雨滴撞击植物叶片的运动过程监测装置的研制北大核心CSCD

植物对降雨动能的耗散削减是其重要的水土保持机制,然而缺乏相应的观测测量装置,使得对叶片动能的耗散过程认识并不清楚。为了研究植物叶片在雨滴撞击后的运动过程以及叶片运动能量的变化,以聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器为基础,研制有效检测雨滴撞击之后叶片的运动以及能量耗散测定的装置,对女贞叶片在雨滴击打下的振动进行测量并验证该装置可行性。在对雨滴撞击叶片过程仔细分析研究的基础上,进行监测装置的模块化自主设计,整个监测装置由雨滴发生、叶片运动的监测捕捉和信号的收集处理三个模块组成,其中雨滴发生模块可根据实际情况进行取舍(也可直接测定天然降雨)。薄膜传感系统输出的电压信号包含了雨滴撞击,小水滴飞溅以及薄水层扩散等方面信息。系统输出的电压是背景的几倍到几十倍,电压上峰值和雨滴动能存在明显的线性关系(R^(2)=0.959),信号频域分析发现该系统也能有效捕获连续雨滴撞击树叶的振动信号特征。对于不同动能的雨滴,重复之间的变异系数为<10%的弱变异和10%~100%的中等变异,说明整个装置具有良好的系统稳定性。女贞叶片耗散的能量与雨滴输入能量之间具有明显函数关系,叶片所耗散的动能仅占初始雨滴动能的3%~5%,这可能与没有监测以叶柄扭动、振动的过程有关。该装置可监测雨滴撞击叶片所引起的运动情况和叶片对雨滴动能的耗散特征,有利于深入认识植物对降雨动能耗散的机制。