土壤含水率对近红外传感器标定模型的响应研究

为提高近红外传感器测量的准确度,进一步理解不同标定模型对土壤含水率测量精度的影响。利用土壤表面的近红外反射光强来预测土壤含水率,通过归一化处理将反射光强转化为相对吸收深度和相对反射率,采用2种标定方法,分别建立土壤含水率与相对吸收深度之间及土壤含水率与相对反射率之间的线性模型与非线性模型。选取我国东北地区的黑土进行标定,并用独立的试验数据对模型进行检验。结果表明,吸收深度法的线性和非线性模型的预测值和实测值符合度较好。反射率法的线性模型和非线性模型对土壤的含水率预测均方根误差(RMSE)分别为2.89%和2.95%,相对吸收深度法非线性模型的RMSE值明显大于其他3种模型,预测准确度最低。说明不同标定方法会影响土壤含水率的预测结果。4种模型的预测精度能够满足测量要求。     

基于RBF神经网络的土壤含水量传感器标定方法(英文)

土壤含水量时空变异对作物生长、农田气候变化等领域的研究具有重大意义。为了克服TDR-3土壤水分传感器输出电压的非线性缺点,提高土壤含水量数据采集以及计算效率,该研究将TDR-3土壤水分传感器与无线传感器网络结合,提出了土壤水分含量的RBF神经网络标定方法。以20个带标号的水杯作为承载砖红壤土和水的载体,对其中的样本进行数据采集,经多次测量取平均值。为验证标定算法的准确性,同时列举出以土净重、加水质量、水分含量TDR-3测量值为属性,以测试水土比值为目标训练样本,以RBF神经网络为标定算法的拟合结果。为了更直观地展示试验结果,以散点图方式分别展示水分含量TDR-3测量值与实际水土比的TDR-3土壤水分含量曲线;水分含量TDR-3测量值与RBF神经网络拟合水土比的RBF神经网络拟合土壤水分含量曲线;以及实际水土比与RBF神经网络拟合水土比的散点图。为验证RBFNN拟合水土比值的相关性,引入皮尔逊相关系数。5次试验,得到5组皮尔逊相关系数,分别为0.9745,0.9832,0.9798,0.9804及0.9789,都接近于1,说明真实测试数据与拟合数据相关性很强,且为正相关关系。可见,该法能取得较好的标定效果,并且简单、实用、可行,为土壤含水量的实时监测提供了一种有效的方法。     

利用边缘电场的电容式谷物水分传感器的研究

研制一种利用边缘电场的新型谷物水分传感器。利用主动屏蔽极板从敏感区域聚集电场,以减小杂散电容对传感器测量精度的影响,从而提高了传感器的灵敏度。采用2 MHz左右的振荡器作为测量电路,通过测量振荡器的频率测量被动极板与测量极板之间谷物的介电常数,从而得到谷物的含水率。有限元法分析表明,主动屏蔽极板的采用提高了传感器测量精度和灵敏度。现场及实验室实验结果表明:传感器测量含水率的误差为±1%;测量温度范围0~80℃;传感器安装方便,不需要对干燥机进行较大的结构调整。     

在线谷物水分测试精度影响因素的试验研究

设计了分流式取样装置,配备无级变速的叶轮式排粮机构,在实验台上对谷物进行试验研究,分析了谷物流速、含杂率以及温度等因素对传感器输出频率的影响规律,自主研制电容式谷物水分传感器并通过烘箱法进行标定试验,试验结果表明：该传感器的水分测量范围：11%～24%,测量精度：≤0.5%;在常温下,低水分段时测量结果波动很小,基本满足在线谷物水分测量的要求。     

含水率对路用水泥混凝土质量的影响及微波在线测湿系统

在讨论了含水率对路用混凝土质量的影响因素后，通过对不同种类测试传感器的分析，确定了较为适用的微波传感器，并给出了微波传感器的输出电压与集料含水率之间的关系式，进而对测试准确度进行了计算。     

高速DSP在光学电压互感器精度检测方面的应用研究

光学电压互感器作为一套电压测量设备,测量精度的准确性是衡量系统性能的重要指标之一。由于温度是影响系统测量精度的重要因素,对其进行实时性的精度检测显得尤为必要。通过所设计的由TMS320LF2407与串行AD转换器TLC2558和温度传感器DS18B20的部分硬件连接电路,并通过软件的辅助,实现了对温度信号、输入电压信号、输出电压信号的实时检测。通过电压比(输入电压/输出电压)随温度的变化,方便准确地检测到系统的测量精度随温度的变化情况,从而为光学电压互感器投入实际应用提供了可靠的依据。     

两种园林用FDR土壤水分传感器的精度校正

利用质地差异较大的园土及草炭∶陶粒∶园土=3∶1∶1（体积比）的混合基质对2种土壤水分频域反射仪（FDR）进行了室内标定.结果显示,在目前园林应用的测量精度内,土壤质地对两种FDR土壤水分传感器的测量影响不显著,但FDR测量值较烘干法明显偏高,校正斜率介于0.68～0.70之间.相关分析表明FDR测量值与真实值之间有极显著的相关性,相关系数大于0.97.利用获得的线性函数进行校正,校正后的土壤水分值与采用传统的烘干称重法测得的值相符.基于以上结果,FDR土壤水分传感器能准确、快速测定土壤含水量,在城市园林节水灌溉管理中发挥重要作用.     

