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TMS 数据记录仪

TMS 数据记录仪用于长期野外布设,测量气温、土壤温度和土壤湿度。每台设备包含三个温度传感器和一个土壤湿度传感器,可在贴近地表处进行小气候测量。

密封锂电池在 Basic 模式下可使用 10 年以上,内部存储器容量大(507 872 条记录,按 15 分钟间隔约 14 年),因此 TMS 记录仪可完全自主运行,几乎无需维护;到现场时,一个月的 15 分钟间隔数据不到三秒即可从记录仪中下载完毕。结构坚固、成本低,适合在大范围内进行长期监测,在严酷环境中也是如此。全球在用的 TOMST 数据记录仪超过 100 000 台,其中一些在野外已持续记录超过 14 年。

一篇经同行评审的 TMS 数据记录仪介绍文章已发表于期刊《Agricultural and Forest Meteorology》。阅读论文。

装有 Meteo Shield 气象防护罩的 TMS

装有 Meteo Shield 气象防护罩的 TMS

技术规格(TMS Standard / 基础型号)

长度
总长 29 cm(其中埋入地下的管体 10 cm)
重量
108 g
存储容量
507 872 条记录(Basic 模式下约 14 年,每 15 分钟测量一次)
电池
密封锂电池 2 600 mAh:Basic 模式下 10 年以上,电芯化学体系由电池制造商保证 10 年。12 年多以前安装的设备采用较早的硬件,至今仍在记录。
接口
接触式探头,通过 TMD 适配器进行设置并将数据下载到 PC 或 Android 设备
软件
使用 Lolly 下载数据和进行配置
温度传感器
3 x MAXIM/DALLAS DS7505U+
分辨率
0.0625 °C
精度
± 0.5 °C
测量范围
-40 至 +60 °C(可测量 -60 至 +85 °C;可能缩短电池寿命)
湿度传感器
1 x 土壤湿度传感器
传感器位置
T1 约在地下 5 cm 处(取决于安装深度),T2 在地表(+2 cm),T3 在地面以上 +15 cm 处。安装指南
可以使用多久(存储器和电池)

设备结构(TMS Standard)

  • 三个温度传感器位于固定的标准化位置:土壤中(约 -5 cm)、地表(+2 cm)和 +15 cm 处,相当于一株小型草本植物的剖面。
  • 土壤湿度传感器沿埋入地下的杆体分布,测量根区。它输出原始值,科学界直接使用这些原始值:这是一种相对的土壤湿度信号,降雨、变干和干旱在其中一目了然。
  • 顶部的接触式探头与 TMD 适配器连接,用于配置和下载数据:没有外露的接口,无需打开任何部件。
  • 密封机身采用玻璃纤维增强尼龙,内部填充环氧树脂,没有按键,也没有可拆卸的电池:设备自出厂起持续测量,在 Basic 模式下已在野外这样持续运行远超十年。

我们直接称它为 TMS,不使用型号编号。硬件和固件在持续改进,通常是一些我们从不公布的内部小改动,直接出现在随后出货的设备中。各代设备的测量结果可直接比较,因此旧设备和新设备的数据无需任何换算即可归入同一数据集;不过,把五年前的 TMS 和今天生产的放在一起,差别一眼可见,而且内部的差别多于外部。这也意味着,在野外运行十二年后仍在记录的设备,其硬件比现在出厂的任何设备都要早。当前一代(TMS-4)即 2019 年发表于《Agricultural and Forest Meteorology》的论文所描述的型号;更早的 TMS-3 设备在 Lolly 中仍得到完整支持。

TMS 型号

系列各型号之间的关系:TMS Extreme 是 TMS Standard 的衍生型号,除 TMS Dwarf 外的其他所有型号均以 Extreme 为基础。Dwarf 是缩短版的 Standard。

TMS Standard

基础型号,测量三个高度的温度以及土壤湿度。安装时插入地下,读取探头位于土壤表面稍上方。TMS Extreme 是该型号的衍生型号,除 Dwarf 外的其他所有型号均以 Extreme 为基础,因此整个系列的数据可直接比较。传感器位置见上方的技术规格。

TMS Extreme

TMS Standard 的衍生型号,长度和传感器布置相同,因此数据可直接比较,但为极端恶劣的条件而制造,也是 Long、Buriable 和 Bend 型号的基础。它配有容量明显更大、使用时间更长的电池:电池制造商给出的电芯化学体系额定存放年限为 20 年,其他型号为 10 年,实际使用中应当更久。

20 年对比 10 年
电池化学体系额定年限
  • 更大容量的存储器(将在后续的固件更新中启用)
  • 更宽的温度测量范围
  • 内部以玻璃纤维增强环氧树脂一直填充到顶端,动物(例如野猪)无法咬掉顶部
  • 各型号中只有这一款能从较慢的模式中获益:电池余量如此充足,减少测量次数可使其持续记录远超十年。在其他型号上,降低测量频率并不能节省电池。

