基于电参数和支持向量回归的牛奶体细胞数定量检测

首先用碘酊染色显微镜体细胞计数法确定了100头不同患病程度的奶牛奶样的体细胞数,然后采用叉指电极在0.01～100 kHz频率范围对奶样进行了交流阻抗测试。在提出该测试系统等效电路的基础上用Zview软件获得了奶样电阻RS、电双层电容Cdl-T、Cdl-P等电参数,并分析了不同患病程度奶牛奶样的电参数特点。最后以镜检体细胞计数结果为标准,用电参数作为输入,建立了牛奶体细胞数的支持向量回归(SVR)预测模型,研究了体细胞数定量检测的可行性。结果表明,随着体细胞数的增加(即患病程度的增加),参数RS减小,而参数Cdl-T、Cdl-P呈非线性变化趋势。该定量预测模型对除N级以外所有奶样的体细胞数都有较高的预测精度,平均相对误差为29.40%。1级(隐性)、2级(较严重)和3级(严重)乳腺炎的检出正确率均达到100%。     

基于热红外图像的奶牛乳房炎自动检测方法

为了提高奶牛乳房炎的检测精度,利用热红外图像测量奶牛关键部位温度,提出了一种奶牛眼睛和乳房自动定位算法。首先对奶牛热红外图像的灰度直方图进行分析,然后提取阈值分割后图像中的HSV(Hue,Saturation,Value)颜色特征和骨架特征,并基于HSV自动检测奶牛眼睛位置,计算骨架特征向量,用支持向量机(Support vector machine,SVM)分类技术自动检测奶牛乳房位置。为了验证定位算法的有效性,对随机选取的40头自然行走的奶牛进行试验验证,结果表明,本文提出的定位算法可以有效定位奶牛眼睛、乳房位置,其定位误差在20像素以内的视频帧识别精度为68. 67%。根据定位算法所获取的奶牛眼睛和乳房的温度差值进行奶牛乳房炎检测试验,通过温度阈值对奶牛乳房炎发病程度进行评级,并与体细胞计数法(Somatic cell count,SCC)检测结果进行对比,结果表明,等级1检测准确率为33. 3%,等级2检测准确率为87. 5%。本文研究结果能较准确获取奶牛自然行走状况下眼睛和乳房的位置和温度。     

土壤多参数复合测试系统研究

设计了一种同时采集土壤含水率、电导率及温度的多参数复合测试系统,对基于驻波率原理的土壤含水率测量方法、基于电流电压"四端法"的土壤电导率测量方法和基于"铂电阻"的土壤温度测量方法做了较为深入的研究。以北京地区土壤为测试样本,土壤含水率、温度及电导率传感器的输出与对应的测量值线性拟合相关性分别为0.998 3、0.999 8、0.999 1,动态响应时间依次为土壤含水率460 ms、温度13 s、电导率2.28 s,稳定性测试结果的标准差分别为土壤含水率0.011 5、温度0.001 4、电导率0.010 3,系统稳态及动态性能均满足土壤多参数的测量要求。对土壤多参数复合测试系统的抗干扰性能进行了分析与论证,得出在采用分时供电的前提下,多参数复合测试系统的干扰主要存在于土壤含水率与土壤温度之间,即土壤温度探针作为介质异物会造成土壤含水率测量值的升高,这是一个系统误差,可在数据处理中进行统一补偿。选用得到普遍认可的土壤含水率传感器、土壤温度传感器、土壤电导率传感器与本研究的土壤多参数复合测试系统进行性能对比研究表明:本系统满足土壤含水率、温度和电导率实时在线测量的要求,可以为精细农林业提供一种高精度的便携式土壤多参数检测工具。     

