土壤呼吸作用测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种土壤呼吸作用测量装置，其包括气体室、气泵、继电器、光谱仪、微处理器以及位于所述气体室内部的光源驱动电路、红外宽带光源和光程反射单元。本实用新型专利技术结构简单，通过设置光程反射单元可增大光程进而提高土壤呼吸气体检测精度，并可对多种气体浓度的变化速率进行同时检测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及土壤监测
，尤其涉及一种土壤呼吸作用测量装置。
技术介绍
二氧化碳、甲烷、氧化亚氮作为全球范围内三大主要的温室效应气体，其危害性日益受到人们的关注。而土壤呼吸作用对于全球温室效应的影响主要分为两方面:其一，土壤呼吸是全球碳库的主要输出途径和温室气体的重要来源之一，其微小的波段都会引起大气中温室气体的浓度以及碳库的增加速度，从而加剧全球气候变暖。其二，土壤呼吸是土壤中生命活动的表征，对土壤二氧化碳的释放量的准确监测与否是评价生态系统中生物学过程的关键，而且通过对土壤呼吸的监测能够估测出根系和土壤中微生物对气候变化的反应。土壤呼吸在一定程度上反映了土壤养分转化和供应的能力，是土壤质量和肥力的重要生物学指标和土壤健康状况的指示因子。因此，土壤呼吸作用的精确监测对于当前全球化碳循环的研究以及推进减缓全球温室效应的进程具有十分重要的意义。常见的土壤呼吸测量方法一般有以下两种:碳库变化法和通量测定法，其中最常用的是通量测定法，即直接测定土壤和大气间的二氧化碳交换量，该方法需要将密闭的气体室倒扣在土壤表面作为测量气体室。但由于土壤呼吸作用取决于土壤温度、有机质含量、水饱和度以及许多空间变量，尤其对温度和压力的波动极其敏感，并且土壤呼吸会释放大量二氧化碳气体，这势必会导致气体室压力的变化，因此降低了测量的准确性和科学性。其次，土壤水热变化、营养物质交换以及微生物活动也会引起土壤温度的变化，因此，土壤呼吸作用的气体浓度数值计算过程中还需要进行温度补偿。此外，当前气体浓度数值测量法的主要方法有静态箱法、动态箱法、气象色谱方法、微气象测量法和红外二氧化碳检测法等。傅里叶变换红外光谱法作为一种红外二氧化碳检测方法，其与传统方法相比，具有高速、使用方便、测量结果精确等优点，该方法可被认为是土壤呼吸较为理想的测量方法之一。但现存的可实施傅里叶变换红外光谱法的装置，例如美国L1-COR公司的l1-8100和l1-6400装置，存在以下不足:价格昂贵，光程太短导致测量精度不高，采用单波段光源且测量气体单一，即只能从二氧化碳一种气体的变化速率来反应土壤呼吸，不能测量甲烷和氧化亚氮。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对现有技术中测量精度不高和只能测量单一气体变化率不足，提供一种土壤呼吸作用测量装置，包括:气体室、气栗、继电器、光谱仪、微处理器以及位于所述气体室内部的光源驱动电路、红外宽带光源和光程反射单元；所述气体室，用于罩设于待测土壤上方，形成密封空间，以收集土壤呼吸作用生成的气体；所述气栗，用于将所述气体室内的气体抽到所述气体室外，以使所述气体室内的待测气体的浓度达到预设浓度范围；所述继电器，用于根据所述微处理器的控制指令，控制所述气栗的开启或关闭；所述光源驱动电路与所述红外宽带光源相连，用于驱动所述红外宽带光源，以使所述红外宽带光源发射红外光信号；所述光程反射单元用于对所述红外宽带光源发出的红外光信号进行多次反射，并将经多次反射后的红外光信号传输到所述光谱仪；所述光谱仪，用于接收经所述光程反射单元反射出的所述红外光信号，将所述红外光信号转换为光谱数据，并将所述光谱数据传输给所述微处理器。优选地，还包括电源模块；所述电源模块，用于为所述土壤呼吸作用测量装置供电。优选地，还包括入土梯形尖端，所述入土梯形尖端与所述气体室下部相连为一体成型结构；所述入土梯形尖端的侧面设有多个开孔。优选地，还包括微型风扇；所述微型风扇位于所述气体室内，用于加快所述气体室内的气体流动。优选地，还包括土壤温度计；所述土壤温度计，插入所述待测土壤中，用于测量所述气体室内的土壤温度数据，并将所述土壤温度数据传输给所述微处理器。优选地，所述红外宽带光源的波长带宽为3?14um。优选地，还包括设于所述气体室外壁上的压力平衡阀，所述压力平衡阀与所述微处理器相连，用于根据所述微处理器的控制指令进行开启或关闭，以平衡气体室内外的气压；所述压力平衡阀与所述气体室的接触部位设有密封部件。