基于信号特征分析的植物体表电信号记录模式选择

为了探索不同耦合记录模式所记录植物体表波形数据特征,选择德抗961型小麦与含羞草2类植物,分别对每株植物进行直流耦合、交流耦合同步信号记录。分析光诱导下小麦所产生的局部电位中直流耦合记录与交流耦合记录的数据差异。小麦局部电位直流耦合与交流耦合记录数据波形峰峰值差异可达25倍以上;基于短时傅里叶变换,功率密度时频分布图显示直流耦合记录到的信号局部电位的频谱主要在0.2 Hz以内。而含羞草的变异电位的上述2种耦合模式记录的波形差异相对较小,功率密度时频分布图中可以反映其信号功率谱分布在0.6 Hz以内。通过记录不同下限截止频率的数据,小麦的光诱导电信号更加清晰的反映耦合方式对信号的影响,进一步地,通过含羞草变异电位的传导特性与对小麦钙通道阻滞的对照试验来验证所测信号的真实性。因此,针对不同植物及其植物电信号本身的特点,应选择适合的耦合记录方式。     

植物根区电阻抗成像系统设计与实验

为了能及时地监测植物根区的状态，设计了一种32电极的电阻抗成像系统，包括硬件构成和图像重构系统，以数字合成技术（DDS）产生正弦波激励信号，采用相邻激励模式，以乘法器对测量信号和参考信号进行模拟解调，得到被解调信号相对参考信号的实部信息和虚部信息，计算信号的幅值、相位和实部、虚部，基于成像正问题和逆问题算法，以Matlab及开源套件EIDORS予以实现。设计了专用电源，将220V交流电源经整流滤波、线性稳压后为系统提供多种正负电源。实验测量了系统的信噪比、通道一致性等参数，验证了实验平台的可靠性，并在盛有盐水的容器中进行了实时电阻抗系统成像实验，对绝缘材料和胡萝卜介质检测，结果表明本系统可有效辨别被测物，并具有很好的分辨率和重复性。     

基质根区阻抗谱测量中补偿和耦合方法研究

根区阻抗谱技术可以很好地展现根区水分、生物量等动态变化。针对相邻激励策略下的基质根区100 Hz～2 MHz范围内阻抗谱测量中出现的问题,进行总结、分析,并提出了解决方法。进行了延长通道对测量的影响实验,分析对比了单端口网络和双端口网络补偿策略,实验结果表明,纯基质的测量,单端口网络补偿方法是最佳选择,其步骤简洁且补偿效果显著。通过延长电极长度,使自然条件下阻抗谱可被准确测量的含水率变化范围增大,电极由3 mm增长至8 mm时,适用的含水率范围从8. 35%增大至11. 27%,是原有含水率范围的1. 35倍,有效地减弱了含水率下降时对电极与基质耦合的影响。分析了不同电极长度下的数据差异以及电极几何参数的影响,结果表明,电极长度变化并未对数据的整体趋势变化造成显著影响。同时,对测量中高频时出现负电阻数据的原因进行了分析探讨。     

基于反射光谱的植物群体叶绿素含量监测系统的研制

针对农业生产环境中植物群体叶绿素的监测,该文提出了一种基于可见-近红外反射光谱的植物群体相对叶绿素含量实时监测系统。系统以太阳光为光源,设计了特殊光路同时获得植物冠层反射的700和830 nm 2种波长光信号以及该2种波长光的入射信号。采用ZigBee协议搭建无线传感器监测网络,由终端节点将以上光路获取的4路信号进行采集和处理,并将其转发至协调器,进而由协调器发送至用户中心进行计算与存储。系统试验研究中测量的有效样本点共124个,将前36个点的两波长吸光度值与样本叶绿素指数值采用最小二乘法进行多元回归,建立定量分析模型,模型决定系数和标准差分别为0.919和9.26958;用后88个点建立预测集,模型预测值与标准值建立的线性函数决定系数为0.913,标准差为9.372,系统稳定性试验变异系数CV1.82%。结果表明,该系统可用于自然光照条件下群体叶绿素的准确测量与实时监测,为精细农业自动无损检测技术提供理论及实践基础。