面向车载式测量的土壤含水量与电导率复合传感器设计

基于介电方法设计了符合车载测量要求的四环电极结构土壤含水量与电导率复合传感器。分别在NaCl电导率溶液、含水土样和混合土样中进行标定试验分析,结果证实了复合传感器的可行性。通过分析混合土样中含水量和电导率与传感器输出信号之间的相关性,分别建立土壤含水量与电导率的统计预测模型。     

土壤机械阻力连续测量系统设计

典型的土壤机械阻力连续测量系统在田间作业时,多采用笔记本电脑对数据进行显示和存储。本设计依据应变测力的测量原理,设计一种能够对土壤机械阻力实现连续测量的系统。该系统通过Arduino UNO将GPS数据、超声波测距传感器测量的距离数据和"S"型力传感器测得的力数据共同存储到SD卡中,能够准确地测量出土壤机械阻力的实际情况。本设计体积小、质量轻,成本低,容易操作,能够准确、连续地测量出土壤的机械阻力。     

基于数字示波器的车载式土壤电导率检测系统研究

在电流-电压四端法原理基础上,采用信号发生器替代恒流源作为激励源来提供振幅更大、稳定性更高的正弦信号,以数字示波器替代电压源进行反馈信号检测从而解决电压有效值转换和AD转换频率较慢的问题,改进设计开发了一款基于数字示波器的土壤电导率检测系统。农田现场车载式测量实验分为稳定性检测和定点测量两部分。稳定性实验测试下该检测系统能够稳定读取相关数据。农田定点测量实验结合土壤样本采集和实验室实验,得出每个定点测量点土壤电导率测量值和土壤电导率实验室真值（R2=0.7531）。根据实验中拖拉机牵引犁盘抖动导致电极与待测土壤之间形成的两种测量接触面的情况,分析并消除了实验中拖拉机抖动现象对数据结果的影响后,土壤电导率实测数据与实验数据之间的决定系数R2提高到0.8552~0.9066,表明设备能够在排除测量方式等外界因素影响下,测量精度达到较高水平。实验数据对比结果显示,基于数字示波器的车载式土壤电导率仪能够在农田现场进行稳定测量,并且具有较好的性能和准确度。     

车载式大田土壤电导率在线检测系统设计与试验

现有大田土壤电导率检测装置主要以手持式为主,存在检测效率低、实时性差等问题。基于电流-电压四端法原理设计了一种车载式大田土壤电导率在线检测系统,系统主要由恒流信号源电路、信号处理电路、Arduino控制器、GPS定位模块及车载传感器等组成,可在线检测大田土壤电导率。通过实验室和大田试验对系统性能进行了验证,试验结果表明,系统具有较好稳定性,动态响应时间约为540ms,开机预热引起的温漂最大偏差为3.70%,不考虑温差影响下系统检测精度R2为0.7342,消除温差影响后检测精度R2为0.8645~0.9156,均高于商用手持式电导率检测仪,其R2为0.6095;探究了拖拉机振动、传感器插入深度、作业速度和土壤坚实度对系统检测精度的影响,振动状态相对静止状态,检测数据最大误差为10.37%,且误差主要集中在0~10μS/cm范围内;当作业速度不大于5.0km/h和传感器插入深度大于等于10cm时,该系统可稳定进行大田土壤电导率在线检测,且检测地块土壤坚实度不应过小,以确保传感器电极与土壤充分接触。该系统可为开展基于土壤电导率在线检测的实时变量施肥技术研究提供技术支撑。     

车载式大田土壤电导率在线检测系统设计与试验

现有大田土壤电导率检测装置主要以手持式为主,存在检测效率低、实时性差等问题。基于电流-电压四端法原理设计了一种车载式大田土壤电导率在线检测系统,系统主要由恒流信号源电路、信号处理电路、Arduino控制器、GPS定位模块及车载传感器等组成,可在线检测大田土壤电导率。通过实验室和大田试验对系统性能进行了验证,试验结果表明,系统具有较好稳定性,动态响应时间约为540 ms,开机预热引起的温漂最大偏差为3.70%,不考虑温差影响下系统检测精度R²为0.734 2,消除温差影响后检测精度R²为0.864 5～0.915 6,均高于商用手持式电导率检测仪,其R²为0.609 5;探究了拖拉机振动、传感器插入深度、作业速度和土壤坚实度对系统检测精度的影响,振动状态相对静止状态,检测数据最大误差为10.37%,且误差主要集中在0～10μS/cm范围内;当作业速度不大于5.0 km/h和传感器插入深度大于等于10 cm时,该系统可稳定进行大田土壤电导率在线检测,且检测地块土壤坚实度不应过小,以确保传感器电极与土壤充分接触。该系统可为开展...     

