一种野外便携光合仪补光系统

1.本发明涉及光合仪技术领域，尤其涉及一种野外便携光合仪补光系统。


背景技术：

2.植物净光合速率是量化陆地生态系统生产力的关键指标。当前，对于叶片面积较大的植物，通常采用单位面积净光合速率的办法，即仪器分析头夹住叶片，然后通过仪器上自带的补光装置为叶片提供光源，从而测定植物光响应曲线和净光合速率。但是对于针叶树种、叶片细狭的禾本科植物和其他草本植物等，由于其叶形不规则，通常测定其单位质量的净光合速率来表示其光合能力，该方法首先需要将测定阔叶的叶室替换为一种两面通气的透明管(气体交换管)，然后将被测植物叶片放置在气体交换管中，测定单位时间吸收的氧气量，来表征植物光合能力。
3.尽管气体交换管高度透明且可以暴漏在外，能够接收自然光，但是植物光合速率对光的响应非常敏感，植物叶片通过气体交换管很难获得稳定太阳光和足够的光强，便携式光合仪利用气体交换管测定植物光合作用时，没有考虑光强不足的问题，这大大限制了科研人员工作效率；在对一簇或许多针叶测定光合作用时，由于针叶的数量较多，上方的针叶会对其下方的针叶进行遮挡，从而影响其下方针叶的光合速率，导致测量误差，影响测量精度；再者，便携式光合仪主要在野外工作，野外环境复杂，缺少电力，很难利用大型、高耗能补光灯进行补光。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动调节光照强度野外便携光合仪补光系统。
5.本发明技术方案如下：一种野外便携光合仪补光系统，包括有对称分布的固定壳体，对称分布的固定壳体之间固接有u形壳体，u形壳体设置有进光口，对称分布的固定壳体和u形壳体组成补光箱，u形壳体设置有控制终端，u形壳体设置有与控制终端电连接的光强检测模块、补光模块和光合速率分析模块，u形壳体设置有与控制终端电连接的电源，对称分布的固定壳体均设置有通孔，对称分布的固定壳体的通孔内滑动连接有气体交换管，气体交换管设置有对称分布的柱塞，柱塞连通有导管，对称分布的导管与光合仪本体连通，光合仪本体与光合速率分析模块电连接，u形壳体内滑动连通有u形反射板，u形反射板与u形壳体之间固接有第一拉簧，固定壳体设置有对称分布的卡紧机构，用于锁紧不同直径的气体交换管，u形壳体设置有用于补充光照强度的补光机构，补光机构与补光模块和光强检测模块电连接，u形反射板将部分光反射，反射光通过气体交换管透入一簇针叶的下侧。
6.优选地，u形反射板为反光板，增强u形反射板对光的反射强度。
7.优选地，卡紧机构包括有转杆，转杆贯穿式转动连接于固定壳体，转杆固接有转盘，固定壳体设置有等间距分布的限位滑槽，转杆固接有等间距交错分布的凸块，等间距分布的凸块分布位于相邻的限位滑槽内，等间距分布的限位滑槽内均滑动连接有卡紧板，等
间距分布的卡紧板均设置有半圆形卡紧槽，等间距分布的半圆形卡紧槽的直径由固定壳体向u形壳体逐渐减小，等间距分布的卡紧板与固定壳体之间均固接有弹簧，等间距分布的卡紧板均与相邻的凸块挤压配合，靠近u形反射板的转杆设置有调节组件，用于调节u形反射板的位置。
8.优选地，卡紧板的材质为弹性材料，用于密封气体交换管。
9.优选地，卡紧板靠近转杆的一侧设置有与凸块配合的弧形面，卡紧板弧形面的弧度与凸块最外侧凸点绕转杆转动所形成的弧度相同。
10.优选地，调节组件包括有连接杆，连接杆固接于转杆，连接杆固接有凸轮，凸轮与u形反射板的下侧面挤压配合。
11.优选地，补光机构包括有对称分布的转轴，对称分布的转轴均转动连接于u形壳体，转轴固接有转盘，固定壳体固接有导向杆，导向杆滑动连接有对称分布的滑动杆，滑动杆设置有与控制终端电连接的照明灯，照明灯与补光模块电连接，靠近同一转轴的对称分布的滑动杆之间固接有第二拉簧，转轴设置有螺纹，远离u形壳体内壁的滑动杆固接有与转轴螺纹配合的折形杆，导向杆固接有对称分布的限位板。
