Измеритель фотосинтетической активности растений Советский патент 1988 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к экспериментальной физиологии растений, в частности к приборам газометрических исследований фотосинтеза и дыхания растений и может быть использовало для измерений в условиях открытого и закрытого грунта при наличии возмущений по углекислом газу в окружающей среде.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональньгх возмолшостей измерителя при определении скорости фотосинтеза и дыхания стеблевых растений при их выращивании в любой питательно среде, в любом грунте, независимо от их C0,j-газообмена, а также при различных динамических возмущениях по СО на входе в измерительное устройство,

На черте7«е показана схема измерителя фотосинтетической активности растений.

Устройство содержит вертикальную проточнзто измерительную камеру 1 с входньЕ каналом 2, выполненным в виде диффузора, и измерительную систему.

Измерительная система, содержит датчик 3 расхода газа, насос 4 вертикального продува., заборник 5 газа, дифференциальный инфракрасный газоанализатор 6,, блок компенсации, выполненньш в виде мнойштельного звена 7, два воздушных канала - опытный О и контрольньш к. Опытный воздушный канал содержит насос 8 и вентиль

З

.,

9. Контрольньй воздушный канал содержит формирователь 10 фронта сигнала, линию 11 задержки, насос 12, вентиль 13.

Измерительная.камера 1 с широким входным и узким выходным каналами изготовлена из тонкого прозрачного материала. Она устанавливается на одно ИЛ1Г на несколько исследуемых . растений и может либо подвешиваться, либо -устанавливаться на стойках прямо на почву.

Главное назначение входного кана- ла 2J выполненного в виде диффузора - уменьшение влияния возмущающих ветровых потоков воздуха, а также уменьшение явления обратной диффузии, возникающего из-за наличия разности концентраций СО во входном и выходном каналах камеры 1. Это достигается благодаря большей скорости протока воздуха через диффузор j; по сравнению с его скоростью через камеру 1.

Диффузор достаточно широк для помещения в камеру 1 стебля растения с листвой, но, тем не менее, он вы полнен разборным для работы с растениями, ну5еющими широкую лиственную зону.

Узкий выходной канал измерительной камеры 1 соединен с датчиком 3 расхода газа, выход последнего соединен с насосом 4 вертикального продува и входом опытного канала О, В отштном канале установлены насос 8

и вентиль 9, обеспечивающие необходи мьй расход воздуха в первом входе газоанализатора 6. Выход опытного канала соединен с первым входом газоанализатора 6. Выход газоанализатора 6 и насоса 4 соединены с атмосферой. Отбор воздзгха из входного канала 2 осуществляется заборником 5 воздуха. Он установлен в диффузоре и выполнен в виде изогнутой в форме разомкнутого кольда перфорированной трубки с множеством микроотверстий и служит для равномерного забора воздуха из узкой части диффузора. Заборник воздуха соединен с входом контрольного канала К, в котором включены последовательно соединенные формирователь 10 фронта сигнала и линии 11 заДерж- ки, необходимые для динамической коррекции сигнала в контрольном канале. Последовательно соединенные насос 12 и вентиль 13 включены между выходом линии 11 задержки и вторым входом газоанализатора 6 и обеспечивают не- обходимьш расход воздзгха во втором входе газоанализатора 6. Опытньй и контрольньй каналы измерительной системы подключены соответственно .на перйьш и второй входы дифференциального газоанализатора 6, с выхода которого электрический сигнал поступае на один из входов множительного звена 7. Множительное звено 7 осуществляет непрерьшное перемножение сигнала газоанализатора б с сигналом датчика 3 расхода воздуха, поступающего на второй вход множительного звена 7.

Устройство работает следующим образом.

