PB0402光合仪说明书

北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 1 一一 光光合合测测定定基基本本原原理理 地球上的植物均是以光合作用为基本物质生产过程 人类和大多数的动物都是以植物这 种基本生产过程所产生的一定形式物质 如果实 种子为生存条件的 特别是人类赖以生 存的粮食生产过程 95 以上的物质均是通过作物将空气中 CO2和根部吸收的水分 在太阳 光所提供的能量和叶片的叶绿体中合成的有机物质 这种植物将 CO2和水合成有机物质放 出氧气的过程称为光合作用 如何测定出光合作用的速率 对广大农业科技者和从事植物 类研究人员是十分重要的 测定光合速率的方法很多 如根据有机物的积累有半叶法 群体净同化率测定 根据 O2的释放有气相 O2释放法 吉尔森呼吸仪法 液相 O2释放的化学滴定 氧电极法 但应 用最多是根据 CO2的吸收测定光合速率 根据 CO2的吸收测定光合速率有化学滴定法 PH 法 同位素法 最常用的而且快速准确的方法是红外线 CO2气体分析仪法 CO2测定 红外线气体分析根据由异原子组成的具有偶极矩的气体分子如 CO2 CO H2O SO2 CH3 NH4 NO 等在 2 5 25um 的红外光区都有特异的吸收带 CO2在中段红外区的吸收带有 处 其中 26um 的吸收带最强 而且不与 H2O 相互干扰 红外线 CO2分析就是通过检测 CO2对 26um 光谱的吸收来测定光合作用过程中 CO2的变 化量 因为 CO2吸收的 26um 红外光能与其吸收系数 气体的浓度 和测定的 气室长度 有关 并服从比尔一兰伯特定律 Eoe KCL 因为测定仪 在设计过程中将确定了 Eo 初级始发能量 和 气室长度 e 为常数 而 测定未端的能量 就有了与 C 被测气体浓度 的对应关系 通过测定 E 就可测定出 CO2浓度 红外线 CO2分析的优点 灵敏度高 可以测定到 1 0 0 5 甚至 0 1uml mlo l 即 ppm 的 CO2浓度 反应快速 响应时间短 可测定出光合速率瞬时变化 易实现自动 化 智能化的测定 ECA 光合测定仪采用单片机的智能管理技术 除了监测光合作用过程中的 CO2变化外 还同时监测蒸腾作用过程中的水分变化以及测定相应的光合有效辐射 PAR 温度 包括 叶室温度 CT 和叶片温度 LT 并根据这些测定参数自动计算出相应的光合速率 Pn 蒸腾速率 Tr 水分利用效率 WUE 气孔阻抗 Sr 2 水分测定 植物在进行光合作用同时伴随着蒸腾过程发生 水分通过气孔向周围空气环境释放水 分 通过监测湿度的变化计算出蒸腾速率 湿度测定是采用高分子湿敏电容技术 技术原理 高分子薄膜式湿敏元件应用的是平板电容器原理 在绝缘基片上依次形成 下电极感湿膜 上电极感湿膜 膜是聚酰亚胺高分子聚合物 它吸收环境空气中的水分后 其介电常数发生变化 从而引起电容量变化 达到反映湿度的目的 其中电容量与湿度的 关系 可用一线性方程近似表达 c a b x c 湿敏电容电容值 a 常数 b 湿敏电容与湿度的相关系数 x 相对湿度值 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 2 图 1 湿度测定电路示意图 由于湿敏电容的高分子薄膜可以做得极薄 微米级 所以元件其中 BG1和 BG2组成 间歇振荡器 振荡频率为 800KHZ C2为固定电容 C1湿敏电容 当 C1发生变化时 振荡 的频率和占容比将发生变化 将这种变化通过 Q1进行缓冲放大 输出和湿度相对应的电压 值 送到 A 电路进行模数转换 3 温度测定 温度是光合作用和蒸腾作用过程中的重要条件 同时是计算机光合速率和蒸腾速率的 参数之一 也是在计算气孔阻抗中叶片温度 LT 和周围空气温度 CT 