(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210968924.5 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 中国科学院地理科 学与资源研究所 地址 100010 北京市朝阳区大屯路甲1号 申请人 北京天航华创科技股份有限公司 (72)发明人 付晶莹　林刚　江东　祝晓光　 (74)专利代理 机构 北京中和立达知识产权代理 有限公司 1 1756 专利代理师 张攀 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01) G01N 33/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种草地碳通量原位自动监测设备及监测 方法 (57)摘要 本发明涉及一种草地碳通量原位自动监测 设备及监测方法， 包括控制箱、 气罩、 多个点位底 座、 二氧化碳浓度传感器和温度传感器； 控制箱 内设置有运动控制系统、 数据采集上传系统和升 降旋转装置； 气罩与升降旋转装置连接； 多个点 位底座围绕控制箱设置； 运动控制系统和数据采 集上传系统之间能够建立通讯实现信息交互； 运 动控制系统用于控制升降旋转装置回到零位， 将 升降旋转装置初始化， 并根据数据采集上传系统 给出的指令， 控制升降旋转装置依次运动到各个 需要进行土壤碳通量监测的点位， 将气罩扣在点 位底座上形成密闭气室； 二氧化碳浓度传感器和 温度传感器设置在气罩上； 数据采集上传系统在 各个点位实施数据监测采集， 然后将采集的数据 上传至云平台。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 115290859 A 2022.11.04 CN 115290859 A 1.一种草地碳通量原位自动监测设备， 其特征在于， 所述的草地碳通量原位自动监测 设备包括控制箱、 气罩、 多个点位底座、 二氧化碳浓度传感器和温度传感器； 所述的控制箱 内设置有运动控制系统、 数据采集上传系统和升降旋转装置； 所述的气罩与所述的升降旋 转装置连接， 能够由所述的升降旋转装置带动所述的气罩运动； 所述的多个点位底座围绕 所述的控制箱设置； 所述的运动控制系统和数据采集上传系统之 间能够建立通讯实现信息 交互； 所述的运动控制系统用于控制升降旋转装置回到零位， 将升降旋转装置初始 化， 并根 据所述数据采集上传系统给出的指 令， 控制所述的升降旋转装置依次运动到各个需要进 行 土壤碳通量监测的点位， 将所述的气罩扣 在与需要进 行土壤碳通量监测的点位位置对应的 点位底座上形成密闭气室； 所述的二氧化碳浓度传感器和温度传感器设置在所述的气罩 上， 并用于采集所述的气罩和点位底座形成的密闭气室内的二氧化碳浓度和温度； 所述的 二氧化碳浓度传感器和温度传感器还分别与所述的数据采集上传系统电连接， 由所述的数 据采集上传系统在各个点 位实施数据监测采集， 然后将采集的数据上传至云平台。 2.根据权利要求1所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的草地碳通 量原位自动监测设备还包括多个密封圈， 每个所述的点位底座上均设置有所述的密封圈， 所述的气罩扣在所述的密封圈上以形成所述的密闭气室。 3.根据权利要求1所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的气罩包括 透明气罩和非透明气罩。 4.根据权利要求1所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的升降旋转 装置包括旋转轴伺服电机、 旋转轴减速机、 旋转轴减速机输出端同步轮、 旋转轴同步带、 旋 转轴减速机安装座、 连杆、 滚珠丝杠花键与连杆间连接件、 滚珠丝杠花键、 伸缩软管转动副、 滚珠螺母端同步轮、 滚珠丝杠花键安装座、 升降轴减速机输出端同步轮、 升降轴同步带、 升 降轴减速机安装座、 丝杠螺母端同步轮、 升降轴减速机、 升降轴伺服电机和限位环； 所述的 滚珠丝杠花键包括滚珠轴承外圈、 滚珠螺母、 丝杠花键轴、 花键轴承外圈和丝杠螺母。 滚珠 轴承外圈和花键轴承外圈通过螺栓固定在 滚珠丝杠花键安装座的两端， 滚珠螺母安装在滚 珠轴承外圈内部的轴承中并能够在 滚珠轴承外圈内部的轴承中旋转； 丝杠螺母安装在花键 轴承外圈内部的轴承中并能够在花键轴承外圈内部的轴承中旋转； 滚珠螺母与滚珠螺母端 同步轮连接在一起， 能够由滚珠螺母端同步轮带动滚珠螺母旋转； 丝杠螺母与丝杠螺母端 同步轮之间连接在一起， 能够由丝杠螺母端同步轮带动丝杠螺母旋转； 丝杠花键轴沿其长 度在外周壁上设置有螺纹和花键槽， 所述的花键槽沿着所述丝杠花键轴的长度方向直线延 伸； 所述的螺纹呈螺旋状设置在所述丝杠花键轴的外周壁上； 所述的螺纹和 花键槽相互交 叉。 