一种林下枯落物含水率在线测量装置的制作方法

本发明提供一种林下枯落物含水率在线测量装置，属于环境监测。

背景技术：

1、森林火灾是由于森林本身具备可燃物和助燃气体的存在，由起火源引起的森林火灾现象。特定条件下，森林在高温和氧气的作用下发生点燃现象并可能形成火势蔓延。森林中的可燃物质不仅包括树木本身，还有森林中其他地表植物物质，如苔藓，灌木，枯落物，泥炭等地表可燃物质，这些物质的数量和分布对火灾的引起、蔓延和严重程度起着决定性作用。特别是森林中的枯落物，是引起火灾的主要可燃物。而空气含水量与可燃物含水率对于火险的发生概率、火势蔓延速度以及火情严重程度都有直接关系。可燃物含水率一般用绝对含水率来表示，即可燃物所含的水分量与其被烘干后重量的百分比。可燃物当含水率大于30%时，不易燃，即使被点燃，也难以蔓延；含水率为26%～30%时，较难燃，但点燃后仍可以保持连续蔓延；含水率为11%～25%时，可以燃烧；含水率小于10%时，20s内就能引燃，且火蔓延速度快。因此，对地表可燃物含水率的实时、精确监测对于火情风险等级预报和预测具有重要意义和价值。 传统的含水率测定方法是称重法：通过人工在野外森林进行取样并密封带回实验室，先称鲜重，烘干后再称干重，然后计算含水率。但是传统称重法需要人工去现场采集样本再带回到实验室进行烘干称重，该方法耗时久，无法实时得到可燃物含水率，不能用于进行森林火险的及时预报。 一种基于传统称重法的改进方法由cn103487350a公开，使用采样刀、采样撮及分层梳对可燃物进行采样，然后使用提升式称重测量装置来进行可燃物含水率的实时检测。该方法需要复杂的机械制动装置，户外维护困难，可靠性差，且提升式称重受环境中风速的影响较大，测量精度受影响。 cn106841563a公布了一种利用红外传感器和重量传感器融合测量枯落物含水率的方法。红外传感器测量含水率方法的原理是：水分对近红外波段的一些特定波长红外线有较强的吸收作用，例如1450nm和1940nm的波长，水分含量不同的可燃物会对特定波长红外线有不同的吸收，通过发射特定波长的红外线照射枯落物，检测被照射物体反射或透射回来的波的强度，通过计算被测物体对红外波的吸收而得到含水率。但是该方法用到的设备价格昂贵，不适合大范围推广，此外，基于红外光测量设备需要进行定期标定，不利于野外作业。

技术实现思路

1、本发明针对林区实时含水率检测困难，现有设备成本高、安装复杂的问题，设计一种高可靠性、高精度、低成本的含水率实时测量装置，以应用于火险预报场景，且该设备便于野外应用和大范围推广。

2、本发明具体技术方案为：

3、一种林下枯落物含水率在线测量装置，包括固定底座、承重支架、立柱；固定底座固定在立柱的底部上；

4、承重支架、固定底座上下对称设置，承重支架顶部设有棱锥型防水罩；固定底座、承重支架外设有防护罩；防护罩上边缘和棱锥型防水罩侧边缘之间留有空隙；棱锥型防水罩上方通过支撑机构连接放置枯落物的称重托盘，称重托盘底部开有底部滤水孔，称重托盘内部设有枯落物温湿度传感器；称重托盘上方设有上挡板，上挡板上方设计有顶部滤水孔，上挡板通过套筒固定在立柱上；

5、固定底座、承重支架之间设有重量传感器，重量传感器上下面分别设有加热垫片，上下加热垫片分别通过紧固螺钉固定在固定底座、承重支架上；

6、立柱上还设有在线测量传输单元、微型气象站；重量传感器、枯落物温湿度传感器、土壤温湿度传感器分别与在线测量传输单元连接；立柱上还设有户外供电单元，用于给各个用电部件供电。

