折叠式树径生长量实时精密测量仪的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——折叠式树径生长量实时精密测量仪。该专利由中国计量学院申请，并于2016年10月12日获得授权公告。

内容说明

本发明属于测试计量技术领域，具体涉及一种折叠式树径生长量实时精密测量仪。

发明背景

森林作为陆地生态主体，能有效地吸收大气中的CO2并将其固定在植被或土壤中，而评价植物固定CO2量（即其生长量）主要通过树径和树高这两个量来实现。由于树高这一参数测量时的不准确性，在测量植物生长量时，树木直径这一参数显得尤为重要。树干依据环境或其生理节律会出现周期性的膨胀和收缩，这些生理活动直接反映了树干的生理状态。树干生理扩张是因为树干蓄有水分，其水分蒸发使木质压力下降，引起树干收缩，而其固定CO2又会引起树干生长扩张。因此，为了解树木短期内的直径变化、长期的生长量和生长速率的变化及其与环境间的关系，对树木直径生长量进行精确实时地测量具有十分重要的意义。

现有测量方法中，树木直径的测量主要分为两种：支架式树径测量装置，主要采用相互垂直的四个支架将直线位移传感器装夹到树干上，但由于装配误差的存在使得该方法只能获得某一条直径或者弦线的数据，存在较大误差。同时，夹紧时易造成夹具过紧影响树径测量准确度，此外风大时易造成的装置倾斜，也会增加增大误差；拉绳式树径测量装置，主要通过拉绳传感器进行测量。其中，由于拉绳传感器是通过切向拉力固定，钢丝绳对树的压力取决于树的大小。若树径差异大，测量结果之间则可比性差。因此有必要设计一个多支点式的测量装置，用以稳定精确的测量树径值以及树径的实时变化量，该装置采用可折叠式，携带方便，适用于林业人员随身携带以完成森林实地测量。

发明内容

针对植物树径精密测量的现有技术的不足，本发明提供一种折叠式树径生长量实时精密测量仪，该装置能够实时精确地测量树木直径，且体积小巧可折叠，方便携带。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：包括定位支架、装夹单元、测量单元和信号传输处理电路。所述装置采用夹紧功能与测量功能分开的方式，改变了传统的夹紧与测量一体式的结构，首先 采用两根支架的机械结构设计，以先夹紧后测量的方式代替了夹紧测量同时进行的方式。装置实行夹紧与测量串行的方式，夹紧装置与测量装置相互配合且互不干扰，单人即可完成测量工作。

所述装置在各部分连接处装有高精度活动铰链或轴承，使得测量臂与夹紧臂可折叠，在测量时配合挡板及碰珠实现精确定位。

所述的折叠式树径生长量实时精密测量仪，在部件满足使用要求的同时，对测量仪的结构进行了轻量化设计，包括测量仪定位支架、传感器夹具、定位夹具采用骨架式结构，夹紧臂和测量臂采用中空式结构，在保证结构强度和刚度要求的同时使测量仪夹具质量大幅度减小。此外，对测量仪的制作材料和制作工艺进行了优化，在减小测量仪质量的同时提高了装置的耐磨性，保证了其使用寿命。

本发明的有益效果在于，测量装置有两个参数，分别为树干直径及树干直径的实时微变化量。同时，适用于植物的生长量测量问题，测量范围大，对树干表面要求低。机械结构采用可折叠式方便携带，而且使用方便并且质量轻体积小，夹具对树干伤害小。采用微米级位移传感器，灵敏度和分辨力高，工作寿命长，能实现信息的远距离传输。此外，测量装置采用太阳能供电，适合长期野外测量试验。