基于Arduino的土壤机械阻力连续测量系统设计

土壤机械阻力既关系到农作物的产量,又关系到农业机械的作业性能和能量消耗。为了实现土壤机械阻力的连续测量,开发设计了一套由“S”型力传感器、GPS模块、超声波测距模块、Arduino控制器、LCD显示模块和SD卡模块组成的系统。通过Arduino程序控制,使“S”型力传感器测量的土壤机械阻力,GPS模块测得位置信息及耕地速度,超声波测距模块测得的耕地深度存储到SD卡模块中。该系统通过Proteus仿真和硬件实物的搭接验证了系统的可行性、准确性。该系统的测量过程和方法与精准农业实时、连续测量土壤机械阻力的要求相吻合。      

土壤机械阻力测定研究进展

土壤机械阻力测定是实施精确农业的需要。该文综述了国内外4种主要的土壤机械阻力测定方法的研究进展,指出了各方法的优缺点以及未来的发展方向。      

土壤机械阻力的测定及其应用

土壤不仅是农业生产的重要资源，也是地面车辆行使的主要介质和农业机械的工作对象；土壤的机械物理性质既关系到农作物的生产，又关系到地面车辆的通过性能、行使性能、农业机械的作业性能以及能量消耗。为此，辨析了土壤机械阻力的概念，概述了土壤机械阻力的4种测定方法及其研究状况，总结了土壤机械阻力值的一些初步应用。     

土壤机械阻力测量方法研究现状及趋势

随着我国土壤资源数量逐渐减少,土壤的地位与功能正在发生变化,有效利用土壤显得尤为重要,而土壤机械阻力的大小,直接影响着土壤的利用效果。综述了土壤机械阻力测量方法的研究现状,对现有的测量方法,包括非连续测量法、连续测量法、遥测法和间接测量法进行了分析,指出了现有测量方法存在的优缺点,分析了影响测量精度的因素,并对土壤机械阻力测量方法的发展趋势做了展望。      

基于交流“四端法”的土壤电导率在线实时检测系统

设计了一种土壤电导率在线实时检测系统,给出了交流"四端法"测量土壤电导率的全套设计方案,完成了信号源、交流恒流源、探针结构、传感器信号调理电路以及采集系统的设计,与直流"四端法"土壤电导率传感器相比,交流"四端法"测量土壤电导率方法具有更佳的检测性能。通过与国外同类产品对比研究,本测试系统性能达到了国外同类产品水平,具有更高的性价比。以北京地区土壤为测试样本,本系统检测量程:0~1 520μS/cm,检测误差:-2.2%~2.4%,动态响应时间:544 ms,测量带宽:1 MHz,满足土壤电导率实时在线测量的要求。     

花生收获机械土壤阻力测试装置试验与设计

为便于对花生收获机械作业过程中所受的土壤阻力进行测试与研究,研制了由机械部分、传感器和信息采集与处理3部分组成的花生收获机械土壤阻力测试装置。测试装置由拖拉机牵引可快速连续测试土壤阻力,并能实时显示、即时存储。系统标定和实验室试验表明:系统运行稳定,平均测试精度达93.07%;在田间进行两因素三水平验证试验,测试装置运行平稳,准确地反映了所受土壤阻力情况。     

车载式土壤光-电特性参数采集系统研究

土壤电导率是衡量土壤传导电流能力的一种固然属性,除了能够反映土壤质地外,还能够反映土壤的含水率、含盐量、有机物含量等特性。利用土壤光谱数据可以分析出土壤含水率、养分等,且测量过程中无需采样、搅动土壤。通过土壤电导率数据和光谱数据的综合、校正,能够提高系统的精度。基于嵌入式技术开发了土壤电导率和光谱反射率综合检测系统。土壤电导率测量系统采用基于改进的电流-电压四端法原理,使用深松犁的尖端作为电极传感器,能够在测量的同时完成松土的作用。光谱测量系统使用微型光谱传感器采集光谱数据,并进行实时处理。在采集土壤电导率、光谱数据的同时,系统同步采集GPS信息,并和土壤电导率、光谱数据一起保存,供进一步绘制土壤特性分布图使用。系统能够实时综合处理多种数据,并进行显示、保存等操作,具有良好的应用 前景。     

基于相位检测原理的TDR土壤电导率测量研究

介绍了基于相位检测的时域反射（P-TDR）技术的工作原理。对8种不同盐分含量的砂壤土土样在5个含水量水平下进行实验,结果显示,信号的反射系数随电导率增加单调减小。分别采用线性和二次多项式对测量结果进行建模实验,并选择二次多项式为P-TDR电导率测量模型,模型的决定系数达0.812以上。土壤含水量对电导率测量有较大影响,在分析了土壤含水量与多项式系数关系的基础上,最终建立了以土壤含水量和反射系数为变量的土壤电导率预测模型。土壤质地等因素对P-TDR电导率测量的影响还需通过田间现场测量实验进行研究。     