12.优选地，折形杆固接有挡板，用于封堵u形壳体的进光口。
13.优选地，一个挡板靠近气体交换管的一侧设置有矩形槽，另一个挡板靠近气体交换管的一侧设置有凸条，一个挡板的矩形槽与另一个挡板的凸条密封配合。
14.优选地，对称分布的固定壳体之一设置有光照传感器，光照传感器与光强检测模块电连接，用于检测u形壳体进光口的光照强度。
15.有益效果是：
16.1、通过铝制u形反射板将部分光反射，反射光通过气体交换管透入一簇针叶的下侧，补充下方的叶子所受的光照强度，通过光照传感器实时检测自然光的光照强度。
17.2、根据自然光的光照强度对照明灯的光照强度进行调节，使得针叶所受的光照强度维持在一定范围内，避免外界自然光照强度发生变化从而影响针叶所受的光照。
18.3、当外界自然光的光照强度强时，将自然光与补光机构配合为针叶提供足够的光照，当外界自然光的光照强度弱时，仅用补光机构为针叶提供足够的光照。
19.4、通过不同的卡紧板对不同直径的气体交换管进行卡紧固定，便于操作人员对不同直径气体交换管内植物的光合速率进行测定，挡板将u形壳体的进光口封堵，避免外界光照进入补光箱内，对气体交换管内植物造成干扰。
附图说明
20.图1为本发明的立体结构示意图。
21.图2为本发明u形壳体的立体结构剖面图。
22.图3为本发明气体交换管的立体结构剖面图。
23.图4为本发明u形反射板的立体结构剖面图。
24.图5为本发明固定壳体的立体结构剖面图。
25.图6为本发明补光机构的立体结构示意图。
26.图7为本发明滑动杆的立体结构示意图。
27.图8为本发明的系统流程控制图。
28.图中标号名称：1-固定壳体，101-限位滑槽，2-u形壳体，3-控制终端，4-气体交换管，5-柱塞，6-导管，7-u形反射板，8-第一拉簧，901-转杆，902-凸块，903-卡紧板，904-弹簧，1001-连接杆，1002-凸轮，1101-转轴，1102-导向杆，1103-滑动杆，1104-照明灯，1105-第二拉簧，1106-折形杆，1107-限位板，1108-挡板，1109-光照传感器。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。在此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
30.实施例1
31.一种野外便携光合仪补光系统，如图1-图4和图8所示，包括有对称分布的两个固定壳体1，对称分布的两个固定壳体1之间焊接有u形壳体2，u形壳体2的上部设置有进光口，用于透过自然光，对称分布的两个固定壳体1和u形壳体2组成补光箱，u形壳体2固接有控制终端3，u形壳体2设置有与控制终端3电连接的光强检测模块、补光模块和光合速率分析模块，u形壳体2设置有与控制终端3电连接的电源，对称分布的两个固定壳体1均设置有通孔，对称分布的两个固定壳体1的通孔内滑动连接有气体交换管4，气体交换管4为透明管，气体交换管4设置有对称分布的柱塞5，柱塞5连通有导管6，对称分布的导管6与光合仪本体连通，光合仪本体与光合速率分析模块电连接，光合仪本体用于分析气体交换管4内气体成分的变化情况，检测针叶的光合速率，u形壳体2内滑动连通有u形反射板7，u形反射板7将部分光气体交换管4反射在气体交换管4的下侧，并通过气体交换管4透入一簇针叶的下侧，补充下方的叶子所受的光照强度，u形反射板7的材质为反光铝板，铝板的反光性高，对光照强度削弱量较少，提高了下方的叶子所受的光照强度，u形反射板7与u形壳体2之间固接有第一拉簧8，固定壳体1设置有对称分布的卡紧机构，用于锁紧不同直径的气体交换管4，u形壳体2设置有用于补充光照强度的补光机构，补光机构与补光模块和光强检测模块电连接，当外界自然光的光照强度强时，将自然光与补光机构配合为针叶提供足够的光照，当外界自然光的光照强度弱时，仅用补光机构为针叶提供足够的光照。
