Измеритель фотосинтетической активности растений

 

Изобретение относится к области экспериментальной физиологии растений . Цель изобретения - повышение точности измерений и ра.сширение функциональных 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/(

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (5g 4 А О1 С 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

"c °

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОИ

АКТИВНОСТИ РАСТЕНИИ (57) Изобретение относится к области экспериментальной физиологии растений. Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функ. циональных возможностей измерителя.

Измеритель фотосинтетической активности растений содержит вертикальную проточную камеру 1 с входным каналом 2, выполненным в виде разборноГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4153374/30-15 (22) 28.11.86 (46) 07.05.88. Бюл. Ф 17 (71) Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) (72) В.А. Зюзин, С.Б. Клейбанов и А.Т. Пасеиник (53) 581.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 957463, кл. А 01 С 7/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 468611, кл. А 01 G 7/00, 1973.80 ИЫ351 A1

1393351 го диффузора. Измерительная система содержит датчик расхода газа 3 и насос вертикального продува 4. Заборник газа 5 выполнен в ниде изогнутой перфорированной трубки и служит для равномерного забора воздуха из узкой части диффузора. В измерителе использован дифференциальный инфракрасный

СО„- гаэоанализатор б. Блок кьмпенсации выполнен в виде множительного звена 7. Опытный воздушный канал содержит насос 8 и вентиль 9. Контрольный воздушный канал включает формиро( ватель фронта сигнала 10, линию задержки 11, насос 12 и вентиль 13. При

Изобретение относится к экспериментальной физиологии растений, н частности к приборам гаэометрических исследований фотосинтеза и дыхания

5 растений, н может быть использовало для измерений н условиях открытого и закрытого грунта при наличии воз=мущений по углекислому газу в окружающей среде.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей изме-. ( рите ля при о пр ед елен ии cко ро с ти фо то-. синтеза и дыхания: стеблевых растений

„< 1 при их выращивании в,1нобой питательной среде, в любом грунте„независимо от их СО -газообмена, а также при раэхичных динамиче ских во.з мущениях по СО на входе в измерительное устройство.

На чертеже показана схема измерителя фотосинтетической активности растений, Устройство содержит вертикальную проточную измерительну<о камеру 1 с входным каналом ?, выполненным и виде диффуэора, и иэмернтелт..ную систему.

И:- мерительная система,. содержит датчик 3 расхода газа, насос 4 вертикального продува., эаборник 5 газа, дифференциальный инфракрасный СО газоанализатор б. блок компенсации, выполненный в виде множительного звена ?, два воздушных капала — опытный

"О" и контрольный "К". Опытный воздушный канал содержит насос 8 и вентиль 35 включении в р або ту измерителя н асо с вертикального продува 4 обеспечивает в камере 1 определенную скорость перемещения воздуха. Наличие растения в камере 1 приводит к появлению разности концентрации СО в воздухе выходного и входного каналов. Эта разность концентраций СО регистрируется газоанализатором 6. Множительное звено 7 исключает зависимость показаний газоанализатора б от скорости протока газа через камеру 1. На выходе множительного звена 7 формируется сигнал скорости фотосинтеза.

3 э.п. ф-лы, 1 ил.

9. Контрольный 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 иэ тонкого прозрачного материала. Она устанавливается на одно или на несколько исследуемых

< растений и может либо подвешиваться, либо устанавливаться на стойках прямо на почву.

Главное назначение входного канала 2, выполненного в виде диффуэора— уменьшение влияния возмущаюших 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 по сравненью с его скоростью через камеру 1.

Диффуэор достаточно широк для поI мещения н камеру 1 стебля растения с листвой, но, тем пе менее, он выполнен разборным для работы с растениями, имеющими широкую лиственную зону.

Узкий выходной канал измерительной камеры 1 соединен с датчиком 3 расхода газа, выход последнего соединен с íà" îñîì 4 вертикального продува и нходом опытного канала О". В о гытном канале установлены насос 8

1393351 и вентиль 9, обеспечивающие необходимьп» расход воздуха в первом входе газоанализатора 6, Выход опытного канала соединен с первым входом газо5 анализатора 6. Выход газоанализатора

6 и насоса 4 соединены с атмосферой.

Отбор воздуха из входного канала 2 осуществляется заборником 5 воздуха.

Он установлен в диффузоре и выполнен в виде изогнутой в форме разомкнутого кольца 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 задержки, необходимые для динамической коррекции сигнала в контрольном канале.