是重要能数 温 度测定原理为 采用半导体温度二极管 利用 PN 结之间的电压随温度而变化特点 其温度系约为 2mv 其 PN 结端电压 V 随温度变化符合关系式 V0 Vg0 KT q ln aTr lc Vg0为温度为 0 时 PN 结的端电压 K 为波尔兹曼常数 q 是电子电荷 T 是绝对温度 a r 为 PN 常数 Ic 为流过 结的电流 当 Ic 一定时 与 在 50 150 时有近似线 性关系 本光合仪采用直径为 0 5 的半球形封装的半导体温度传感器 由于封装体积很小 所以反应速度快 滞后性小 能较好的反映叶面温度和环境温度 具体实现电路如图 图 温度测定电路示意图 其中 为一恒流源 为 100u 为缓冲放大器 通过缓冲放大 将 50 的温度变 换为 5 00 的电压输出送到 电路进行模数转换 光合有效辐射测定 光合有效辐射 是指植物吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成份 一般光谱范 围欧美多采用 400 760 俄 日等用 380 710 ECA 光合测定仪的 是前者 范围 该技术原理为 测定采用多层叠加滤光和光敏半导技术 即采用硅光电二极 C2 Q1 BG2BG1 C1 VCC Vo Io 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 3 管 利用光生伏特效应将光能转化为电能 在光照照射下能在 区和 区之间形成光生电 动势 把 结连接起来 电路中就有电流流过 电流大小与光照强度成相关性 其优点是稳定性好 和重现性好 动态范围宽 温湿度特性优良和几乎没有疲劳特性 硅光电二极管的短路电流与光照强度有较好的线性关系 当选择适当的滤光片对光谱 进行选择 则硅光电二极管输出电流即和所选光谱的光强呈线性关系 具体电路为 Q1 V0 V0 图 光合有效辐射测 定电路示意图 D1 为硅光电二极管 为电流电压转换电路 将 O 2742uEm 2 s 1微爱因斯坦的光强转换 为 0 5V 输出电压 送到 AD 电路进行模数转换 二 二 ECAECA 光合测定仪结构原理光合测定仪结构原理 1 1 工作原理 工作原理 ECA 光合测定仪是利用先进的单片机技术对相应的 CO2 浓度 湿度 温度 LT CT 和 光合有效辐射 PAR 传感器信号进行采集 经数据处理计算出光合速率 Pn 蒸腾速率 Tr 水分利用效率 WUE 和气孔阻抗 SR 同时可显示打印 数据存储和计算机通讯 见图 4 光合过程 传感器信号感测 数据采集与处理 图 4 ECA 光合测定仪工作原理示意图 2 2 系统结构 见图 系统结构 见图 5 5 系统主要由二个部分构成 叶室 或同化箱 其功能将被测叶片 或群体 夹 封 住 形成固定被测空间和取样 同时内装有叶片温度传感器 LT 和叶室温度传感器 CT 在叶室柄内装有湿度传感器 RH 在叶室柄上方有光合有效辐射传感器 PAR 在测定光 合作用和蒸腾作用过程中 叶室内的相对湿度变化量 0 100 光合有效辐射的变化量 0 2742uEem 2s 1 和叶室 叶片温度变化量 0 50 各传感器相对应的均是标准电压 0 5V 供处理中心 叶室通过叶室信号电缆和气路管与主机相连 进行相应的开路或闭 路测定 主机机箱内装有二氧化碳分析系统和处理中心 前者主要测定光合作用过程中 CO2的浓度变化 并将 CO2浓度变化量 O 1000ppm 转化为 AD 电路所需的标准电压讯号 CO2 H2O V LT CT 红外线 CO2 分析 CO2 湿度传感器 RH 温度传感器 LT 温度传感器 CL 光合有效辐射传感器 PAR 显 示 打印 数据存贮 多路 转换 开关 A D 转 换 C P U 转 换 通讯 