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专利号: 2021106962895
申请人: 湖州师范学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-08-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种土壤碳通量测量系统,其特征在于,包括: 碳通量池、测量信号提供和收集系统、及测量结果处理系统;

所述碳通量池,用于收集设定区域土壤的碳元素相关气体,并在不同高度梯度空间进行所述设定区域土壤的碳元素相关气体分布测量;

所述测量信号提供和收集系统,用于给所述不同高度梯度空间提供测量信号,并收集所述不同高度梯度空间的测量结果信号;

所述测量结果处理系统,用于对测量结果信号进行处理,获得所述不同高度梯度空间对应的碳元素相关气体,并根据所述不同高度梯度空间对应的碳元素相关气体分布情况获得土壤碳通量;其中:所述测量结果处理系统包括:第一信号处理装置和第二信号处理装置;

所述第一信号处理装置,用于对所述测量结果信号进行处理,获得不同高度梯度空间对应的碳元素相关气体的分布情况,所述分布情况包括每个高度梯度空间的碳元素相关气体浓度随温度、测量时间的变化关系;所述第二信号处理装置,用于根据不同高度梯度空间对应的碳元素相关气体分布情况获得土壤碳通量;

所述第一信号处理装置包括:第一子处理装置、第二子处理装置和第三子处理装置;

第一子处理装置,被配置为对测量结果信号进行奇异值分解去噪,获得初步降噪处理的第一信号;第二子处理装置,被配置为对所述第一信号进行经验模式分解获得所述第一信号包括的多个线性稳态信号,并确定其中一个所述线性稳态信号作为待处理信号;第三子处理装置,被配置为基于粒子群算法改进的SG滤波算法对所述待处理信号进行平滑处理,获得准确信号;

所述第二信号处理装置包括:第一确定装置、第二确定装置、第三确定装置和结果确定模块;

第一确定装置,用于根据气体各梯度空间的高度和气体扩散速度确定不同高度梯度空间对应的碳碳元素相关气体浓度随相对时间的第一变化关系,其中:所述相对时间有所述梯度空间的不同高度距离和所述气体扩散速度决定的时间和所述测量时间差值绝对值确定;第二确定装置,用于根据所述第一变化关系以及同一高度梯度空间对应的碳元素相关气体浓度随时间和温度变化关系确定碳通量测量结果的第一温度权重;第三确定装置,用于根据所述第一变化关系和所述第一温度权重确定不同高度梯度空间对应的碳元素相关气体浓度随梯度高度的第二变化关系;结果确定模块,用于将所述第一变化关系、所述第一温度权重和所述第二变化关系表示为土壤碳通量的测量结果。

2.根据权利要求1所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,所述测量信号为光信号;

所述碳通量池包括:设置在不同高度梯度空间的多个光学反射腔体;

各所述光学反射腔体分别用于提供一位于水平面内的光信号测量路径;各所述光学反射腔体在高度方向上连通。

3.根据权利要求2所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,

沿所述不同高度梯度空间的高度升高方向,各所述光学反射腔体提供的光学路径依次增加,或沿所述不同高度梯度空间的高度升高,各所述光学反射腔体的长度依次缩短,各所述光学反射腔体反射光信号的反射次数依次增加。

4.根据权利要求2所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,所述碳通量池还包括设置各所述光学反射腔体的支架;各所述光学反射腔体在所述支架上可移动设置。

5.根据权利要求2所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,所述光学反射腔体包括相对设置的反射器阵列,各所述反射器陈列由信号反射器组成。

6.根据权利要求2所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,所述测量信号提供和收集系统包括:激光器、控制器、信号收集装置;

所述激光器,用于向所述不同高度梯度空间的光学反射腔体提供激光作为光测量信号;

所述控制器,用于控制所述激光器产生所述激光;

所述信号收集装置,用于收集所述不同高度梯度空间的所述光学反射腔体输出的激光。

7.根据权利要求6所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,所述控制器包括波长发生控制器、温度控制器、补偿控制模块;

所述温度控制器,用于控制所述激光器的工作介质的工作温度;

所述波长发生控制器,用于控制所述激光器提供激光的波长;

所述补偿控制模块,用于根据激光器的波长随工作介质温度的漂移情况,通过对所述激光器工作介质的温度补偿和锁定所述波长发生控制器控制所述激光器提供激光的波长为特定波长和特定功率。

8.根据权利要求7所述的土壤碳通量测量系统,其特征在于,所述波长发生控制器包括:信号发生器,用于提供所述激光器需要的扫描信号和波长调制信号

加法器,用于叠加扫描信号和波长调制信号,获得数字波长控制信号;

控制模块,用于根据所述数字波长控制信号控制所述激光器输出激光的波长。