苹果树枝条含水率无损测量传感器研制

茎部含水率是评价果树干旱胁迫响应和指导灌溉的重要参数。该研究针对目前果树茎部细小枝条含水率活体原位无损测量传感器缺乏的现状,设计了一种基于频域介电法的改进型平行板电极传感器。为检验该传感器的性能参数,以苹果树为观测对象,首先开展了高频结构仿真分析、逐步移除小木条、直径影响校正、性能测试、传感器标定等实验室环境下的理论分析与试验验证,然后在温室苹果树上开展活体原位无损监测试验和干旱胁迫试验。结果表明：该传感器的最大观测枝条直径约为10 mm,直径变化引起的传感器误差为4.23 mV/mm,传感器输出与电容值之间具有良好的线性关系（R2=0.986）,当负载稳定时,传感器的误差在0.5～0.8 mV之间,重复性测试结果显示传感器输出的最大差值不超过8 mV,传感器标定曲线的决定系数为0.998;温室环境下盆栽苹果树枝条含水率监测试验结果表明：该传感器可以检测到直径5～8 mm范围内枝条的含水率变化;干旱胁迫辨识试验结果表明：该传感器可以观测到苹果树在灌溉之前经历的干旱胁迫过程。研究结果可为诊断植物干旱胁迫、果树抽条和指导节水灌溉提供重要依据与技术支撑。     

太阳能供电的土壤剖面水分动态原位自动监测系统的研制

目前,商业化的土壤水分传感器在野外观测土壤剖面含水率时仍然存在测量深度不可调节、多传感器探头之间的互换误差、野外长期监测供电困难、成本较高等问题。为此,该研究设计并研制了一种太阳能供电的可实现野外长期工作的介电管式土壤剖面水分原位自动监测系统。该系统组成包括:传感器模块、主控模块、太阳能供电模块和参数设置软件。测量时,先将PVC管垂直安装至待测土壤中,安装过程不扰动土壤结构,主控与存储模块控制土壤含水率传感器在PVC管中上下移动测量土壤含水率,并同步记录土壤深度。此外,该系统可以根据实际需求通过PC机参数设置软件进行灵活设定测量参数(传感器测量深度、测量深度间隔和测量周期)。针对该系统的性能与测量精度开展了相关测试与观测试验,功耗测试结果表明该系统待机功率为0.35 W,工作功率为1.4 W,太阳能电池板最大输出功率为5W,太阳能电池板和锂电池配合供电的情况下能实现长时间续航;土壤含水率传感器在砂土和粉壤土中的标定试验表明:该系统测量结果与实际土壤体积含水率高度吻合,标定曲线决定系数R~2均大于0.99;经过校正后,该系统探头深度定位的标准偏差在0.2 cm以内。在两种质地土壤的滴灌试验结果表明:该系统分别在6和15 mL/min两种滴水速率下均能准确获取土壤剖面含水率的动态变化过程,为观测作物生长状态和根区水分变化、制定合理的灌溉策略以及研究并检验土壤入渗水动态模型提供了可靠的技术支持和保障。