用于激光平地作业的车载式智能测量系统开发

在激光平地作业过程中,一般先由人工操作水准仪获取田块定点高程,然后通过计算平均值以作为激光平地的基准高度。显然该作业方法耗时费工,工作效率较低。为此,设计了一套车载式智能测量系统,拖拉机带动激光接收器沿着指定的路线行驶,系统即可自动完成对定点高度的采集、存储以及实时显示。     

土壤耕作阻力测试系统研制及标定

土壤耕作过程中,土壤对耕作部件的阻力是波动、随机的,测定机械阻力大小可对部件设计的合理性及耕作部件动力配套的选择提供帮助。为实时测定深松铲工作的机械阻力,设计了由牵引机具、深松铲、传感器、应变仪、计算机组成的土壤耕作阻力测试系统。通过静态标定,该系统的线性度、线性迟滞和迟滞均小于1%。     

土壤阻力连续测试系统农田试验研究

土壤阻力连续测试系统可连续获取农田压实的土壤阻力信息。为研究土壤阻力连续测试系统测试土壤阻力指数(TRI)的适用性,安排了小区对比、大田对比和工作速度影响3个试验,进行了土壤阻力指数TRI值与土壤圆锥指数CI值对比分析。试验结果表明:在表征农田土壤压实程度上,TRI值与CI值具有一致性,即利用土壤阻力连续测量系统测取的TRI数据可以反应农田土壤的压实程度;土壤阻力连续测量系统采样连续、数据信息量大和采样效率高,适合于大面积农田土壤信息快速采集,有利于变耕深耕作技术的开展;在保证系统高效、安全和测试数据稳定的前提下,试验结果显示测试系统较理想的工作速度是1.0m/s。     

车载式农机性能检测系统

一、系统简介车载式农机安全性能检测系统是以全顺“新空间”版短轴8座中顶客车JX6461D为载体,由浙江大学新近研制的ZD-Ⅱ农机综合型性能测试仪和计算机为核心,与各种传感器、信号处理器等组成一套完整的符合国家相关标准的农机安全性检测系统。它是浙江东方汽车有限公司在研制的国内首套全功能农机技术检测专用车的基础上,与浙江大学合作开发的最新一代车载式农机安全技术性能检测系统。二、系统特点1.动力性强,机动性好。该车选用福特全顺系列最新型号JX6461D豪华中顶客车,功率达到100Kw,能适应各种不同道路行驶,保证系统深入乡村的农…     

土壤机械阻力的连续测定及空间变异结构分析

设计了一个土壤机械阻力连续测定系统。利用试验所得数据,初步探讨了土壤机械阻力的空间变异性和分形特征。结果表明,土壤机械阻力表现出空间变异结构,在一定范围内存在空间相关现象,用半方差法和功率谱密度法计算出土壤机械阻力的分维值分别为1.79~1.91和2.12~2.30。     

基于四端法和时域反射法的土壤电导率测量研究

为探究电流-电压四端法和时域反射法两种接触式测量方法在不同质地土壤和不同含盐量、含水率土壤的适用性,设计基于"电流-电压"四端法的土壤电导率测量仪,对其标定并与时域反射法进行对比试验。标定结果表明,当电导率在0～14 mS/cm范围内时,该仪器具有较高准确度。不同含水率的对比试验结果表明,四端法和时域反射法在一定含盐量范围内都具有较好的线性度;而当砂质壤土含水率为20%、含盐量大于0. 6%时,四端法电导率测量仪测得的电导率基本保持不变;当粉质黏土含水率较低和较高时,电导率均变化不大,因此在使用时应尽量避免在土壤含水率较低和较高时进行测量。不同质地土壤的对比试验表明,四端法和时域反射法均在含盐量较低时受土壤质地影响较小,在含盐量较高时受土壤质地影响较大。     

土壤浸提液电导率与再生水灌溉土

为确定土壤化学性质对土壤浸提液电导率的影响程度，应用通径分析的方法研究了不同再生水灌溉次数的污灌土壤的1∶5 土水比土壤浸提液电导率（EC1∶5）与土壤化学性质各要素的关系。研究结果表明：全盐量、Cl-、Na+是影响土壤浸提液电导率的最主要因素；pH值对土壤浸提液电导率的影响很小；Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-对土壤浸提液电导率的直接通径系数并不高，但是由于被其他化学性质要素的间接效应所增强，使得其对溶液电导率的间接通径系数之和较大。EC1∶5与全盐量、Cl-、Na+有很好的相关性。