32.如图2和图5所示，卡紧机构包括有转杆901，转杆901贯穿式转动连接于固定壳体1，转杆901焊接有转盘，固定壳体1设置有等间距分布的三个限位滑槽101，转杆901焊接有三个等间距交错分布的凸块902，三个凸块902占据转杆901外侧面的三个四分之一点，三个等间距分布的凸块902分布位于相邻的限位滑槽101内，等间距分布的限位滑槽101内均滑动连接有卡紧板903，等间距分布的卡紧板均设置有半圆形卡紧槽，等间距分布的半圆形卡紧槽的直径由固定壳体1向u形壳体2逐渐减小，适用直径不同的密封气体交换管4，卡紧板903的材质为弹性材料，用于增加卡紧板903与气体交换管4之间的接触面积，密封气体交换管4，卡紧板903靠近转杆901的一侧设置有与凸块902配合的弧形面，等间距分布的卡紧板903均与相邻的凸块902挤压配合，卡紧板903弧形面的弧度与凸块902最外侧凸点绕转杆901转动所形成的弧度相同，使得凸块902最外侧凸点与卡紧板903下侧面内的弧形面接触时，转杆901带动凸块902转动，凸块902并不会带动卡紧板903向上移动，使得凸块902在一定角度范围内，卡紧板903均会保持锁紧位置，避免操作人员转动转杆901的过程中，凸块902的转动角度无法精确把握对卡紧板903的高度造成误差，等间距分布的卡紧板903与固
定壳体1之间均固接有弹簧904，靠近u形反射板7的转杆901设置有调节组件，用于调节u形反射板7的位置。
33.如图2和图4所示，调节组件包括有连接杆1001，连接杆1001焊接于转杆901，连接杆1001焊接有凸轮1002，在转杆901转动的过程中，转杆901通过连接杆1001带动凸轮1002，凸轮1002转动挤压u形反射板7的下侧面，u形反射板7向上移动，调节u形反射板7的反射位置。
34.如图2、图6和图7所示，补光机构包括有对称分布的转轴1101，对称分布的转轴1101均转动连接于u形壳体2的上部，转轴1101焊接有转盘，固定壳体1通过螺栓连接有导向杆1102，导向杆1102滑动连接有对称分布的滑动杆1103，滑动杆1103设置有与控制终端3电连接的照明灯1104，照明灯1104与补光模块电连接，由于外界自然光光照强度强，因此仅需要照明灯1104对自然光进行少量补充，以此来弥补由气体交换管4对自然光削弱的影响，靠近同一转轴1101的对称分布的滑动杆1103之间固接有第二拉簧1105，转轴1101设置有螺纹，远离u形壳体2内壁的滑动杆1103焊接有与转轴1101螺纹配合的折形杆1106，转轴1101转动带动折形杆1106靠近气体交换管4，导向杆1102焊接有对称分布的限位板1107。
35.如图6所示，折形杆1106的上部焊接有挡板1108，用于封堵u形壳体2的进光口，一个挡板1108靠近气体交换管4的一侧设置有矩形槽，另一个挡板1108靠近气体交换管4的一侧设置有凸条，一个挡板1108的矩形槽与另一个挡板1108的凸条密封配合，当两个挡板1108相互接触时，一个挡板1108的凸条卡入另一个挡板1108的矩形槽，增加了两个挡板1108的接触面积，提高了对外界光的遮挡。
36.如图6所示，对称分布的固定壳体1之一安装有光照传感器1109，光照传感器1109与光强检测模块电连接，用于检测u形壳体2进光口的光照强度，根据自然光的光照强度对照明灯1104的光照强度进行调节，使得针叶所受的光照强度维持在一定范围内，避免外界自然光照强度发生变化从而影响针叶所受的光照。