TMS Long

基于 TMS Extreme 的加长型号,管体更长,有多种长度可选。根据安装方式的不同,可让传感器到达地下更深处,或到达地面以上更高处。

可选管体长度
20 cm30 cm48 cm60 cm

TMS Buriable

基于 TMS Extreme:分体式设计,两部分由带保护的电缆连接,即地下部分(土壤湿度传感器和两个温度传感器)和上部(下载触点和第三个温度传感器)。

可选电缆长度
0.5 m1 m2 m

TMS Dwarf

缩短版的 TMS Standard,用于必须采用较短长度的安装位置,各型号中只有这一款不以 Extreme 为基础。

6 cm对比 10 cm
机身长度
较小的机身只能容纳较小的电池:仍为 10 年以上,只是余量比 Standard 少。

TMS Bend

基于 TMS Extreme 的弯折型号,用于直型机身无法安装的场合。它提供相同的长期小气候测量(气温、土壤温度和土壤湿度),在空间受限的地形中更容易布置。

定制型号

所列型号是我们作为标准产品保留的型号,但我们能制造的并不限于这些。产品系列中的大部分正是这样产生的:TMS、Point Dendrometer 以及许多型号之所以存在,是因为某个研究项目需要当时还不存在的东西。如果您的部署需要标准产品系列未涵盖的内容,请发邮件至 tomst@tomst.com,我们会与您讨论哪些是可行的。

概要

  • 一台设备同时测量土壤湿度和三个高度的温度:土壤中、地表和空气中。
  • 传感器的位置对应一株小型草本植物的生长范围:地表以下约 5 cm、地表以及地表以上 15 cm。
  • 几乎无需维护:一块密封电池,存储器可容纳 507 872 条记录,在 Basic 模式下约为 14 年。
  • 已在每一个大洲使用,从热带雨林到高山。
  • 数据通过 TMD 适配器和 Lolly 下载。
  • 每台设备的传感器位置都相同,因此不同样地和不同研究的数据可以直接比较。
  • 已在经同行评审的论文中描述:Agricultural and Forest Meteorology。

安装提示

为了正确测量,请确保整个地下(绿色)部分与土壤接触良好。在某些土壤中可能形成气穴,降低精度。易变干的土壤(例如黏土)可能收缩或膨胀,使接触变差,导致土壤湿度数值显得偏低。

请根据土壤类型调整安装方式:在多石土壤中,将记录仪强行压入地下可能损坏传感器。请先用金属板或 TMS 安装工具开一个导向孔,然后再插入记录仪。如果使用较大的孔,请用土壤仔细回填,这可能会略微改变土壤组成。

冻土注意事项

请勿使用土壤冻结期间的土壤湿度数据。冻结时段可根据温度传感器的数据识别。

如何安装

正确的安装位置关系到数据的准确性。埋入地下的(绿色)部分必须位于土壤中,T2 地表传感器应位于地面稍上方。点击任意图片可放大。

哪些部分埋入地下

整个绿色(地下)部分必须埋入地下。T2 地表传感器(以小铆钉标示)应正好位于土壤表面,因此紧靠绿色部分上方的套环通常也要埋入。

水平安装

在无法开竖直孔的地方,可将记录仪水平安装,但整个绿色部分必须位于土壤中。转动记录仪,使绿色部分侧立,宽面竖直,如图片上半部分所示,不要平放。这主要涉及 TMS Buriable,即带电缆的型号。

在坡地上

在坡地上应使记录仪保持竖直(沿铅垂线方向),而不是垂直于坡面。绿色部分竖直向下插入土壤。

警告:切勿将记录仪强行压入坚硬、多石或冻结的地面,这可能损坏传感器。请先用 TMS 安装工具开一个导向孔。

防范野生动物

大多数损坏由野生动物(鹿、野猪、熊)啃咬或移动设备造成。我们建议用铁丝笼保护 TMS,防止其被移动或损坏。

来自野外

野火过后

摄影:Nyamekye Joshua Okyere

数据记录仪常常能经受住野火。该地点的 25 台中,有 15 台在火灾后仍在工作。这种情况我们见过很多次,但仍然不能指望这一点,这取决于火是怎样经过该位置的。对于已不能工作的设备,我们通常仍能恢复其中的数据;例外是完全烧焦的设备,或被雷电直接击中的设备。设备通常能经受住附近的雷击,这对任何电子设备都是严峻的考验;直接击中则经受不住,也有一些设备送回时已完全烧焦。

应用领域

生物学与生态学土壤学水文学气候学农业与园艺林业温室监测仓储设施岩土工程

参考文献(引用)

Wild J., Kopecký M., Macek M., Šanda M., Jankovec J., Haase T. (2019) Climate at ecologically relevant scales: A new temperature and soil moisture logger for long-term microclimate measurement. Agricultural and Forest Meteorology, 268, 40-47. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2018.12.018

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TMS Standard

TMS Buriable

TMS Bend

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使用 TOMST 仪器的研究
TOMST 仪器出现在世界各地经同行评审的野外研究中:小气候监测、土壤湿度、温度、树木径向生长测量、林业、水文学和环境科学。
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