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 4 0 5V 处理中心将输入的 5 种模拟量 CO2 RH PAR CT LT 进行多路选择 模数 A D 转换 数据采集与滤波 计算并将测定结果显示和打印输出 或存贮并与计算机通 讯 图 5 ECA 光合测定系统整机结构 9 7 6 5 4 3 2 1 8 9 10 11 12 13 14 17 18 19 20 21 22 15 16 116111111 16116 23 24 25 26 27 1 电源开关 开启或关闭电源 2 气泵开关 开启或关闭 CO2气 泵 3 保险 电源保险 4 气路切换阀 调零和测量功能 切换 5 串口输出 计算机通讯线连接 口 6 跨度 CO2测量跨度调解旋钮 7 充电 主机充电口 8 电池盒 主机电池盒 9 显示调解 调解显示屏明暗 选配 10 调零 CO2调零旋钮 11 叶室接口 主机 叶室信号 线接口 12 进气 CO2进气口 13 碱石灰 碱石灰更换口 14 出气 CO2出气口 15 删除键 删除界面操作返回 上级菜单 16 切换建 数字与字母切换功 能 17 流量计 气路气体流量显示 18 显示屏 19 还原键 重新开始启动主机 20 关机键 关闭程序 21 开机键 开启程序 22 确认键 确认界面操作 进 入下一菜单 23 气嘴 与主机气路接口 信号线接口 与主机信号线接 口 24 压柄 下压关闭叶室 25 扳机 叶室开启结构 26 叶室 27 光量子 测量光合有效辐射 叶 室 前 面 板 后 面 板 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 5 三 三 ECAECA 光合测定仪的性能及用途光合测定仪的性能及用途 ECA 光合测定仪主要用于农作物 果蔬 牧草等植物以光合为主的多种生理指标和生 态因子的测定 该仪器具有以下特点 a 特殊配置 选用先进的单片机对测定过程中各路变化的信号进行自动采集和处理 配置全点阵液晶宽屏显示器 中英文菜单 可实现多信息的菜单式显示和光标引 导下的简便操作 结果数据存储并与计算机通讯 可配置微型打印机即时将测定 过程及最终结果以 4 种可选择的方式打印出来 b 使用方便 体积小 重量轻 可随身携带 单人操作 任意移动 气路和电路连 接明确 操作方式及测定 计算结果以不同层次的菜单显示出来 可在光标引指 下进行菜单界面参数输入 信息分析和结果输出的操作 叶室为自动弹启和锁紧 方式 测定时装卸叶片十分方便 c 性能优良 所用的传感器为最新研制的产品 AD 转换精度高 测量的稳定性 精 度 重视性和时间响应同于和优于国外同类先进仪器 可在开路或闭路 单叶或 群体的任意选择状态下 同时测定光合速率 PH 蒸腾速率 TR 气口导度 SR 和水分利用效率 WUE 以及二氧化碳浓度 CO2 相对湿度 RH 光合 有效辐射 PAR 和温度 T 等项指标 d 适用广泛 配有不同类型的叶室 能广泛用于大田作物 果树 蔬菜 森木 牧 草等多种植物不同形状叶片的测定 配有标准化免维护电池 可进行交 直流两 种方式供电 野外 室内均可使用 还可以根据用户的需要 设计和制做特用的 同化箱和呼吸反应器 测定群体光合作用和土壤 种子 昆虫等呼吸作用 e 技术参数 测定项目测定量程精度 CO20 1000PPm 3PPm RH0 100 3 T0 50 0 2 PAR 0 2742umolm 2 S 1 5umolm 2 S 1 主机外形体积为 340 255 120 mm 四 四 ECAECA 光合测定系统操作说明光合测定系统操作说明 1 1 启动与调解 启动与调解 1 1 1 1 接通电源接通电源 在启动之前连接好气路和电路 气路连接见图 6 闭路测量叶室出气口接 主机进气口 叶室进气口接主机出气口 