超导陀螺转子偏移建模与测试方案

根据球形差动电容传感器测量微位移的原理,针对八电极结构的超导陀螺仪分析了每对测量电极上悬浮转子偏移量与电容变化量间的关系.通过无量纲化和微位移范围内线性化处理及利用最小二乘算法,建立了转子偏移测量模型.给出了基于该模型的超导陀螺转子偏移测试方案及其各参数间的关系.分析了影响陀螺转子偏移测量精度的因素.超导陀螺转子偏移测试方案的特点是为保证悬浮转子的零电位而采用4对测试电极的电极分布法,能同时测量出转子偏移的大小和偏移方向.实验结果表明,差动电容传感器的分布电容、陀螺转子的零电位和模型误差等是影响测量精度的主要因素.提出了降低相应因素不良影响的方法及输出电压与转子偏移量呈线性关系模型的适应范围.     

车载行进式农田土壤压实度实时测量系统

基于应变片测力原理研制了一种新型嵌入式土壤压实度传感器和车载行进式农田土壤压实度实时测量系统。该系统将微型压力传感器嵌入到锥体前部,直接测量行进过程中锥头受到的土壤阻力,简化了测量结构,提高了系统的复合度。以超低功耗MSP430单片机作为内核的数据采集器实现了多路模拟信号的测量,2个串口分别用于与上位机的通讯和GPS信号的接收,采用PDA作为数据处理、存储以及显示终端。传感器实验室标定结果表明,嵌入式土壤压实度传感器输出电压与标准载荷具有良好的线性关系。田间试验结果表明,车载行进式农田土壤压实度实时测量系统工作稳定,土壤压实度测量结果与GPS信息融合效果良好,系统能够快速获取农田土壤压实度及其空间变异信息。     

关于提高称重法木材含水率测算精度的探讨

该文以兴安落叶松为研究对象,探讨了试件锯解时因摩擦热造成的水分损失,试件在烘箱中烘干时间过长而产生的热分解,试件带热称重时重量传感器的温度效应等因素对采用称重法检测木材含水率的测量精度的影响;试验获得了相应的修正公式,对多片试件平均含水率的传统计算法进行了修正.研究表明:锯解时木材水分损失对称重法测量精度的影响程度随含水率升高而增大;过长时间在烘箱中的热分解,带热称重时重量传感器的温度效应等对称重法测量精度除极精确的研究外,可以忽略.     

Improvement of a dual-sensor horizontal penetrometer by incorporating an EC sensor

Following the development of a dual-sensor horizontal penetrometer for the simultaneous measurements of soil water content and strength, an electrical conductivity (EC) sensor with a 4-ring Wenner-array was incorporated into the cone of the horizontal penetrometer. In order to overcome the cross-modulation of signals from water content and EC sensors, two filters with specific pass-bands were connected in each circuitry. Both laboratory calibration and field test were conducted, and the experimental results showed that the improved technique could provide more informative data to interpret soil physical conditions at field-scale.     

土壤水分传感器实用性能对比研究

该文针对时域反射法（TDR）、频率分解法（FD）型土壤水分传感器和中国农业大学研制的基于驻波率原理（SWR）的新型土壤水分传感器,在德国北部典型的沙壤土、黄土、含煤沙土及含铅壤土土样上做了试验.根据采集的数据进行方差分析,结果表明:SWR型土壤水分传感器是一种高精度、高可靠性、受土壤质地影响不明显的快速土壤水分测量传感器,其性能可与世界先进TDR型和FD型土壤水分测量传感器相媲美.      

