一、传感器选型（按应用场景区分）

主要 4 类热法液流传感器，依据树种、边材厚度、液流区间、预算、是否测反向液流选型。

1. TDP 热扩散探针（Granier 法，行业通用）

TDP探针现场安装

原理

上下双探针，上探针恒定 0.2W 加热，下探针测温；温差 ΔT 与液流密度负相关，夜间 ΔTmax 标定零流，公式成熟、数据处理简单。

优势

成本低、安装简便、功耗小、野外长期稳定、数据算法标准化；森林、果园、生态通量项目 90% 选用。

短板

无法测反向液流；极低液流（干旱、夜间回流）误差偏大；环孔材（橡树、刺槐）需单独校准。

规格选型（探针长度 = 有效边材厚度，严禁超过边材）

细枝 / 幼树（边材 10–20mm）：TDP20（20mm 探针）

中径乔木（边材 30–50mm）：TDP30/TDP50（通用款）

大径古树 / 厚边材针叶林：TDP60/TDP80

细茎苗木：微型 1.2mm 细针 TDP，创伤小

适用场景

长期连续耗水监测、森林生态、农田果树、水资源平衡、常规科研。

2. HRM 热比率热脉冲法

优势

可测正向 + 反向液流，低流速、夜间树液回流、干旱胁迫测量精度极高；适用于干湿交替、荒漠灌木、古树逆境研究。

短板

硬件成本高、采集通道占用多、计算复杂、加热脉冲控制逻辑复杂。

适用：梭梭、胡杨、干旱区林木、古树水分胁迫诊断。

3. SHB 茎热平衡包裹式传感器

包裹式SHB传感器

原理：整段茎干包裹加热，能量平衡直接输出瞬时流量（kg/h），无需测算边材面积。

优势：安装无钻孔、对古树无损；细树干、果树苗木精准测总流量。

短板：粗大树干（胸径＞12cm）不适用；高温暴晒下漂移大、功耗高。

适用：苹果 / 柑橘果园、幼林、珍贵古树无损伤监测。

4. HFD 热场变形法

优势：宽量程，零液流、双向回流精准识别，适合机理研究、高精度通量校准。

短板：价格昂贵、多热电偶探针、维护复杂，仅用于重点实验室专项课题。

传感器选型速查表

传感器类型-能否测反向液流-适用树干-成本-推荐场景

TDP： 热扩散 否 胸径≥4cm，各类乔木；成本低 ；常规长期监测、批量样树

HRM ：热比率 是 灌木、干旱林木、古树 ；成本中高；水分胁迫、夜间回流研究

SHB ：包裹式 否 细茎、果树、幼树 ；成本中； 古树无损、果园灌溉调控

HFD ：热场变形 是 标准试验木、机理研究； 成本高； 高精度通量校准、科研

二、整套系统标准硬件配置（分基础科研版 / 野外在线物联网版）

（一）基础科研离线监测系统（实验室、短期野外）

液流传感器单元

TDP 探针（按需配长度）+ 恒压加热驱动模块（稳定 0.1–0.2W 加热功率）

专用四芯屏蔽信号电缆（标准 20m，长≤50m 减少信号漂移）

钻孔工具、防腐钻头、树皮修复膏、隔热泡沫、铝箔防晒保温套件

数据采集主机

国产多通道采集器（8/10通道，单主机多 10路 TDP），温度分辨率 0.01℃，存储间隔1min–60min 可调；内置 SD 本地存储，断电数据不丢失

进口高精度采集器：适合高标准通量、SCI 论文数据，稳定性更强，可扩展多路复用器

供电

短期：12V 铅酸蓄电池（100Ah，续航 30–45 天）

无无线、无太阳能，现场电脑 USB 本地下载数据

选配环境同步传感器（必配，液流需耦合气象解释）

土壤温湿度 / 土壤水势、微型气象五参数（辐射、温湿度、VPD、风速）、叶温传感器

（二）野外在线物联网监测系统（林业长期站点、高标准农田、古树在线预警）

完整远程自动上传，标配 6 大模块：

1. 液流感知层（核心）

TDP/HRM/SHB 探针 + 加热驱动模块，单站可布置 3–8 棵样树，每树 1–2 组探针（南北双向消除方位误差）

2. 多通道智能采集仪

10路模拟采集，支持数字传感器；内置时钟电池 10 年不掉时

自带 4G/5G/NB-IoT 全网通传输，定时上传云端（5/10/30min 自定义间隔）

3. 同步环境监测模块（标配）

微型气象站（太阳总辐射、空气温湿度、大气压、风速、雨量）+ 土壤三层水分温度传感器；同步获取驱动液流的环境因子，用于建模分析蒸腾耗水

4. 户外供电系统（野外无市电必备）