7、所述的支撑机构包括支撑杆，支撑杆上端有圆形开孔，用于固定称重托盘，支撑杆下端焊接在棱锥型防水罩的四棱锥四条边的中段位置；棱锥型防水罩的下部四周为矩形围合，用于套在承重支架上。

8、在承重托盘的内壁四个侧面各有一个刻度标尺。

9、防护罩上方为上开口，上开口套在棱锥型防水罩外，并且两者之间留有空隙；防护罩四周有多个防护罩固定孔，用于将防护罩安装在固定底座上，防护罩的下方有弧形开口，以便于雨水流出，防护罩下方的下开口为安装固定底座和立柱的连接处。

10、户外供电单元包含光伏太阳能和风能输入、充电管理单元和储能电池。

11、在线测量传输单元还包括控制器、adc、加热控制单元、无线通信单元；adc为模数转换器，用于采集重量传感器信号；加热控制单元和加热垫片相连，根据测量的环境温度来控制重量传感器的温度；无线通信单元用于将采集的数据传输到后端进行分析和处理。

12、本发明具有的技术效果：

13、本发明设计了一种低成本、高精度的实时含水率测试设备，使用多种校准和补偿方法提升系统测量的准确性；

14、本发明结构简单可靠，设备易于野外安装，后续维护成本低；

15、本发明环境适应性好，可以在极冷极寒条件下正常工作。

技术特征：

1.一种林下枯落物含水率在线测量装置，其特征在于，包括固定底座（1）、承重支架（2）、立柱（10）；固定底座（1）固定在立柱（10）的底部上；

2.根据权利要求1所述的一种林下枯落物含水率在线测量装置，其特征在于，在所述的称重托盘（6）的内壁四个侧面各有一个刻度标尺（603）。

3.根据权利要求1所述的一种林下枯落物含水率在线测量装置，其特征在于，所述的防护罩（8）上方为上开口（801），上开口（801）套在棱锥型防水罩（5）外，并且两者之间留有空隙；防护罩（8）四周有多个防护罩固定孔（802），用于将防护罩（8）安装在固定底座（1）上，防护罩（8）的下方有弧形开口（803），以便于雨水流出，防护罩（8）下方的下开口（804）为安装固定底座（1）和立柱（10）的连接处。

4.根据权利要求1所述的一种林下枯落物含水率在线测量装置，其特征在于，所述的户外供电单元（12）包含光伏太阳能和风能输入、充电管理单元和储能电池。

5.根据权利要求1所述的一种林下枯落物含水率在线测量装置，其特征在于，所述的在线测量传输单元（11）还包括控制器、adc、加热控制单元、无线通信单元；adc为模数转换器，用于采集重量传感器（3）信号；加热控制单元和加热垫片（4）相连，根据测量的环境温度来控制重量传感器（3）的温度；无线通信单元用于将采集的数据传输到后端进行分析和处理。

技术总结
本发明提供一种林下枯落物含水率在线测量装置，承重支架、固定底座上下对称设置，承重支架顶部设有棱锥型防水罩；固定底座、承重支架外设有防护罩；防护罩上边缘和棱锥型防水罩侧边缘之间留有空隙；棱锥型防水罩上方连接放置枯落物的称重托盘，称重托盘底部开有底部滤水孔，称重托盘内部设有枯落物温湿度传感器；称重托盘上方设有上挡板，上挡板上方设计有顶部滤水孔；重量传感器上下面分别设有加热垫片，上下加热垫片分别通过紧固螺钉固定在固定底座、承重支架上；立柱上还设有在线测量传输单元、微型气象站。本发明成本低、精度高，结构简单可靠，设备易于野外安装，后续维护成本低，可以在极冷极寒条件下正常工作。

技术研发人员：王洪荣,张文,申路,彭成,夏文龙,封伟,王纪杰,谢云,郝浩涵,孟庆党
受保护的技术使用者：四川省林业和草原调查规划院（四川省林业和草原生态环境监测中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6