所述的丝杠螺母通过花键与所述的花键槽连接， 使得所述的丝杠螺母和所述丝杠花键 轴的旋转 运动同步； 所述的花键能够 在所述的花键 槽中滑动。 5.根据权利要求4所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的滚珠丝杠 花键和连杆之 间通过滚珠丝杠花键与连杆间连接件连接， 所述的滚珠丝杠花键与连杆间连 接件设置在 控制箱顶盖的上方， 所述的伸缩软管转动副设置在所述的控制箱顶盖和所述的 滚珠丝杠花键与连杆间连接件之间； 所述的伸缩软管转动副包括伸缩软管、 尼龙压环和伸 缩软管端环， 尼龙压环通过螺栓固定在控制箱顶盖上， 伸缩软管端环被限制在尼龙压环与 控制箱顶盖之间， 尼龙压环与伸缩软管端环之间形成转动关系； 伸缩软管 的一端与滚珠丝 杠花键与连杆间连接件连接在一起， 另一端与伸缩软管端环连接在一起； 当滚珠丝杠花键权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290859 A 2做旋转运动时， 伸缩 软管可随丝杠花键轴同步转动， 在伸缩软管达到防尘防雨作用的同时， 不干涉丝杠花键轴的升降和旋转 运动。 6.根据权利要求1所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的连杆的端 部还设置有风扇， 该风扇位于所述气罩的内部； 风扇的作用在于对气罩内的气体加以扰动， 将植物呼吸或光 合作用产生的气体与气罩内原有空气快速混合均匀。 7.根据权利要求4所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的升降旋转 装置还包括安装板； 所述的安装板安装固定在所述的控制箱内； 所述的旋转轴减速机安装 座、 滚珠丝杠花键安装座和升降轴减速 机安装座均安装固定在所述的安装板上。 8.根据权利要求1所述的草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的数据采集 上传系统将其在各个点 位监测采集的数据通过4G、 W iFi或有线网络上传至云平台。 9.根据权利要求1至8任一项所述的草地碳通量原位自动监测设备的监测方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： 第一步、 所述的草地碳通量原位自动监测设备通电后， 数据采集上传系统和运动控制 系统建立通讯， 实现数据采集上传系统和运动控制系统之 间的信息交互， 通讯成功后， 运动 控制系统控制升降旋转装置回到零 位， 将升降旋转装置初始化； 第二步、 由数据采集上传系统给出指令， 运动控制系统接收指令后控制升降旋转装置 依次运动到各个需要进行土壤碳通量监测的点位， 按照需要监测哪种光照环境的数据， 选 择将透明气罩或非透明气罩扣在需要的点 位上形成密闭气室； 第三步、 透 明气罩或非透 明气罩上的空气 温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器在各个 点位监测采集的数据通过数据采集上传系统上传至云平台， 所有点位监测完成后， 运动控 制系统控制升降旋转装置回到零 位， 等待下一轮监测指令 。 10.一种草地碳通量原位自动 监测设备， 其特征在于， 所述的草地碳通量原位自动 监测 设备包括所述的草地碳通量原位自动监测设备包括控制箱、 升降连杆、 二氧化碳浓度传感 器、 气罩、 空气温湿度传感器和底座， 所述的控制箱设置在所述的底座上， 所述的控制箱内 设置有控制系统和升降旋转装置， 所述的升降旋转装置包括旋转电机、 底座端齿轮和升降 电机， 所述的底座端齿轮安装在所述底座上， 所述的旋转电机的输出轴 上设置有电机端齿 轮， 所述的电机端齿轮与所述的底座端齿轮啮合， 从而实现所述控制箱的旋转运动； 所述的 升降电机用于带动所述的控制箱实现上下升降运动； 所述升降连杆的一端与所述控制箱的 外周壁连接， 另一端与所述气罩的外周壁连接； 所述的控制系统用于控制所述旋转电机的 旋转运动和所述升降电机的上下升降运动， 从而实现控制箱的整体旋转转动和上下升降运 动， 并通过所述的升降连杆实现气罩的上下升降动作和整体旋转转动， 将气罩扣在各个点 位上， 再由控制系统采集各点 位数据后上传至云平台。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290859 A 3