优选地，所述光程反射单元，具体为以预设角度安装于所述气体室内的多面反射Ho优选地，还包括与所述微处理器相连的显示模块。优选地，所述气体室和所述光谱仪之间设有一个孔径，以使红外光信号通过；并且所述气体室和所述光谱仪之间用密封部件密封。本技术所公开的土壤呼吸作用测量装置结构简单，通过设置光程反射单元可增大光程进而提高土壤呼吸气体检测精度，可对多种气体浓度的变化速率进行同时检测。【附图说明】通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中:图1示出了本技术实施例提供的土壤呼吸作用测量装置；图2示出了本技术另一实施例提供的土壤呼吸作用测量装置。【具体实施方式】下面将结合附图对本技术的实施例进行详细描述。图1示出了本技术实施例提供的土壤呼吸作用测量装置；如图1所示，本技术提供的土壤呼吸作用测量装置，包括:气体室4、气栗1、继电器2、光谱仪13、微处理器14以及位于气体室内部的光源驱动电路7、红外宽带光源8和光程反射单元3。气体室4罩设于待测土壤上方，形成密封空间，以收集土壤呼吸作用生成的气体，例如二氧化碳、甲烷或氧化亚氮。气栗I用于将气体室4内的气体抽到气体室4外，以使气体室4内的待测气体，例如二氧化碳、甲烷或氧化亚氮中的一种或多种，的浓度达到预设浓度范围；继电器2，用于根据微处理器14的控制指令，控制气栗I的开启或关闭。光源驱动电路7与红外宽带光源8相连，用于驱动红外宽带光源8，以使该红外宽带光源发射特定波长带宽的红外光信号。利用该红外宽带光源可以实现同时对一种或多种土壤呼吸气体的浓度进行检测。光程反射单元3用于对红外宽带光源8发出的红外光信号进行多次反射，并将经多次反射后的红外光信号传输到光谱仪13，以增加红外光信号在气体室4内进行反射的光程，进而提高测量系统的检测灵敏度。光谱仪13用于接收经光程反射单元3反射出的红外光信号，将该红外光信号转换为光谱数据，并将该光谱数据传输给微处理器14。图2示出了本技术另一实施例提供的土壤呼吸作用测量装置，如图2所示，本技术提供的另一实施例中，本实施例的土壤呼吸作用测量装置还可包括电源模块9，其用于给整个系统供电。优选地，本实施例的测量系统还包括入土梯形尖端12，其与气体室4下部插入土壤11的部分相连为一体成型结构；该入土梯形尖端12的侧面设有多个开孔(图中未示出)，可用于促进土壤水热和营养物质交换。优选地，该测量系统还包括微型风扇5，其位于气体室4内，用于加快气体室4内的气体流动可将土壤呼吸的气体在气体室4内进行充分混合。进一步地，该测量系统还包括土壤温度计10，插入待测土壤中，用于测量气体室4内的土壤温度数据，并将该土壤温度数据传输给微处理器14。。本实施例中的红外宽带光源8优选为MIR陶瓷光源，其波长带宽为3?14um。此外，本测量系统还包括设于气体室4外壁上的压力平衡阀6，其与微处理器14相连，用于根据微处理器14的控制指令进行开启或关闭，以平衡气体室4内外的气压。压力平衡阀6与气体室4的接触部位用密封部件(例如密封胶)密封，在保证不漏气的条件下，消除气体室4内外气压差异，使气压保持动态平衡。作为本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤呼吸作用测量装置，其特征在于，包括：气体室、气泵、继电器、光谱仪、微处理器以及位于所述气体室内部的光源驱动电路、红外宽带光源和光程反射单元；所述气体室，用于罩设于待测土壤上方，形成密封空间，以收集土壤呼吸作用生成的气体；所述气泵，用于将所述气体室内的气体抽到所述气体室外，以使所述气体室内的待测气体的浓度达到预设浓度范围；所述继电器，用于根据所述微处理器的控制指令，控制所述气泵的开启或关闭；所述光源驱动电路与所述红外宽带光源相连，用于驱动所述红外宽带光源，以使所述红外宽带光源发射红外光信号；所述光程反射单元，用于对所述红外宽带光源发出的红外光信号进行多次反射，并将经多次反射后的红外光信号传输到所述光谱仪；所述光谱仪，用于接收经所述光程反射单元反射出的所述红外光信号，将所述红外光信号转换为光谱数据，并将所述光谱数据传输给所述微处理器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董大明，肖广东，赵贤德，郭瑞，吴文彪，赖科霞，赵锦一，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：新型
国别省市：北京;11