FDR土壤水分传感器田间性能测试分析

为了解不同土壤水分传感器的工作性能,以目前国内应用最为广泛的频域反射性(FDR)土壤水分传感器为例,考虑当前新型的探管式结构,选取3种国产主流的FDR (管式)传感器(编号为Q1、Q2和Q3)进行261 d的田间性能测试试验。结果表明:3种传感器监测的土壤含水量曲线变化规律一致,峰值出现在有降雨时,表层土壤含水量曲线波动幅度大于深层土壤。但3种传感器在绝对数值上存在较大差异,土壤含水量变异系数在0.20～0.58之间。3种传感器的观测数值受温度影响较大,表层(0～20 cm)土壤变异系数大于深层土壤,增幅为38%以上,夏季(6月到7月)的土壤含水率变异系数大于其他季节,增幅为16%。通过对传感器观测值和人工观测值进行数据拟合,分别建立了3种传感器土壤水分的原位二次标定方程,有效降低了传感器之间的变异系数,降幅为53%～66%。因此,在农田应用中,应考虑土壤温度、土壤类型因素对FDR传感器原位二次标定的影响,以消除不同传感器工厂标定的差异性。     

基于TDR的土壤水分传感器设计与试验

针对农田环境下观测作物生长所需土壤水分变化的实际需要,研制了一种基于TDR原理的新型土壤水分传感器。运用等效采样原理和窄脉冲激励来构建高速波形重建方法,同时设计开发 PC 上位机软件,通过蓝牙技术将TDR测量设备与上位机软件进行通信,测量结果可实时无线传输。为验证其性能,进行了4种不同质地土壤的标定试验,并与波兰Easy Test 公司的FOM／mts型TDR进行对比。试验结果表明：该传感器在土壤含水量非饱和状态下,测量结果与土壤实际含水量线性相关度达到0．97以上,且几乎不受土壤质地影响,具有一定的推广应用价值。     

FDR土土壤壤水水分分传传感感器器田田间间性性能能测测试试分分析析

为了解不同土壤水分传感器的工作性能,以目前国内应用最为广泛的频域反射性(FDR)土壤水分传感器为例,考虑当前新型的探管式结构,选取3种国产主流的FDR(管式)传感器(编号为Q1、Q2和Q3)进行261 d的田间性能测试试验.结果表明:3种传感器监测的土壤含水量曲线变化规律一致,峰值出现在有降雨时,表层土壤含水量曲线波动...     

联合收获机籽粒损失监测传感器性能标定试验

设计了由升降平台、升降驱动装置、给料装置、传感器安装平台等构成的籽粒损失监测传感器标定试验台;选取饱满小麦籽粒、不饱满小麦籽粒和不同长度茎秆等物料运用标定试验台对籽粒损失监测传感器在不同安装高度及不同安装角度情况下进行实验室内标定.室内试验表明,针对含水率不同的小麦样品籽粒损失监测传感器的测量误差能限制在4.8％以内;根据室内试验标定结果确定了籽粒损失监测传感器在监测夹带损失时的安装位置,田间试验表明,夹带损失最大监测误差为3.40％.     

T-TDR传感器热电偶结点位置优化试验

为提高T-TDR（Thermal-time domain reflectance）土壤水分传感器的测量准确度,优化传感器的结构参数,对比研究了热电偶结点嵌入位置和大小对T-TDR传感器热特性敏感度和测量精度的影响规律。设计热电偶结点分别在探针中点和中点下移2mm处的位置,通过点焊方式减小热电偶结点体积,制作出3种类型的T-TDR传感器及其测定系统。分别在砂土、砂质壤土、粘壤土的5种不同含水率条件下对3种传感器进行热特性试验,测定其热特性曲线并计算含水率,利用干燥法进行精度检验。结果表明,热电偶在中点位置下移2mm及采用点焊方式小结点的传感器对中间探针的辐射热量较其他两类传感器敏感,灵敏度也较高,含水量测定结果与干燥法测量值有较好的相关性（R 2 为0.981,RMSE为0.0152）,测量精度比传统结构参数的传感器有所提高。     