基于RBF神经网络的土壤含水量传感器标定方法

土壤含水量时空变异对作物生长、农田气候变化等领域的研究具有重大意义。为了克服TDR-3土壤水分传感器输出电压的非线性缺点,提高土壤含水量数据采集以及计算效率,将TDR-3土壤水分传感器与无线传感器网络结合,提出了土壤水分含量的RBF神经网络标定方法。结果表明,该法能取得较好的标定效果,且操作简单、实用、可行,为土壤含水量的实时监测提供了一种有效的方法。     

基于相位差的时域反射仪测定土壤含水量的标定和田间验证

为了检验具有我国自主知识产权的基于相位差检测原理的时域反射仪(TDR)测定土壤水分的性能,利用室内土柱试验,获得了该仪器测定土壤含水量的标定曲线,分析了影响因素,并在田间对标定曲线进行了实际验证。结果表明,容重对仪器测定土壤含水量的影响不显著;土壤质地对校正结果有明显影响,供试的砂质土类,壤质黏土类和黏土类分别可以使用一个特定标定公式,R2均大于0.98,估计标准误差均小于0.020cm3/cm3;该仪器用于田间测定含水量的均方根误差小于0.035cm3/cm3。因此,经过室内标定后,将新型时域反射仪用于测定田间土壤含水量是可靠的。     

A calibration method of detecting soil water content based on the information-sharing in wireless sensor network

In agricultural production, there is contradiction between the cost and accuracy of detection during the course of acquiring soil water content (θ) online. This conflict is one of the core issues of automatic water-saving irrigation technology in agriculture. At the same time, capacitive soil moisture sensor (CSMS) has received considerable attention, for it can acquire θ with low cost and high precision, and meet the application requirements of wireless sensor network (WSN). But CSMS is vulnerable to the soil temperature (T_s) and salinity (S_s) in the measurement process. Therefore, this study took EC-5 sensor for example to establish water detection calibration models of soil temperature and salinity for single sensor, using Least Squares Support Vector Machines on MatLAB (LS-SVMlab) as the tool. On this basis, we explored the spatial variability of T_s and S_s, and then a method, which could be used to calibrate the output signals of sensors in multi-point network, was proposed based on the information-sharing (T_s or S_s) technology of WSN. Through laboratory experiment, we effectively reduced the impact of soil temperature and salinity on the single sensor. In example analysis, we investigated the detection precision and costs under different information-sharing radiuses (r). And the results indicated that the method we proposed based on the information-sharing technology of WSN could successfully calibrate the influence of soil temperature and salinity on sensors in multi-point network, and it was an efficacious approach to determine the balance between the calibration accuracy of moisture sensor and the investment of agricultural production. For example, while the calibration precision of soil temperature and salinity is respectively 1%, the costs can be reduced by 30%.     

附加电阻高频电容法土壤水分传感器的研究

分析了高频电容土壤水分传感机理,建立了附加电阻高频土壤水分数学模型,设计了附加电阻平行板电容传感器检测电路,并进行实际土壤测试实验.结果表明,土壤电容值与土壤的重量含水量近似成线性关系,在1%的土壤水分含量误差范围内,能够准确地测定土壤水分含量,消除了电导引起的测量误差.     

水分管理联合磷酸盐施用对水稻土中镉转化的影响

为探究水分管理方式和磷酸盐对水稻土中Cd转化的影响,按磷(KH2PO4)与Cd的摩尔比为2∶1添加磷酸盐,在75%田间持水量、田间持水量、持续淹水和淹水回旱四个水分管理下,测定土壤p H值及Cd的Ca Cl2有效态含量,并采用重金属连续浸提法分析土壤中Cd的形态分布。结果表明:与对照相比,持续淹水和田间持水量处理分别使有效态Cd含量降低了37.3%和10.0%,75%田间持水量和淹水回旱处理有效态Cd含量增加了12.5%和9.5%;重金属形态分析表明,施用磷酸盐促进弱酸提取态Cd向可还原态和可氧化态转化;75%田间持水量处理中弱酸提取态Cd所占比例显著降低,更有利于Cd向稳定的形态转化,而淹水回旱处理中,弱酸提取态镉含量增加,增大了Cd浸出、迁移的风险;不同水分管理下土壤p H值随时间的变化趋势差异较大,75%田间持水量处理中土壤有效态Cd与p H值呈显著负相关关系(r=-0.861 8),而持续淹水与淹水回旱处理的淹水还原过程对Cd的有效性有较为复杂的影响。综上,水分管理与磷酸盐施用对有效态Cd的影响存在交互作用,在75%田间持水量时磷酸盐施用对镉的稳定效果较好,且水分管理是控制水稻土中Cd转化的主要影响因素。     

基于无线传感器网络的农田土壤水分监测系统(英文)

[目的]研究将无线传感器网络应用于农田土壤水分监测,探讨解决实际监测中采样率低、成本高、及实时性差等问题的方法。[方法]通过对无线传感器网络体系结构、网络节点硬件设计以及软件操作系统结构的原理和相应参数分析,说明基于无线传感器的农田土壤水分监测系统的特点,及利用该系统的优点。[结果]传感器节点可正确采集并传输土壤含水率,实现稳定的土壤水分数据传输,说明无线传感器网络适合农田土壤水分的实时监测。[结论]该研究表明无线传感器网络在农业发展中具有广阔的应用前景。