[实用新型]一种马铃薯茎流电磁传感测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种植物生理学实验装置，具体地说是一种马铃薯茎流电磁传感测量装置。

背景技术

茎流是指植物在蒸腾作用下体内产生的上升液流，它可以反映植物的生理状态。陆生植物分成两个部分：根和冠，根位于地下，冠位于地上。土壤中的液态水进入植物的根系后，通过茎的输导向上运送到达冠层，再由气孔蒸腾转化为气态水扩散到大气中去，在这一过程中，茎中的液体一直处于流动状态。水分从根部到大气的这个连接过程就是植物的茎流。茎流作为一种水分生理指标，与土壤水分相比，茎流更能精确监测植物体内水分状况，确定单株植株蒸腾耗水量。因此，植物茎流是最重要植物生理指标之一，它是研究植物抗旱性、节水灌溉、植物蒸腾等必不可少的指标之一。

植物茎流的检测方法经过了将近百年的研究与发展，形成了很多体系，例如称重法和热量法。在这之中热技术是最为广泛的，使用热技术作为基流测量的理论基础的测量方法，它的主要特点是电加热元件发出瞬间的热脉冲，当茎秆内液流在一点被加热，则液流携带一部分的热量向上传输，一部分与水体发生热交换，还有一部分则以辐射的形式向周围发散，根据热传输与热平衡理论通过一定的数学计算即可求得茎秆的水流通量，即植物的茎流。

传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，其原理是利用物理、化学及生物效应，将被测的物理量、化学量、生物量等非电量信号转换成便于检测电信号。在现代农业生产中，需要采用大量的传感器进行作物生长环境的检测和调控，近年来微电子技术的发展，传感器的尺寸越来越小，功能越来越全面，传感器除了具有感知功能外，还具有网络通信功能，发展形成了无线传感器网络。无线传感器网络的出现，极大地降低了传感器在农业中的应用成本，推动了传感器在农业中的应用，由于此类传感器具有大规模、无人值守、无中心和自组织性等特点，目前农业中越来越多地采用各种功能的传感器。

植物在运输水分的同时也在吸收土壤中的无机离子，这样茎流其实是含有电解质离子的导体，若在植物茎中加一磁场，则电解质离子在茎中流动相当于切割磁感线，离子流切割磁感线的速率即代表茎流快慢。基于这一原理，测定感应电动势，即能转化为茎流大小。

现有技术存在的问题：热技术法测量茎流虽然拥有诸多优点，但仍然存在仪器设备昂贵，不适广泛使用与推广。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型提供了一种马铃薯茎流电磁传感测量系统，利用植物茎流所产生的粒子流在磁场切割磁感线产生感应电动势，通过测定电动势的大小转化为茎流的大小，从而实现对茎流的测量。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种马铃薯茎流电磁传感测量系统，其包括：固定机构和测量系统；所述固定机构包括：固定杆、螺栓和固定片；所述测量系统包括：电极、导线、电源、灵敏电压表和电磁铁。固定杆和固定片形成一个矩形，并通过螺栓固定。电源通过导线连接电磁铁；电极通过导线连接灵敏电压表。

优选地，所述固定片通过活动铰接与固定杆连接，以适应不同茎粗。

优选地，所述固定杆上有长度刻度，能直接读出两电磁铁之间的距离。

优选地，所述电磁铁包括铁芯和线圈，铁芯采用硅钢或者铁镍合金制成。

优选地，所述线圈的匝数已知，铁芯截面积已知，能够通过电流大小、电磁铁之间的距离计算出两电磁铁之间的磁感应强度。

优选地，所述电极为针插式电极，长度为0.5-10cm。

一种马铃薯茎流测定方法，包括以下操作步骤：

（1）固定电磁铁：将固定杆套在植物茎上，根据植物茎粗调节固定片距离，并记录两电磁铁之间的距离，连接电源。

（2）安装电极：根据左手定则（安培定则）四指方向指向茎流方向（向上），让磁感线穿过手心，大拇指方向为感应电流方向，在大拇指方向的直线上，茎对立的两侧插入两个电极，并连接灵敏电压表。

（3）测定电动势：接通电磁铁电源，记录灵敏电压表读数。

（4）绘制标准曲线：准确称取6盆马铃薯生长期苗和盆的总重量。置于6个不同温度条件下，安装上述马铃薯茎流电磁传感测量系统测定感应电动势，一定时间后测定植株和盆总重，利用质量减少量（水分蒸腾量）和感应电动势大小绘制标准曲线。

（5）测量和计算：将上述马铃薯茎流电磁传感测量系统安装在待测植株上，测定感应电动势大小，利用标准曲线换算成茎流大小（用蒸腾量表示的茎流）。此外，还可以利用法拉第电磁感应原理，推得流体体积公式如下：

式中：