Последовательно соединенные насос 12

I и вентиль 13 включены между выходом линии 11 задержки и вторым входом газоаналиэатора 6 и обеспечивают необходимый расход воздуха во втором входе газоанализатора 6. Опытный и контрольный каналы измерительной системы подключены соответственно .на перВый и второй входы дифференциального газоанализатора 6, с выхода которого электрический сигнал поступает на один из входов множительного звена 7. Множительное звено 7 осуществляет непрерывное перемножение сигнала газоанализатора 6 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 СО в воздухе выходного и входного каналов проточной измерительной камеры 1. Эта разность регистрируется дифференциаль- 50 ным газоанализатором 6, на входы которого исследуемый воздух поступает по контрольному и опытному каналам измерительной системы. Очевидно, разностный сигнал с гаэоанализатора 55

6 зависит от скорости протока газа через камеру 1. Эту зависимость исключает множительное звено 7, на выходе которого формируется сигнал скорости фотосинтеза (c c, „) где F — скорость поглощения (выделения), мг ° ч

К вЂ” постоянный коэффициент;

V — скорость протока воздуха через камеру, л ч

С вЂ” концентрация СО на втором вх входе газоанализатора, мг7л ;

С вы„— концентрация СО на первом входе газоанализатора, мг/л

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 чродольного перемешивания газа за счет явлений диффузии. Если отношение высоты камеры и площади ее поперечного сечения достаточно велико, то поступающий извне воздух движется в ней относительно тонким слоем без продольного перемешивания, Б 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 СО через некоторый интервал времени д t определяемый скоростью протока воздуха V через камеру и ее габаритами, это возмущение достигает в момент времени t выходного канала камеры

1, т.е. дС = t — t, . 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 — опытный и контрольныи без элементов 10 и 11, полностью идентичны.

Таким образом, реакция на ступенчатое изменение входной концентрации

СО на электрическом выходе газоанализатора 6 при отсутствии коррекции в контрольном канале измеритель1393351 6 роваться в широких пределах.

Измеритель фотосинтетической активности настраивается при поступлении на входной канал 2 пустой .камеры

1 ступенчатого изменения концентрации

СО и подборе объемов формирователя

10 фронта сигнала и линии 11 задержки таким образом, чтобы выходной сигнал газаанализатора 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 канале, содержащем формирователь l0 фронта сигнала и линию 11 задержки.

Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения состо. ит в том, 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 позволяет использовать измеритель в оптимизированных системах, где при этом сокращается время поиска экстремума функции фотосинтеза. ной системы имеет запаздывание g t и искаженный фронт по сравнению с входным сигналом. Поэтому для исключения 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 l1 задержки, соединенные последовательно. Применение формирователя фронта сигнала позволяет имитировать в контрольном кана( ле устройства динамическое искажение

15 поступившего сигнала, идентичное искажению сигнала, прошедшего через измерительную камеру 1 и поступающего на вход опытного канала, т,е. достичь идентичности формы фронтов сигналов, приходящих на первый и второй входы дифференциального газоанализатора б. 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 камере 1.

Физический процесс размывания из-за диффузии фронта ступенчатого сигнала при его прохождении от вход- 35 ного канала камеры 1 до ее выходного . канала определяет условия выбора параметров формирователя 10 фронта сиг-. нала, а именно необходимость выполнения равенства отношений: объема каме- 40 ры 1 к скорости протока газа в ней и 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 50 формирователя, Линия 11 задержки позволяет задерживать сигнал, проходящий по контрольному каналу "K", на время и тем самым обеспечи:ть условие одновременности поступления возмущающего сигнала на первый и второй входы дифференциального газоанализатора 6.

Линия l1 задержки состоит из набора отрезков воздуховодной соединительной трубки, применяемой в предлагаемом устройстве. Подбор искомого времени задержки а 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 проточную измерительную камеру 1 можно увеличить чувствительность измерителя. При очень низких скоростях протока воздуха начинает сказываться отрицательное влияние эффекта обратной к направлению протока газа диффузии. Чувствительность измерителя пропорциональна отношению ассимиляционной площади растительнсго образца к скорости прохождения газа через камеру и может варьиФормула изобретения

Составитель Л. Пантелеева

Техред М.Моргентал Корректор А..Зимокосов

Редактор Л. Лангазо

Тираж 661 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1896/2

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 139335

Особенно целесообразна установка измерителя на объекты, подвергающиеся значительным и частым возмущениям по СО

i . Измеритель фотосинтетической активности растений, содержащий проточ- 10 ную измерительную камеру с входным и выходным каналами и измерительную схему, включающую датчик расхода газа, выход которого через насос вертикального продува соединен с атмосферой, блок компенсации, дифференциальный газоанализатор, первый вход которого через опытный воздушный канал с последовательно включенными в него первыми вентилем и насосом, соединен с выходом датчика расхода газа, а выход дифференциального газоанализатора — с атмосфербй, при этом контрольно воздушный канал с последовательно включенными в него вторыми 25 вентилем и насосом подключен к второму входу дифференциального газоанализатора, а вход контрольного воздушного канала подключен к входному каналу проточной измерительной камеры, о т—

30 ли,чающий ся тем, что, с целью повышения точности измерений и расвч рения функциональных возможностей измерителя, контрольный воздушный канал снабжен последовательно 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.

2. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что во входном канале проточной измерительной камеры установлен заборник воздуха в виде изогнутой перфорированной трубки, сообщенной с входом контрольного измерительного канала.

3. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что входной канал проточной измерительной камеры выполнен в виде диффузора.

4. Измеритель по п. 1, о т л и—

-чающий с я тем, что, с целью упроцения его эксплуатации при работе с растениями, имеющими широкую

m.ñòâåHHóþ зону, диффузор выполнен

Ъ разборным.