Способ измерения скорости движения пасоки в древесных растениях
Владельцы патента RU 2611404:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт леса Карельского научного центра Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к лесному хозяйству, а именно к биофизике древесных растений. Способ основан на формировании теплового воздействия в ксилемной ткани и измерении температуры пасоки. Способ осуществляют с помощью двух игольчатых температурных датчиков, совмещенных с нагревательными элементами. Датчики-нагреватели размещают в ксилемной ткани один над другим на заданном расстоянии по высоте. Тепловые импульсы формируются в датчиках-нагревателях последовательно, через заданные промежутки времени. Определение скорости потока пасоки осуществляют анализом полученных температурных кривых. Достигается повышение точности измерения скорости пасоки при низких и высоких значениях скорости. При этом факт нулевой скорости потока выявляется без каких-либо дополнительных измерительных процедур и устройств. 3 ил.
Изобретение относится к лесному хозяйству, а именно к биофизике древесных растений, в т.ч. способам динамического измерения физиологических параметров древесных растений и, в частности, определения скорости движения пасоки и ее изменения с течением времени.
Измерение скорости движения пасоки у древесных растений является важной задачей при оценке их водного статуса и исследовании таких важных физиологических процессов, как транспирация и фотосинтез, а также при верификации параметров современных экофизиологических и климатических математических моделей.
Предлагаемый способ основан на использовании игольчатых датчиков, размещаемых в стволе дерева радиально, поэтому он применим для исследования движения пасоки в стволах диаметром 4 см и более. Также данный способ позволяет вести круглосуточное наблюдение за динамикой изменения скорости движения пасоки.
Известен способ определения скорости пасоки в проводящих пучках травянистых растений в ювенильном возрасте, который позволяет оценивать скорость движения пасоки методом оптической регистрации скорости распространения окрашенного питательного раствора в ксилемной ткани растения. Недостатком данного способа является невозможность применить его в отношении древесных растений с непроницаемыми для световых лучей тканями ствола, а также невозможность осуществлять непрерывную регистрацию скорости движения пасоки по стволу, поскольку в нем не предусмотрена возможность быстрого удаления красителя из ткани исследуемого растения и повторного измерения скорости (авторское свидетельство СССР SU 1644810 А1, опубликовано в 1988 г.).
Известен способ измерения скорости движения пасоки, основанный на использовании одного комбинированного датчика-нагревателя и одного референсного температурного датчика. Особенностями известного способа являются непрерывный нагрев датчика-нагревателя, большая дистанция между датчиками, устраняющая возможное влияние температурного воздействия датчика-нагревателя на референсный датчик. Оценка скорости потока получается в результате использования эмпирического соотношения (патент США US 4745805 А, опубликовано в 1986 г.).
Недостатками данного способа являются низкая точность измерения скорости движения пасоки при ее малых значениях, а также повышенный расход энергии, затрачиваемой на непрерывный нагрев датчика-нагревателя, сокращающий возможность автономной работы измерительного прибора без внешнего источника электроэнергии. Основным недостатком существующего способа является невозможность калибровки и вычисления абсолютных значений скорости в случаях, когда за период измерений не возникли условия, при которых скорость потока была равна нулю, и этот факт не выявлен дополнительными измерительными приборами.
Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного и экономичного способа измерения скорости движения пасоки, а также точного выявления факта нулевой скорости движения пасоки.
Техническим результатом является повышение точности измерения скорости пасоки при низких и высоких значениях скорости. При этом факт нулевой скорости потока выявляется без каких-либо дополнительных измерительных процедур и устройств.
Технический результат достигается тем, что в способе измерения скорости движения пасоки у древесных растений, включающем тепловое воздействие в ксилемной ткани ствола и измерение температуры, с использованием двух игольчатых датчиков, закрепленных один над другим на определенном расстоянии, согласно изобретению тепловое воздействие осуществляют импульсно с использованием двух игольчатых температурных датчиков, совмещенных с нагревательными элементами и размещенных на расстоянии не более 8 см, при этом первый датчик-нагреватель осуществляет тепловое импульсное воздействие, а второй датчик-нагреватель в это время осуществляет измерение температуры, через заданный промежуток времени осуществляют автоматическую смену режима работы датчиков, а именно второй датчик-нагреватель осуществляет тепловое импульсное воздействие, а первый датчик-нагреватель осуществляет измерение температуры, с последующим анализом полученных температурных кривых, которые идентичны по форме и по максимальному значению при нулевой скорости потока и различны по этим показателям при ненулевом потоке, причем скорость ненулевого потока определяют по регрессионному соотношению на основании результатов калибровочного измерения.
Способ осуществляют следующим образом.
На стволе дерева диаметром не менее 4 см устанавливают два игольчатых датчика-нагревателя один над другим на расстоянии 1,5 см. Схема расположения датчиков-нагревателей приставлена на фигуре 1.
При нагреве датчиков осуществляется формирование последовательных коротких тепловых импульсов. В момент, когда на одном из датчиков-нагревателей формируется тепловой импульс, второй датчик не производит нагрев и осуществляет регистрацию кривой изменения температуры в точке своего расположения. Через заданный промежуток времени режимы работы датчиков изменяются. При этом датчик, который формировал тепловой импульс, автоматически переводится в режим регистрации температурной кривой, а датчик, регистрировавший температуру, переводится в режим формирования теплового импульса. В процессе смены режимов работы датчиков регистрируются температурные кривые, представленные на фиг. 2, которые в последующем автоматически анализируются. В ситуации, когда скорость потока равна нулю, кривые оказываются идентичными по форме и по максимальному значению, что позволяет выявить факт нулевого потока. В ситуации ненулевого потока кривые отличаются по форме и максимальному значению. Скорость ненулевого потока определяется по регрессионному соотношению, получаемому по результатам калибровочного измерения. Зависимость индекса отношения амплитуд к скорости ксилемного потока показана на фиг. 3.
Предложенный способ позволяет добиться повышения точности выявления нулевого потока и обеспечивает надежность измерений как при низких, так и при высоких скоростях движения пасоки, обладая при этом низким энергопотреблением благодаря работе в импульсном режиме нагрева.
Преимуществом способа является возможность круглосуточного измерения скорости движения пасоки без дополнительных работ по переустановке датчиков-нагревателей для подзарядки, что позволяет использовать его в лесном хозяйстве, а именно в лесопитомниках, в ботанических садах, в научных исследованиях при исследовании физиологических процессов древесных растений.
Способ измерения скорости движения пасоки в древесных растениях, включающий тепловое воздействие в ксилемной ткани ствола и измерение температуры, с использованием двух игольчатых датчиков, закрепленных один над другим на определенном расстоянии, отличающийся тем, что тепловое воздействие осуществляют импульсно с использованием двух игольчатых температурных датчиков, совмещенных с нагревательными элементами и размещенных на расстоянии не более 8 см, при этом первый датчик-нагреватель осуществляет тепловое импульсное воздействие, а второй датчик-нагреватель в это время осуществляет измерение температуры, через заданный промежуток времени осуществляют смену режима работы датчиков, а именно второй датчик-нагреватель осуществляет тепловое импульсное воздействие, а первый датчик-нагреватель осуществляет измерение температуры, с последующим анализом полученных температурных кривых, которые идентичны по форме и по максимальному значению при нулевой скорости потока и различны по этим показателям при ненулевом потоке, причем скорость ненулевого потока определяют по регрессионному соотношению на основании результатов калибровочного измерения.
