距离对冠层温度传感器测量结果的影响及补偿方法,农业工程论文.docx
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1、距离对冠层温度传感器测量结果的影响及补偿方法,农业工程论文董振国等把冠层温度定义为作物茎、叶外表温度的平均值。作物冠层温度反映了作物和大气之间的能量交换,与其能量的吸收和释放有关,因而冠层温度与作物水分状况密切相关,对冠层温度的监测是提高作物产量和质量的重要手段之一。梁银丽等通过对冬小麦在不同土壤水分条件下拔节期冠层温度 气温差变化规律随生长发育变化状况的研究,得出冠气温差能合理反映土壤水分变化状况。Chau-han 等研究表示清楚,土壤水分损失越严重,冠层温度越高。Zhang 等通过对处于开花期的水稻在不同水分条件下的调查发现,当冠层温度低于空气温度时,土壤水分越少,其冠层温度越高。Thum
2、er 等通过对水分胁迫、冠层温度、叶片卷曲与生长发育状况的关系的研究发现,在土表 0 30cm 的范围的内,随着土壤水分的下降,冠层温度与气温差值增大,水稻叶片卷曲度增加。Stavrinides 等评价了作物水分状况和叶面温度之间的关系,并且发现环境空气温度每升高1,朝南的叶子叶面温度会显著升高 0 8。李向阳等研究发现,小麦灌浆期的冠层温度与作物产量呈负相关性,且随着灌浆的推移该趋势越显著。樊廷录等通过对灌浆中后期冬小麦的研究发现,冠层温度每升高 1,产量减少近 280kg/hm2。 Tanner 第 1 次提出了用红外测温仪来测定作为冠层温度。Wang 等研制了一款具有 53 2 大视场角
3、的红外传感器,用于作物冠层温度的测量。通过实验发现:当传感器距离超过 60cm 后,测量温度降低了 1 4。O Shaughnessy 等设计了一个视场角10 的标准无线红外传感器,并在 15、25、35、45 等 4个环境温度下通过标准黑体与被测物体的温度测量比照,肯定了该传感器的测温准确性;但该研究也没有讨论距离对测量结果的影响以及补偿方式方法。为此,本文在 Wang 等研制的传感器的基础上开展了距离影响的研究,主要目的是:明确距离对传感器的影响机理;提出一种对距离影响的补偿的消减方式方法。 1 距离影响红外测温的理论分析 红外测温基础是普朗克定律,即 华而不实,Eb 为黑体光谱辐射能量密
4、度;C1、C2分别为第 1、第 2 辐射常数; 为波长。 实际测温中,红外探测器接收的辐射包括目的本身的辐射、对周围环境辐射的反射辐射和大气固有辐射。因而,探测器接收到的辐射照度可表示为 华而不实,To为被测物体外表温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度;ε 为外表发射率; 为外表吸收率; a 为大气透射率;εa 为大气发射率。 根据进入探测器的辐射照度,文献14为推倒出了被测物体外表真实温度的计算公式为 华而不实,To为被测物体外表温度;Tr为被测物体等辐射量的黑体温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度(通常情况下可以为 Tu= Ta)。 从公式(3)中能够看出,
5、在目的物体发射率、吸收率一定的情况下,大气透射率的误差作为引起测量温度误差的主要因素。经过进一步分析可知,大气吸收和散射引起辐射的衰减可用大气透过率表示出。透过率计算公式为 华而不实, 为大气透过率; 和 为常数; do是被测物体与红外探测器之间的距离;dcal是校正距离。显然,透过率的误差是由于测量距离的误差所引起的,因而通过测量距离来具体表现出因透射率误差而引起的目的温度的测量误差。基于此,对该红外传感器设计了距离补偿实验,进而提高其测量精度。Chrzanowski 等在室温 18 下、0 5 20m 范围内,用 760BB 红外热像仪对温度为 90 C 的黑体温度测量时发现,随测量距离的
6、增大,被测物体测量温度误差也在增大。魏坦勋等基于某红外测温系统,通过测量传感器和目的之间的距离,根据距离得到一个补偿值,测量温度值与补偿值相加得到补偿后的温度值,进而测温系统精到准确度得到大幅提高。孙丽等人研究了距离对红外热像仪测温精度的影响,提出了采用数据拟合来校正测量值的方式方法。 2、 距离补偿实验设计 2 1 实验经过 实验器材:大视场角红外测温传感器,其视场角为53 2 圆形橡胶容器;多功能数字风速表(MAS-TECH 公司生产,型号 MS6252B,产地:广东、中国); 0 50 量程的工业水银温度计;含刻度的支架( 用来悬挂红外测温传感器和水银温度计)。 实验条件: 室温:18
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