[实用新型]水分胁迫声发射监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统，尤其涉及一种水分胁迫声发射监测系统。

背景技术

水是生命之源，植物的生命活动只有在一定的细胞水分状态下才能进行，并且参与植物生命活动的许多基本过程。由干旱、缺水所引起的对植物正常生理功能的干扰称为水分胁迫(waterstress)，水分胁迫包含环境中水分不足或水分过多。同时，植物在生长过程中常遭受多种环境胁迫，包括异常的温度，不利的土壤化学和物理条件及各种病虫害等。从总的影响和长远角度观察证实，由水分亏缺(水分胁迫)引起作物生长和产量的减少超过所有其它胁迫的总和。当今全球有1/3以上的土地处于干旱和半干旱地区，而其他地区在作物生长季节也会发生不同程度的水分胁迫现象。在我国，传统农业灌溉大都为人工控制系统，水的利用效率很低，提高水的利用率的根本出路是大力发展高效节水农业，实现灌溉自动化。视情精准灌溉是节水农业的重要组成部分，也是提高节水效率的重要途径之一。视情精准灌溉以实时监测与作物需水状况密切相关的参数为基础，通过计算机数据采集、分析与控制软件发出指令来控制灌溉，从而既为植物供给充足的水以防止水分胁迫所造成的减产，又不使土壤水分饱和或供水超过需要而增加开支。为了实现灌溉自动化，提高农作物的产量和质量，作物水分状况是我们必须监测的最重要的一项指标。为了寻求敏感的植物需水信息，寻找评价植物是否缺水的指标，需要对植物水分胁迫进行检测。

水分生理研究表明，植物木质部气穴现象(xylemcavitations)可作为一个特殊的植物响应用于植物水分胁迫状态的监测。水分运输的内聚力理论阐述了水在土壤－植物－大气连续体中的运输规律，植物由土壤中吸取水分，经由水分输导组织供应植株生长发育，最后水分主要经由叶片气孔散失到大气中去。一般情况下，水分在导管中保持连续水流，该蒸腾流处于负压状态下。对大多数植物而言，该负压多处于-1～-2MPa，远低于水的蒸汽压，故蒸腾流处于亚稳定状态，其稳定性随时可能受逆境的干扰和破坏，发生断裂。土壤变得干旱时，张力增加，当其超过一个极限值时，由于水分子间的内聚力失效或对导管壁的附着力失效，水柱的连续体就不能再保持下去，从而发生断裂或抽空，这就是植物导管的“气穴”(空穴)(cavitation)现象。导管中出现空穴后，开始只是充有稀薄的水蒸汽，近似于真空状态，但很快空气就会从周围渗入，直至空穴中的压力接近大气压，在导管腔内形成“气栓塞”(embolism)，水流通路被阻断，水流被迫侧向绕行，输水的截面积减小，输水阻力显著增加，使该水分输导单元完全丧失水分输导能力，从而降低导管的水分传导能力。植物木质部出现气穴的同时，张力会突然释放而产生冲击波，伴随着冲击波的发生就产生了声发射信号。

相关技术中对木质部声发射现象的监测大多集中在森林林木或其他木本植物上，一般采用以单片机为核心的植物水分胁迫声发射监测仪，能够完成现场声发射数据自动采集与记录，但该仪器操作复杂、专业性强，整个仪器在控制性能、扩展性能上局限很大，不能完全适应现代农业测试集成化、智能化的要求，特别是对草本植物，尤其是田间或温室内的作物的声发射监测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种水分胁迫声发射监测系统，以解决上述问题。

本实用新型的实施例提供了一种水分胁迫声发射监测系统，包括：环境参数传感单元、环境参数采集单元、声发射参数传感单元、声发射参数采集单元、质量测量单元及监测单元；环境参数传感单元包括温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器；环境参数采集单元与环境参数传感单元电连接，用于采集环境参数数据；声发射参数传感单元包括第一声发射传感器及第二声发射传感器；声发射参数采集单元与声发射参数传感单元电连接，用于采集声发射参数数据；质量测量单元用于获取被测植物质量数据；监测单元与环境参数采集单元、声发射参数采集单元及质量测量单元电连接，用于通过获取的环境参数数据、声发射参数数据及被测植物质量数据对植物生长情况进行自动监测。

进一步，该系统还包括环境参数指示单元；该环境参数指示单元与环境参数传感单元电连接，用于将获取的环境参数信号转换为电压信号并以指针形式显示。

进一步，该环境参数采集单元为PCI-8333数据采集卡。

进一步，该声发射参数采集单元为PCI-2数据采集卡。

进一步，该质量测量单元为电子天平。

进一步，该电子天平通过RS-232C接口与监测单元电连接。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：该系统结构简单，操作性及扩展性强，适合于现代农业测试集成化、智能化的要求，尤其适合于对草本植物，尤其是田间或温室内的作物的声发射监测。