量成本低、無電磁激勵信號且能夠實現實時測量的基于等效電源內阻的樹干含水率測量方法及裝置。

本發明解決其現實問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于等效電源內阻的樹干含水率測量方法，包括以下步驟：

步驟1、在樹干上沿軸向選取兩點并分別布設金屬電極a和金屬電極b；

步驟2、計算步驟1中金屬電極a、金屬電極b和樹干構成的電源的內阻；

步驟3、通過樹干含水率與電源內阻之間的關系模型MC＝f(R_i)計算樹干含水率；

其中，MC是樹干含水率，R_i是電源內阻，函數f(R_i)的表達式由樹種和待測組織確定。

而且，所述步驟1的具體方法為：將金屬電極a和金屬電極b的前端布設至樹干待測組織，去除電極周圍的非待測組織，并在金屬電極a和金屬電極b的末端覆蓋絕緣材料。

而且，所述步驟1的金屬電極a和金屬電極b分別為錐形不銹鋼電極和錐形銅電極；所述金屬電極a和金屬電極b兩電極布設點之間的距離為8-12cm。

而且，所述步驟2的具體方法為：

測量步驟1的金屬電極a和金屬電極b兩電極之間的開路電壓，然后在兩電極之間跨接電阻并測量電阻兩端的電壓，計算電極a、電極b和樹干構成的電源的內阻。

一種基于等效電源內阻的樹干含水率測量方法，包括以下步驟：

步驟1、建立樹干含水率與電源內阻之間的關系模型MC＝f(R_i)；