开路测量叶室出气口接主机进气口 其它不连接 闭路 开路 图 6 气路连接图 1 1 1 1 1 1 将随机配套的 6V 电池装入电池盒内 打开主机电源开关 1 1 1 1 2 2 充电充电 每节电池可以连续工作 6 小时左右 当电压不足时 需及时充电 叶室主机叶室主机 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 6 ECA 光合测定仪主机所配备电源是由 GP0108 充电器经对其结构和功能改进后作为 ECA 主 机充电电源 在电源上有两个充电插孔 一般情况应只充一块电池 特殊情况可充两块电 池充电方式分常规电和快速充电 常规充电 常规充电 先接电池后接通 220V 电源 电源指示灯亮 电池指示灯闪烁 常亮充满 快速充电 快速充电 先接通 220V 电源 指示灯亮 再接入电池 电池维护 电池维护 电池使用前或长时间不用时都需要充电 仪器使用完毕后电池应及时充 电 带电保存 长时间不使用时一个月充电一次 每三个月电池放电到无电 再充满一次 主机操作主机操作 2 2 1 1 启动启动 2 1 1 打开主机后面板的电源开关 气泵开关 打开前面板的开关 ON 屏幕如图显示 中英文交换下显示 5 秒钟自动进入下一级菜单 2 1 2 按数字键选择中文或英文菜单 本机 默认为中文菜单 5 秒钟后将自动进 入下一级菜单 2 1 3 是否保存以前的旧测量数据 如果保存按 ESC 键 如果不保存按 ENT 键 进入下一级菜单 2 1 4 按数字键选择所需操作功能 主菜单有四个子菜单 1 为用户信息设置 包括时间 日期 用户名 样品号码 2 为测量方式选择 包括单叶开路 单叶闭路 群体开路 群体闭路 3 为测量状态的即时反映 4 为测量结果数据的处理方式选择 包括浏览 通讯等 ECA 光合测定仪光合测定仪 北京益康农科技发展有限公司北京益康农科技发展有限公司 操作系统选择 Operation system 1 中文 2 English 主菜单 1 用户设置 3 测量状态 2 模式选择 4 结果输出 用户设置 1 日期 年 月 日 2 时间 时 分 秒 3 用户名称 4 起始样号 下一步 ENT 返回 ESC 是否删除保存的旧数据 Y N YES ENT NO ESC 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 7 2 1 5 按数字键确定各项选择并输入有关内容 1 以更改日期为 2005 02 15 为例 按键 1 依次输入 2 0 0 5 0 2 1 5 2 以更改时间 09 点 15 分为例 按键 2 依次输入 0 9 1 5 0 0 3 按键 3 按 shift 键可进行字母与数字的 切换 根据需要自行设计输入 如键入 a b 1 2 便为 ab12 数字必须输满屏幕 定义的位数 无数的用 0 补 如此项为 四位 以后操作相同 4 按键 4 依次输入设定的数字键 如 0 0 1 便为 001 号 数字必须三位 5 按 ENT 键进入下一级菜单 按 ESC 键返回上一级菜单 以后此两键操作同此 根据需求选择测量 模式 2 1 6 模式选择为测量方式的选择 根据需要 选择相应的数字键将进入下一级菜单 本机 默认的模式为 1 单叶闭路 如果认可 直接 按 ENT 进入下一级菜单 按 2 键进入操作 2 1 14 按 3 键进入操作 2 1 15 按 4 键进 入操作 2 1 16 2 1 7 此界面的操作为几个系数的确定 1 系统容积为测量系统的空气容积 包括叶 室 气管及内部测量系统的容积 在使用 本机配置的标准叶室时 系统容积为 0 25L 为本机默认值 2 间隔时间为系统内部自动采集时的间隔时 间 一般 C3 作物设 3 秒 C4 作物设 2 秒 