田间土壤水分特征曲线的标定和Kriging估值研究

对田间同深度土壤水分特征曲线进行了标定，探讨了其标定系数的半方差特征,并对其标定系数进行了Kriging估值。研究表明，田间同深度不同点的土壤水分特征曲线存在显著的空间变异性, 通过确定不同点的标定系数可以将田间不同点的土壤水分特征曲线用一个统一的曲线来表达,同时田间同深度不同点的标定系数存在显著空间相关性,利用 Kriging估值方法可对其标定系数进行最优估值,用较少点的实测土壤水分特征曲线确定整个田块的土壤水分特征曲线的空间分布。     

基于RC峰值检测的土壤水分传感器设计与性能试验

针对现有电容式土壤水分传感器精度低、功耗高、价格高、标定过程复杂等问题,基于RC稳态响应峰值检测原理,设计了一款土壤水分传感器,并对传感器敏感区域、电学特性、标定模型、温度和电导率特性进行了测试。实验结果表明,传感器测量体积含水率平均灵敏度为12. 187 mV,敏感区域为3. 8 cm×2. 5 cm×7. 2 cm;输出信号不受供电电压影响,消耗电流仅为3～4 mA;通过在不同介电常数溶液中标定,结合TOPP经验公式,建立的指数标定模型的决定系数R~2均大于0. 96;传感器温漂引起的测量误差约为0. 5%,在0～2 000μS/cm范围内电导率引起的最大测量误差小于4. 2%,传感器最大实测误差为2. 17%。     

土壤水分特征曲线几种标定的对比分析

土壤水分特征曲线的标定是土壤水的能量和数量关系在不同尺度间转换的方法,也是植被生态需水机理研究的重要组成部分。通过对传统的迭代法、一次法和建立的2种混合遗传算法进行比较,标定的结果表明,多项式遗传算法能综合考虑2种方差的影响,并能给出一致性的标定结果,这种经验式混合遗传算法对传统的标定算法进行了改进。     

中子仪的标定及其在小流域土壤水分监测中的应用

中子仪是目前广泛用于土壤水分动态监测的重要仪器。中子水分仪的优点是方便、快速、不扰动土壤, 可在同一地点进行多次测量, 测量水分的范围宽, 不受滞后影响, 还可与自动记录系统和计算机连接,但率定工作曲线确定具有一定的难度, 深度分辩不够准确,对表层土壤水分的测定精度低以及具有一定的辐射危害性等。通过在神木六道沟小流域的研究,表明中子仪经过不同质地的土壤标定后,完全可以用于具有不同土壤质地的小流域土壤水分的动态监测。本文在介绍中子仪野外表达常用方法的基础上,在小流域三种不同类型土壤上对中子仪进行了标定。研究结果表明,通过分层标定法中子仪可以得到精确的标定并可应用于小流域不同类型土壤水分动态的准确测量。     

基于Mega16的灌溉自动控制系统的设计

为了降低灌溉自动控制系统的成本,增强其实用性,研究设计了一种基于Mega16的灌溉自动控制系统.在3种质地不同的土壤中,对自制的基于电导原理的土壤水分传感器进行了标定试验.结果表明,在同一土壤类型和同样的耕作条件下,土壤的含盐量保持基本不变,土壤的电导率和土壤的体积含水率之间近似成线性关系.该灌溉自动控制系统能实时监测土壤水分,并进行及时和足量的灌溉.     

4种常见土壤含水量传感器精度分析及评价

针对目前市面上不同传感器测定结果差异过大,导致农业生产中效率低下的问题,选取了市面上常见的4种土壤湿度传感器（编号为A、B、C和D）,进行室内与田间试验,测试传感器的精度。试验结果表明,传感器B的测定结果与土壤真实含水量值最为接近（综合误差为5.14%）,而其他3种传感器测定值与真实含水量的差异较大（综合偏差均＞9%）。此外,当测试环境变化时,传感器对于相同含水量土壤的测定结果会随之变化,传感器测定误差值也随之变化,特定条件下误差值变化相当明显。测试也表明传感器厂家对传感器的初步校正具有局限性,如果想得到更为精确的结果,对传感器再次进行针对校正是必不可少的。      