При включении насоса 4 вертикального продува в камере 1 устанавливается определенная скорость потока воздуха, контролируемая датчиком 3 расхода газа. Наличие в камере 1 растения приводит к появлению разности концентрации COj, в воздухе выходного и входного каналов проточной измерительной камеры 1. Эта разность регистрируется дифференциальным газоанализатором 6, на входы которого исследуемьм воздух поступает по контрольному и опытному каналам измерительной системы. Очевидно, разностный сигнал с газоанализатора 6 зависит от скорости протока газа через камеру 1. Эту зависимость исключает множительное звено ), на

выходе которого формируется сигнал скорости фотосинтеза

KV(C,.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где F - скорость поглощения (выделения) , мг ; К - постоянный коэффициент; V - скорость

через камеру, Л Ч

С„ - концентрация COj на вх

протока воздуха

- .

втором

BblX

входе газоанализатора, - концентрация СО на первом входе газоанализатора, , ;

Измерительная проточная камера 1 измерителя фотосинтетической активности растений является условно открытой камерой с локальным перемешиванием газовой фазы. Отношение высоты камеры и площади ее поперечного сечения и скорость протока воздуха через камеру определяет величину продольного перемешивания газа за счет явлений диффузии. Есхш отношение высоты камеры и площади ее поперечного сечения достаточно велико, то поступающий извне воздух движется в ней относительно тонким слоем без продольного перемепшвания. В противном случае явления диффузии играют значительную роль и происходит размывание передних фронтов поступающих из внешней среды ступенчатых сигналов.

При Поступлении на входной канал камеры 1 в момент времени t, ступенчатого изменения концентрации С02 через некоторый интервал времени At, определяемый скоростью протока воздуха V через камеру и ее габаритами, это возмущение достигает в момент времени 1, т.е.

t выходного канала камеры

At

Ч Причем передний

фронт входного ступенчатого сигнала на входе опытного канала значительно Искажен по отношению к сигналу на входе контрольного канала. Это обусловлено размыванием переднего фронта ступенчатого сигнала за счет продольного перемешивания газа. Каналы измерительной системы - опытньй и контрольньй без элементов 10 и 11, полностью идентичны.

Таким образом, реакция на ступенчатое изменение входной концентрации СО на электрическом выходе газоанализатора 6 при ции в контрольном

отсутствии коррек- канале измерительной системы имеет запаздьюание ut и искаженный фронт по сравнению с входным сигналом. Поэтому для иск.то- чения влияния отмеченных эффектов на результат измерения, а следовательно, для повышения точности и достоверности результатов в контрольном канале измерительной системы установлены формирователь 10 фронта сигнала и линия 11 задержки, соединенные последовательно. Применение формщ)ователя фронта сигнала позволяет имитировать в контрольном канале устройства динамическое искажение поступившего сигнала, идентичное искажению сигнала, прошедшего через измерительную камеру 1 и поступающего на вход опытного канала, т.е. дос тичь идентичности формы фронтов сигналов, приходящих на первый и второй входы дифференциального газоанализатора 6. Формирователь 10 фронта сигнала состоит из стакана цилиндра и поршня, посредством перемещения которого находится искомый объем формирователя. Движение газа происходит вдоль оси симметрии цилиндра. Искажение фронта сигнала, происходящее в формирователе 10, определяется процессом диффузии, аналогичным процессу диффузии, происходящему в ка- мере 1.

Физический процесс размывания из-за диффузии фронта ступенчатого сигнала при его прохождении от входного канала камеры 1 до ее выходного кайала определяет условия выбора параметров формироЕ1ателя 10 фронта сиг10 фронта сигнала и линии 11 задерж ки таким образом, чтобы выходной си нал газоанализатора 6 равнялся нулю 35 По существу элементы 10 и 11 представляют собой модель измерительной проточной камеры 1, причем весьма компактной благодаря большой разнос расходов газа в измерительной камер

нала, а именно необходимость выполнения равенств-а отношений: объема кане- 0 1 и контрольном канал е, содержащем ры 1 к скорости протока газа в ней и формирователь 10 фронта сигнала и

-

to

933516

Линия 11 задержки состоит из набора отрезков воздуховодной соединительной трубки, применяемой в предлагаемом устройстве. Подбор искомого времени задержки л t осуществляется посредством увеличения или уменьшения числа звеньев воздуховодной трубки линии задержки. Заметим, что небольшая задержка сигнала происходит и в формирователе 10 фронта сигнала, также как и незначительное размывание фронта сигнала может иметь место в линии 11 задержки.

