[实用新型]一种测量不同植被冠层下太阳直射辐射透过率传感器装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种测量不同植被冠层下太阳直射辐射透过率传感器装置，它与植被冠层结构参数的数据采集有关，属于农业与生态学技术领域。

(二)技术背景

在农业生态领域用于测量太阳辐射冠层透过率的仪器分为两类，一类以管状辐射表和光量子仪为代表，是通过分别获取冠层上和冠层下太阳辐射能量值，然后做比来计算太阳辐射冠层透过率。另一类以“测量植物冠层图象分析仪”为代表，是通过鱼眼镜头获取冠层下天穹半球图像，通过对图像进行二值化处理，获取太阳辐射冠层透过率。其中管状辐射表一般为30*500mm左右管状体，表层是高透过率的石英管体，管体内分布400个热电偶用于探测辐射能量，能量感应面积一般为10*330mm左右。将两个经过灵敏度校正的管状辐射表在冠层上和冠层下分别放置一个，对二者一天中同一时刻数据进行比值运算，即可获得一天中太阳总辐射的冠层透过率。使用光量子仪测量冠层透过率，是将一个光量子仪固定在长900mm的长杆上并置于冠层下，另一个光量子仪置于测点冠层上方1m高度处，测量时来回推动冠层下光量子仪在铝杆上滑动，记录一分钟内辐射量的累计值，并与冠层外光量子仪相比，即可得到该时间段太阳总辐射冠层透过率。在一天中不同时刻重复该操作，即可获取一天中不同时间段的太阳辐射冠层透过率。使用植物冠层图象分析仪测量冠层透过率，是通过将带鱼眼镜头的探头伸到冠层下，获取冠层下某时刻天穹半球图像，通过对图像进行一系列掩膜处理与图像处理，将植被与天空辐射背景分离，计算直射光斑在图像中所占比例，得到冠层直射光透过率。管状辐射表和光量子仪原本是设计用来测量植被冠层有效光合辐射的，所测数据都具有物理量纲，也正因为此，这两种仪器的造价都很昂贵，而植物冠层图像分析仪使用鱼眼镜头，很难在无人值守的情况下进行维护。当测量目标仅仅为太阳辐射冠层透过率且无法对仪器长时间人工维护时，只需要传感器在冠层上下所测数据的具有可比性与放置在冠层下的传感器装置具有不少于管状辐射表的感应面积即可，对所测数据的物理量纲没有要求，使用较为廉价的光强传感器配合简易的机械结构即可满足上述要求。另外，以上仪器在测量植被透过率的过程中，冠层下的传感器间距均是固定的，因此，它们存在一个局限性，即很难根据植被覆盖密度的稀疏程度来调整仪器的采样间距，因此，它们的适用植被密度类型具有一定的局限性。本实用新型即通过使用普通的光强传感器，设计简易的机械装置，通过对冠层上下的传感器装置间进行可比性校正，来达到测量太阳辐射冠层透过率的目的。

(三)、实用新型内容

1、发明目的：

本实用新型的目的是提供一种测量不同植被冠层下太阳直射辐射透过率传感器装置，它 参照管状表的原理，分为冠层上(或冠层外，为表述方便，以下统称冠层上)与冠层下两部分，冠层上传感器装置由于是用来测量空间分布均匀的太阳辐射能量，不需要太大的感应面积，所以是在专利申请“一种基于无线传感器网络的植被结构参数测量装置”中的测量节点封装盒盖上加装3个光强传感器来实现。对于冠层下的传感器装置，仿照管状表设计为长杆状，部署于冠层下的九个光强传感器间距可调的，感应面积可在3mm*1045mm到3mm*500mm的范围内调整，配合部署于冠层上的用于比对的传感器，构成一套廉价的获取冠层太阳直射辐射透过率的传感器装置。其中冠层上下传感器装置所用光强传感器均为光敏电阻TSL2561。每个光强传感器上还加装一层红光滤光片，滤光片中心波长649nm，半波带宽8.8nm，在这个波段范围，可以有效滤掉以蓝光为主的天空散射光，提高到达光强传感器的辐射能量中太阳直射辐射的比例。该装置的光强传感器间的距离可以调节，能够适应不同疏密情况的植被类型。装置整体采用防水密闭封装，可在野外农田复杂环境下，大范围、长时间布置。

2、技术方案：

本实用新型一种测量不同植被冠层下太阳直射辐射透过率传感器装置，它是由冠层上传感器装置和冠层下传感器装置两部分组成，它们之间的通过无线通信相连。冠层上传感器装置放置于植被冠层上或冠层外，冠层下传感器装置放置于植被冠层下。

所述冠层上传感器装置，其外形为长方形(见图3)，实质是在专利申请“一种基于无线传感器网络的植被结构参数测量装置”中的普通无线传感器网络测量节点上加装了三个光强传感器单元，并分布在盒盖上，其中，光强传感器单元与冠层下传感器装置所用型号规格一致。