基于温度激励的植物茎流采集系统的研究-电力电子与电力传动专业论文.docx

万方数据 万方数据 分 类 号 密级 基于温度激励的植物茎流采集 系统的研究 Research on Acquisition System of Plant Sap Based on Temperature Excitation 研 究 生 姓 名 ：刘 丹 指导教师姓名、职称 ：龙永红 教授 学 科 专 业 ：电力电子与电力传动 研 究 方 向 ：现代电力电子技术及系统 论文答辩日期 答辩委员会主席 湖 南 工 业 大 学 二〇一五 年 六 月 十二 日 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 湖南工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 湖南工业大学论文版权使用授权书 本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的 全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可 根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 树干边材液流速率是研究整株树木蒸腾规律的重要指标。目前主 要的测量方法中，热扩散法和热脉冲法由于需要获取零茎流速率参照 值，根据经验公式来推算茎流速率，存在引入误差和在不同树种间通 用性差等缺陷；另外现有市场上的茎流测量产品存在价格昂贵、稳定 性不好等问题。 针对上述问题，本文研究了一种改进热脉冲法的测量技术，基于 热示踪原理，设计了一种“温度峰-峰值”茎流测量方法，克服了标准 参数获取、通用性差等问题，并开发了一套完整的植物茎流采集系统 设备，采用便携式结构，传感器安装简便。本文研究内容包括以下几 个方面： （1）根据“温度峰-峰值”测量方法的需求，设计了一种插针式茎 流传感器，通过优化结构设计，实现了传感器热量注入的高精度、可 重现性控制以及边材液流温度变化的高灵敏度感知；设计了相应的传 感器信号处理电路和数据采集模块，并基于MCGS组态软件设计上位 机系统。 （2）通过分析树干边材液流的特征，结合实际试验总结边材液 流传导热量引起温升曲线的变化特点，设计了高频率采样、门限检测、 软件滤波、多次校验的峰值捕捉方法，在北京市农林科学院内以杨树、 梧桐树、枣树、侧柏四个树种为样本进行的测试结果表明观察“峰-峰 值”现象的最佳间距为30mm到35mm。 （3）研究植物伤口机理、环境因子对测量精度的影响，根据 Swanson 等提出的数值计算模型模拟热对流及传导现象得出的伤口 修正模型，对误差进行修正。 通过搭建模拟测量系统和实体测量对系统进行测试：模拟测量结 果与实际流速之间的差值低于 0.01 mm/s；以杨树为样本进行的多组 实体测量结果显示，测量数据重复性好，日茎流变化趋势一致，表明 本文设计的茎流传感器及其数据采集系统稳定可靠。 关键词：植物茎流，峰-峰值，传感器，数据采集 I ABSTRACT The stem-flow speed on the sapwood is an important indicator of transpiration rate of a whole tree. Among the current major measurements, thermal diffusion method and thermal pulse method need to get zero-stem-flow speed reference, and calculate stem flow according to the empirical formula, so they tend to import big error and have gross universality between different tree species; as for the existed stem-flow products, these usually are expensive and unstable. Targeting at all those drawbacks above, in this thesis we present an improved thermal pulse method based on heat tracer principle– called “temperature peak-