光伏板：30–60W（南方多雨 60W，北方晴天 30W）

磷酸铁锂储能电池 12V/100–240Ah，充放电控制器、低压保护

连续阴雨天续航≥15 天

5. 防护与安装辅材

IP65 防水金属机箱、防雷接地模块

树干固定卡扣、隔热保温棉、铝箔遮阳层（防止日照造成温度干扰）

不锈钢屏蔽线缆、防水接头、树木伤口修复剂、防鼠套管

监测站整体机箱太阳能

野外监测防护围栏

6. 云端数据平台

实时数据查看、曲线对比、批量导出原始数据

内置液流通量自动计算模型，输出单树耗水量、林分蒸腾估算

标准配置清单（5棵样树 TDP 在线监测站）

TDP50 热扩散探针 ×10（每树 2 支，南北方位）

10 通道液流专用采集器（内置 4G）×1

恒流加热驱动模块 ×10

微型气象五参数传感器 ×1

土壤温湿度传感器（三层）×1

60W 太阳能板 + 12V200Ah 锂电池 + 控制器 ×1

IP65 防水机箱、防雷、支架、全套安装耗材 ×1

云平台年费 + 流量卡（5 年）×1

备用蓄电池、维修工具套件 ×1

三、选型关键约束条件（避免配置失误）

1. 探针长度匹配规则

1）钻孔深度 = 探针长度，探针不可穿透边材进入心材（心材无液流，数据完全失效）；

2）针叶树边材薄（20–40mm）优先短探针；阔叶环孔材边材厚（50–80mm）选长探针；

3）现场建议提前取木芯实测边材厚度再确定探针规格。

2. 样树与测点布置配置要求

安装高度：离地 1.0–1.5m，避开地表热梯度、树瘤、伤口、分枝点；

方位规范：同一树干南北两侧各装一组探针，消除日照、木质部结构方位误差；

样本数量：科研试验每处理≥3 株重复；林分耗水估算每树种≥5–8 株标准木。

3. 采集通道配置原则

单 TDP 传感器占用 2 路模拟通道；HRM 热脉冲单支占用 4 通道；

单主机大 10 通道，超过 8 棵树建议分两套采集器，减少长电缆信号衰减。

4. 供电配置区分

市区 / 园区有市电：直接 12V 直流电源供电，取消太阳能；

山区、林地无市电：zui低 30W 光伏 + 100Ah 锂电；冬季低温北方升级 60W+240Ah 电池。

四、分场景推荐成套配置方案

方案 1：高校科研基础款（短期试验、预算有限）

传感器：TDP30/50 双针热扩散探针（6 棵树 12 支）

采集：16通道离线记录仪，本地 SD 存储，USB 导出

供电：12V100Ah 蓄电池，无无线

选配：土壤温湿度、简易光照传感器

适用：短期季节观测、本科 / 硕士课题

方案 2：森林生态长期在线监测站（通量、林分耗水）

传感器：TDP50，8 棵样树 16 支，南北双向布置

采集：16通道 4G 物联网采集仪，远程云端传输

配套：完整微型气象站 + 三层土壤水分

供电：60W 太阳能 + 200Ah 磷酸铁锂

适用：森林水文、碳水循环、长期定位观测站

方案 3：果园精准灌溉监测（果树细茎、无损需求）

传感器：SHB 包裹式茎热平衡传感器（无钻孔不伤果树）

采集：8 通道物联网采集器

配套：空气温湿度、光合有效辐射、土壤水势

云端联动：液流数据联动灌溉电磁阀自动控水

适用：苹果、柑橘、葡萄水肥一体化管理

方案 4：干旱区灌木 / 古树逆境监测（需测反向回流）

传感器：HRM 热比率探针，可捕捉夜间树液回流、干旱低流速

配套叶温、土壤水势、树干生长传感器，综合诊断树木水分胁迫

适用：荒漠植被、珍稀古树健康长期预警

五、系统配套软件与数据处理配置

本地采集软件：设置采集间隔、加热功率、通道标定、原始数据导出（CSV）；

云端平台功能：液流密度、单树小时耗水量、日蒸腾总量自动换算；多站点数据对比、图表生成、批量数据下载；

进阶建模选配：耦合气象因子建立液流 - 蒸腾回归模型，估算整片林地总耗水量，输出水分平衡报告。

六、安装与运维配套配件（标配不可省略）

钻孔耗材：专用 2.1mm 钻头、消毒酒精（防止交叉感染病害）；

隔热防护：闭孔泡沫、铝箔、防水胶带（隔绝日照温差干扰，降低数据漂移）；

修复耗材：树木伤口愈合膏，钻孔后封堵防止腐烂；

线缆防护：金属防鼠波纹管、防水航空接头；

防雷配件：信号防雷器、接地角钢，山区雷暴区域必配。