37.当需要对野外一簇或更多的针叶进行光合速率测量之前，操作人员首先将柱塞5取下，再将取好的针叶放入气体交换管4内，随后将取下的柱塞5重新将气体交换管4封堵，进行光合速率的检测，针对于外界自然光的光照强度可以分为光照强度强和光照强度弱两种情况，当外界自然光的光照强度强时，将自然光与补光机构配合为针叶提供足够的光照，具体操作如下：操作人员通过控制终端3和补光模块启动照明灯1104，照明灯1104向下发出的光和由u形壳体2进光口透过的自然光通过气体交换管4将光线照射在针叶上，由于一簇针叶上侧的叶子会遮挡其下方叶子所受的光线，使得下方叶子无法获得高强度的光照，下方叶子所进行的光合速率低于上方叶子，一簇针叶的叶子无法全部进行高速率的光合作用，对实验结果造成影响，由上向下照射的部分光(自然光和照明灯1104的光)从气体交换管4的两侧照射在u形反射板7的内侧面，u形反射板7将部分光气体交换管4反射在气体交换管4的下侧，并通过气体交换管4透入一簇针叶的下侧，补充下方的叶子所受的光照强度，且u形反射板7的材质为反光铝板，铝板的反光性高，对光照强度削弱量较少，提高了下方的叶子所受的光照强度，控制终端3通过光合速率分析模块启动光合仪本体，光合仪本体通过导管6检测气体交换管4内气体成分变化情况，依次检测针叶的光合速率，由于外界自然光光照强度强，因此仅需要对自然光进行少量补充，以此来弥补由气体交换管4对自然光削弱的影响。
38.光照传感器1109用于检测u形壳体2进光口透过光的光照强度，当自然光的光照强度发生变化时，光照传感器1109将所检测到的光照强度通过光强检测模块传至控制终端3，若光照传感器1109将所检测到的光照强度降低时，控制终端3通过补光模块增强照明灯1104的光照强度，对降低自然光的光照强度进行弥补，若光照传感器1109将所检测到的光照强度增强时，控制终端3通过补光模块降低照明灯1104的光照强度，通过光照传感器1109实时检测自然光的光照强度，根据自然光的光照强度对照明灯1104的光照强度进行调节，使得针叶所受的光照强度维持在一定范围内，避免外界自然光照强度发生变化从而影响针叶所受的光照。
39.当外界自然光的光照强度弱时，虽然补光机构对自然光进行补光操作，但是照明灯1104位于u形壳体2进光口的两侧，照明灯1104所照射的光无法均匀分散，且外界自然光很弱，几乎不会为针叶提供光照，因此仅用补光机构配合为针叶提供足够的光照，具体操作如下：操作人员通过转盘转动转轴1101，以图6右侧的转轴1101为例，转轴1101转动带动折形杆1106靠近气体交换管4，折形杆1106带动与其固接的滑动杆1103和挡板1108靠近气体交换管4，与折形杆1106固接的滑动杆1103通过第二拉簧1105带动滑动杆1103向气体交换管4移动，如图7所示，当靠近u形壳体2内壁的滑动杆1103被限位板1107限位后无法移动，随着转轴1101的转动，当两个挡板1108相互接触时，两个挡板1108将u形壳体2的进光口遮挡，避免自然光进入u形壳体2内，由于一个挡板1108靠近气体交换管4的一侧设置有矩形槽，另一个挡板1108靠近气体交换管4的一侧设置有凸条，当两个挡板1108相互接触时，一个挡板1108的凸条卡入另一个挡板1108的矩形槽，增加了两个挡板1108的接触面积，提高了对外界光的遮挡，随后，操作人员启动照明灯1104，照明灯1104将光线向下照射，控制终端3通过光合速率分析模块启动光合仪本体，光合仪本体通过导管6检测气体交换管4内气体成分变化情况，此时，四个滑动杆1103均匀分布在u形壳体2的上方，使得照明灯1104向下照射的光线均匀分散，致使气体交换管4内每个针叶所受的光照强度基本相同，提高光合仪本体对针叶光合速率的检测精度，当光合仪本体检测完成后，控制终端3通过补光模块和光合速率分析模块将光合仪本体和照明灯1104关闭，控制终端3将光合仪本体所检测的数据进行记录。