近红外传感器测量不同种类土壤含水率的适应性研究

采用我国不同土壤类型地区的5种土壤样品,利用自行设计的近红外传感器测量不同土壤含水率对应的反射光强。选取中心波长1 940 nm的近红外光为测量光,1 800 nm为参考光,将两波长的反射光强值换算为相对吸收深度。实测结果表明,随着土壤含水率的增加,相对吸收深度增加,两者间呈线性相关关系。选取独立样品对线性标定模型进行验证,除红土外,其他4种样品的均方根误差均小于6%。通过标定,所设计的传感器能够较好地测定不同土壤的含水率。     

灌溉水质对FDR土壤水分传感器的性能影响研究

为探究在灌溉控制系统中灌水水质对土壤水分传感器性能的影响效应,选择了3种国内外常用的基于介电原理(FDR)的土壤水分传感器(5TE、CSF13、FDS100)对其精准性、一致性等关键性能进行评价分析,结果表明:在测量精度方面,5TE和FDS100传感器精度较好,土壤含水量测试值与实际值的R2达到0.892与0.914;...     

土壤剖面水分线性尺度测量方法

针对现有土壤水分点尺度下测量的局限性,提出了一种线性尺度下的土壤剖面水分测量方法,并设计了一种基于驻波比法的土壤剖面水分信息测量传感系统。借助HFSS高频电磁场仿真软件与网络矢量分析仪对传感器环形探头的电场强度分布情况与阻抗特性进行了分析研究,确定了环形探头适应性与敏感区域。以2种不同质地的土壤作为试验样本,对土壤水分传感器的输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数均达到了0.99以上,传感器的稳态与动态性能均能满足土壤剖面水分的测量要求。通过多层水分土柱穿层试验与对比试验表明,该系统能够满足线性尺度下土壤剖面水分的实时测量需求,具有较高的测量精度与稳定性。设计的土壤剖面水分线性测量系统的各项指标均达到实际应用的需求,具有较高的应用推广价值。     

油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置研究

针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题,设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置,实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制,以STM32单片机为核心控制器,利用FDR传感器获取土壤含水率,通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理,设计了装置测量控制系统硬件电路及软件,开展了传感器标定试验,确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本,融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数,运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型,模型决定系数R²分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验,对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量,结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果,油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装...     

秦王川灌区田间土壤水分特征曲线与导水率的标定

运用相似性原理和标定理论，对秦王川灌区的土壤水分特征曲线和非饱和导水率进行了标定。通过分析认为，该标定结果对这一灌区的土壤有较好的代表性，可供水分运动研究之用     

管式土壤水分传感器的性能测试

为了测量同一位置不同深度剖面的土壤水分,设计了一种基于驻波原理(SWR)的管式土壤剖面水分传感器,详细介绍了土壤水分传感器的工作原理和传感器的组成结构,并对传感器技术特性进行了深入的试验研究。在实验室用称重拌土法制作系列标准土柱,将传感器的测量值与称量计算的标准值进行比较,试验结果表明,SWR原理的管式土壤水分传感器在表层10cm以下测量时具有较高的测量精度,误差极限小于±2%(cm3/cm3);具有很好的重复性,重复性误差小于1%(cm3/cm3);验证了传感器测量的体积范围在围绕探头的直径150mm的圆柱体内。     

A comparison of soil moisture sensors for space flight applications

Plants will be an important part of future long-term space missions. Automated plant growth systems require accurate and reliable methods of monitoring soil moisture levels. There are a number of different methods to accomplish this task. This study evaluated sensors using the capacitance method (ECH2O), the heat-pulse method (TMAS), and tensiometers, compared to soil water loss measured gravimetrically in a side-by-side test. The experiment monitored evaporative losses from substrate compartments filled with 1- to 2-mm baked calcinated clay media. The ECH2O data correlated well with the gravimetric measurements, but over a limited range of soil moisture. The averaged TMAS sensor data overstated soil moisture content levels. The tensiometer data appeared to track evaporative losses in the 0.5- to 2.5-kPa range of matric potential that corresponds to the water content needed to grow plants. This small range is characteristic of large particle media, and thus high-resolution tensiometers are required to distinguish changing moisture contents in this range.