Уменьшением скорости прохождения газа через проточнзто измерительную камеру 1, можно увеличить чувствительность измерителя. При очень низких скоростях протока воздуха начинает сказьгеаться отрицательное влияние эффекта обратной к направлению протока газа диффузии. Чувствительность измерителя пропорциональна отношению ассимиляционной площади растительного образца к скорости прохождения газа через камеру и может варьироваться в широких пределах.

Измеритель фотосинтетической активности настраивается при поступлении .на входной канал 2 пустой,камеры 1 ступенчатого изменения концентрации

15

20

25

30

С0„ и подборе объемов формирователя

10 фронта сигнала и линии 11 задержки таким образом, чтобы выходной сигнал газоанализатора 6 равнялся нулю. По существу элементы 10 и 11 представляют собой модель измерительной проточной камеры 1, причем весьма компактной благодаря большой разности расходов газа в измерительной камере

1 и контрольном канал е, содержащем формирователь 10 фронта сигнала и

Изобретение относится к области экспериментальной физиологии растений. Цель изобретения - повышение точности измерений и ра.сширение функ- циональных возможностей измерителя. Измеритель фотосинтетической активности растений содержлт вертикальную проточную камеру 1 с входным каналом 2, выполненным в виде разборно- (Л Вб/ход V:r- 8o3dt/(

объема формирователя 10 к скорости протока газа в нем.

Выполнение условия этого равенства позволяет резко сократить время поиска параметров формирователя при их грубой оценке. Точный подбор искомого объема формирователя 10 фронта сигнала осуществляется посредством перемещения поршня внутри стакана формирователя.

Линия 11 задержки позволяет задерживать сигнал, проходящий по контрольному кйналу к, на время ftt

и тем самым обеспечить условие одно- . ляет использовать измеритель в оптивременности поступления возмущающего сигнала на первый и второй входы дифференциального газоанализатора 6.

5

0

линию 11 задержки.

Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения состоит в TOMj что появляется возможность проводить измерения скорости фотосинтеза и фотодыхания стеблевых растений при наличии динамических возмущений по СО в окружающем растение воздухе, а также возможности проводить измерения на растении, растущем в почвенном массиве со значительным СО.-газообменом,

Высокая точность измерения позвомизированных системах, где при этом сокращается время поиска экстремума функции фотосинтеза.

Особенно целесообразна установка измерителя на объекты, подвергаю- щиеся значительным и частым возмущениям по COj.

Формула изобретения

Г.Измеритель фотосинтетической активности растений, содержащий проточную измерительную камеру с входным и выходным каналами и измерительную схему, включающзпо датчик расхода га- за выход которого через насос вертикального продува соединен с атмосферой, блок компенсации, дифференциальный газоана.пизатор, первый вход которого через опытный воздушньй канал с последовательно включенными в него первыми вентилем и насосом соединен с выходом датчика расхода газа, а выход дифференциального газоанализатора - с атмосфербй, при этом контрольный воздушньй канал с последовательно вю иоченными в него вторыми вентилем и насосом подключен к второму входу дифференциального газоанализатора, а вход контрольного воздушного канала подключен к входному каналу проточной измерительной камеры, о т

ли чающий с

я

тем, что, с

целью повьшения точности измерении и расширения функциональных возможностей измерителя, контрольный воз- душньш канал снабжен последовательно

0

5

5

0

0

соединенными между собой формирователем фронта сигнала и линией задержки, а блок компенсации выполнен в виде множительного звена, при этом входной канал проточной измерительной камеры расположен в прикорневой . зоне растения, а ее выходной канал - над верхней частью растения, причем вход формирователя фронта сигнала является входом контрольного воздушного канала, а выход линии задержки соединен с входом второго насоса, при этом электрические выходы датчика расхода газа и дифференциального газоанализатора подключены к соответствующим входам блока компенсации.

4.Измеритель по п. 1, о т л и - ч а ю ш, и и с я тем, что, с целью упрощения его эксплуатащт при работе с растениями, имеющими широкую Л1 ственн то зону, диффузор выполнен разборным.