40.对更小的针叶进行检测时，需要更换直径更小的气体交换管4，避免气体交换管4的直径过大，对透过气体交换管4的光照强度削弱量增加，当需要对不同直径的气体交换管4进行检测时，操作人员首先将柱塞5从导管6的两侧拔出，操作人员通过转盘逆时针转动转杆901(该转动方向如图5所示)，当转杆901转动90
°
时，三个凸块902均不与相邻的卡紧板903配合，三个卡紧板903均位于限位滑槽101内的下侧，最左侧的卡紧板903解除对气体交换管4的锁紧，随后将气体交换管4从固定壳体1的通孔取出，并将小直径的气体交换管4插入两个固定壳体1，由于后续放入气体交换管4的直径变小，因此，气体交换管4与固定壳体1的通孔之间存有缝隙，因此需要将气体交换管4与固定壳体1通孔之间的缝隙进行封堵，具体操作如下：凸块902与卡紧板903的配合状态如图5所示，由左右至为三个限位滑槽101内的状态，操作人员通过转盘转动转杆901，以左侧固定壳体1下侧的转杆901为例，转杆901转动带动三个凸块902转动，最左侧的凸块902逐渐脱离与其相邻卡紧板903的配合，中间的凸块902的外侧面逐渐与其相邻卡紧板903的下侧面接触，中间的凸块902转动带动与其相邻的卡紧板903向上移动，当转动转杆901转动90
°
时，最左侧的凸块902解除与其相邻卡紧板903的挤压配合，与最左侧凸块902固接的弹簧904复位，最左侧的卡紧板903向下移动，中间
卡紧板903向上移动将小直径的气体交换管4卡紧，由于卡紧板903的材质为弹性材料，在卡紧板903卡紧气体交换管4的过程中，靠近卡紧板903与气体交换管4的接触面发生变形，增加了卡紧板903与气体交换管4的接触面积，从而提高补光箱的密封性，避免外界光照射进入补光箱内，随后，操作人员重复上述步骤对小直径的气体交换管4内的针叶进行检测，由于卡紧板903靠近转杆901的一侧设置有与凸块902配合的弧形面，卡紧板903弧形面的弧度与凸块902最外侧绕转杆901转动所形成的弧度相同，使得凸块902最外侧凸点与卡紧板903下侧面内的弧形面接触时，转杆901带动凸块902转动，凸块902并不会带动卡紧板903向上移动，使得凸块902在一定角度范围内转动，卡紧板903均会保持锁紧位置，避免操作人员转动转杆901的过程中，凸块902的转动角度无法精确把握对卡紧板903的高度造成误差，当需要对更小的针叶进行检测时，操作人员重复上部步骤对直径更小的气体交换管4进行固定，通过不同的卡紧板903对不同直径的气体交换管4进行卡紧固定，便于操作人员对不同直径气体交换管4内植物的光合速率进行测定，同时，卡紧板903与气体交换管4密封，避免外界光照进入补光箱内，对气体交换管4内植物造成干扰。
41.实施例2
42.在实施例一的基础上，当更换小直径的气体交换管4时，需要提高u形反射板7的反射位置，将u形反射板7的反射位置与小直径气体交换管4的下部对齐，在转杆901转动的过程中，转杆901通过连接杆1001带动凸轮1002，凸轮1002转动挤压u形反射板7的下侧面，u形反射板7向上移动，调节u形反射板7的反射位置。
43.当需要对针叶的呼吸速率进行测定时，仅需将两个挡板1108关闭，补光箱内为黑暗状态，无需用不透光的布遮盖，实现了一设备两种用途的优势。
44.综上所述，当外界自然光的光照强度强时，将自然光与补光机构配合为针叶提供足够的光照，当外界自然光的光照强度弱时，仅用补光机构为针叶提供足够的光照，通过不同的卡紧板903对不同直径的气体交换管4进行卡紧固定，且该装置质量轻，便于携带。
45.以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理，而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。