也可根据具体情况自行设定 3 测定面积为作物叶子在叶室夹紧后见光部分 的面积 本机的标准叶室的透光口的面积为 11cm2 叶子夹满透光口的可默认此值 未夹 满的测量实际值输入 2 1 8 此界面反映当前各项指标的实时状态值 模式选择 1 单叶闭路 3 群体闭路 2 单叶开路 4 群体开路 下一步 ENT 返回 ESC 单叶闭路 1 系统容积xxxxxx L 2 间隔时间xxxxxx S 3 测量面积xxxxxx cm2 下一步 ENT 返回 ESC 时间 xx xx xx 0 样品号 xxx 测定状态测定状态 CO2 PPM TC RH TL PAR umolm 2 S 1 下一步 ENT 返回 ESC 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 8 1 8 1 把仪器后面板上的切换阀旋到 调零 状态 看屏幕测量状态时显示的 CO2 浓度值 大于 0 时用手轻轻逆时针 面对 后面板 旋转调零旋钮到 001 为 0 时用 手轻轻顺时针旋转调零旋钮到 001 然后 把切换阀旋地 测量 状态 每次重新开机 都需调零 1 8 2 测量 1 打开叶室 手柄轻轻摆动 CO2 浓度稳定后准备下一步操作 2 夹紧叶片 把透光口对准阳光 屏幕上 PAR 值最大 CO2 值平 稳下降时按 ENT 键进行采集 3 屏幕上部第一行中间的采集时 间显示 0 开始自动走秒 1 2 3 一直到采集完毕自动进入下一级 菜单 2 1 9 此界面为本次测量的叶面积数和样品 名称 如果是原来设定值 直接按 ENT 键进入下一级菜单 如果需重新输入按照 前面的方法输入后按 ENT 键进入下一级菜 单 2 1 10 此界面是测量结果显示 按 ENT 键此次数据存储于机内 按 ESC 键 数据取消 菜单进入操作 2 1 8 依 次重复可进行多个样品的测量 2 1 11 此界面是测量结果的输出方式 按 1 键进入浏览界面 操作 11 1 按 2 键进入打印界面 操作 11 2 按 3 键进入通讯界面 操作 11 3 确认与修改确认与修改 1 叶面积 xxxxxx cm2 2 样品名称 xxxxxxxx 确认 ENT 返回 ESC 显示结果显示结果 1 光合速率 2 蒸腾效率 3 水分效率 4 气孔导度 确认 ENT 返回 ESC 结果输出结果输出 1 浏览 2 打印 3 通讯 返回 ESC 时间 xx xx xx 样品号 xxx 测定状态测定状态 CO2 PPM TC RH TL PAR umolm 2 S 1 下一步 ENT 返回 ESC 0 0 1 2 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 9 11 1 键 1 该项为当前测量样品的结果 浏览 按 键可浏览上一个或下一 个样品号 键 2 该项为某一测量样品的结果浏 览 输入样品号便可 界面如下图 2 1 12 此操作需另配串口打印机 1 键是把机内存储的数据全部打印 2 键是选择部分样品打印 输入相应 的起始 终止号便可 如 003 005 可打印 003 004 005 号的测量数据 2 1 13 此操作需用通讯线连接好主机 与计算机后 打开通讯软件 进行操作 浏浏 览览 时间 xx xx xx 样品号 xxx 样品名 xxxx CO2 RH TC TL PAR 返回 ESC 打打 印印 1 全部打印 2 部分打印 起始样号 XXX 终 止样号 XXX 确认 ENT 返回 ESC 浏览浏览 1 标准差及平均值 2 单一样品指标 样品号 xxx 下一步 ENT 返 回 ESC 浏浏 览览 时间 xx xx xx 样品号 xxx 样品名 xxxx Pn Tr We Sr 返回 ESC 通讯通讯 是否确认通讯 Y N YES ENT NO ESC 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 10 2 1 14 单叶开路 1 数据的输入与前面的操作相同 本机默认的流量为 1 0 2 此界面为空气参比数值的确定 此操作不夹叶片 3 此界面为夹叶片后的测量数值显示 当 CO2 浓度平稳下降时按 ENT 键进 入采集状态 以后的操作同前面操作 2 1 15 群体闭路 此操作需主机与同化箱连接好后 操作 方法与单叶闭路相同 2 1 16 群体开路 此操作需主机与同化箱连接好后操作 方法与单叶开路相同 单叶开路 1 空气流量 0001 00 L H 2测定面积 xxxxxx c m2 下一步 ENT 返回 ESC 群体闭路 1系统容积 xxxxxx L 2间隔时间 xxxxxx S 3 测定面积 xxxxxx m2 下一步 ENT 返回 ESC 时间 xx xx xx 空气 样品号 xxx 测定状态测定状态 CO2 PPM TC RH TL PAR umolm 2 S 1 下一步 ENT 返回 ESC 时间 xx xx xx 叶片 样品号 xxx 测定状态测定状态 CO2 PPM TC RH TL PAR umolm 2 S 1 下一步 ENT 返回 ESC 群体开路 1 空气流量 0001 00 L H 2测定面积 xxxxxx m2 下一步 ENT 返回 ESC 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 11 2 1 17 复原键 测量设置有误或想重新设置可按 RESET 键 仪器将从主菜单开始重新显示 2 1 18 关机 测量结束后 短时间关机按前面板上的 OFF 键 长时间关机要关掉后面板上的电源开 关 五 仪器的维护和故障修理五 仪器的维护和故障修理 一 仪器的日常维护及注意事项 1 仪器测量时当低电压蜂鸣器报警时 表明电池电能已不足 应该及时关机 给电池存 足电以后再用 过放电极易造成电池损坏 这一点使用时要特别注意 2 仪器不用时 应将样气进出口和零气进出口用橡胶管短接上 形成闭环 以防止灰尘 污染气室和减少碱石灰消耗 并将仪器存放在防潮 防晒处 3 仪器应避免安放在振动较大的环境中 携带现场使用过程中应避免强烈磕碰和跌撞 测量过程中应避免阳光长时间直射 4 长时间不用时 每三个月电池深放电一次 直到蜂鸣报警 再充满电放置 以免损坏 电池 一 仪器故障 现 象故 障 原 因排 除 方 法 单片机无复位按复位键 Rest 保险损坏换保险开机屏幕无显示 线路损坏及时与经销商或制造商 联系 更换或检修主机 内线路板 显示值不变 调零不起作 用 仪器内线路板及时与经销商或制造商 联系 更换或检修主机 内线路板 测量时数值偏大或偏小气室或气路漏气检查叶室 气路管 屏幕测量数值不变或不显 示 信号线短接检查或更换信号线 仪器低电压蜂鸣器长时间 报警 电池电能不足给电池充电 回零滞后碱石灰失效可在当地化学试剂商店 购买或与制造商联系 二 仪器运输和保管 1 仪器运输时要防雨淋 防爆晒 防强烈冲击 2 仪器应放在阴凉处及湿度小于 85 R H 的室内 空气内无腐蚀气体 三 制造厂保证 在用户遵守保管和使用规则的情况下 以制造厂发货给用户之日起 十四个月内产品因 质量不良而发生损坏或不能正常工作 制造厂将无偿地为用户修理或更换产品零部件 北京益康农科技发展有限公司 PB0402 光合测定仪 12 附附 1 各种光强和光合单位的换算各种光强和光合单位的换算 一 同类光源单位间的换算一 同类光源单位间的换算 1 照度单位 l lx l lumen m 2 1ft c candle l lumen ft 2 1 ft c 10 7639 lx 2 辐射照度单位 l ly Langley min 1 l