基于多参数融合的土壤硝态氮检测方法

针对土壤悬液组分复杂以及单输入变量时电极预测精准度有限的问题,以提高离子选择电极预测土壤硝态氮含量精准度为目标,建立基于多参数融合的支持向量机(SVM)土壤硝态氮预测模型。采用灰色关联分析法对影响电极法测定土壤硝态氮的主要干扰因素进行排序,建立以主干扰因素及硝酸根电极检测电势的多参数融合SVM预测模型,并与传统Nernst模型和干扰因素全输入下的SVM模型作对比验证算法可行性。实验结果表明,土壤电导率、温度与Cl -电极检测电势为影响电极预测硝态氮精准度的主要干扰因素;输入参数为硝态氮电极检测电势、土壤电导率、温度与Cl -电极检测电势时,SVM土壤硝态氮预测模型效果最优,与光学法测定结果回归方程的调整决定系数为0.98,平均绝对偏差为3.38 mg/L,均方根误差为4.51 mg/L,基于多参数融合的SVM预测模型可显著提高电极法硝态氮检测精准度。     

猕猴桃贮藏期电参数和生理参数的变化

以室温(20℃)贮藏的"秦美"猕猴桃为研究材料,在贮藏期间获取果实复阻抗、并联等效电容和阻抗相角值的同时,同步测定果实硬度等12个生理参数。结果表明,猕猴桃复阻抗在贮藏末期显著下降,并联等效电容在贮藏末期显著上升。随着贮藏时间的延长,果实的硬度、可滴定酸质量浓度都呈下降趋势,可溶性固形物含量、相对电导率呈上升趋势,淀粉、纤维素质量比的减小与果实硬度的下降呈正相关。在特征频率0.1 kHz下,复阻抗可量化硬度等8个生理参数,阻抗相角可量化5个生理参数,在特征频率1 MHz和1.58 MHz频率下,并联等效电容可量化6个生理参数。     

利用电容式传感器连续监测土壤硝态氮质量分数的试验研究

通过室内和田间试验,研究土壤硝态氮质量分数与电容式传感器监测的土壤电导率、含水率和温度的定量关系。在室内以NH4NO3分析纯为溶质,进行了溶液质量浓度0～10g/L的7次土柱试验;在2009年和2010年春玉米生育期内监测了不同滴灌水量条件下土壤电导率、含水率和温度动态变化。结果表明,土壤电导率能较好的反映土壤硝态氮质量分数的变化;土壤硝态氮质量分数与电导率、含水率和温度之间的关系可用二次多项式描述,且3个土壤参数对土壤硝态氮质量分数的影响均达到了极显著水平(P≤0.01);由于回归模型的拟合精度受土壤初始养分盐分质量分数及空间变异等因素的影响,为获得较高的预测精度,应进行田间标定。     

辣椒热风干燥过程介电参数变化分析

为探求新鲜辣椒在干燥过程中电容值的变化与干燥温度、信号频率及个体特征之间的关系,采用两平行电极板组成的电容检测装置配合LCR数字测量仪器建立辣椒介电参数在线检测系统,在干燥温度为55℃、62.5℃和70℃,频率为200、1k、12k、50k、200k对新鲜辣椒干燥过程进行电容连续测试,分析得出辣椒个体特征某些因素对电容具有极其显著的影响,频率与电容呈现的关系,以及干燥温度与电容之间的规律,为今后实现辣椒热风干燥过程水分含量的在线检测及干燥控制提供理论支持和参考基础。     

基于反应过程碱液电导率变化的食用油酸值检测

以食用油为试验材料,建立基于碱液与食用油混合反应过程碱液电导率变化的食用油脂酸值检测方法,并探讨碱液浓度、静置时间、油脂种类、温度、料液比等对测定结果的影响,建立了酸值模型,进行了模型的验证.结果表明:检测条件变化对测定结果影响均不显著;料液比为1∶10时,食用油酸值模型为y=0.002 4x -0.157 1(y为酸值;x为电导率变化值),R2=0.998 4.模型预测值与国标法测定的酸值高度线性相关,盲样验证相对误差均小于10％.     

数显式豆浆总固形物含量检测仪设计与试验

为了给豆浆总固形物含量的检测提供一种简单、便捷的仪器,首先研究了豆浆的总固形物含量(2.13~6.50 g/(100 m L))和温度(20~70℃)对其电导率的影响规律。结果说明,豆浆的电导率随总固形物含量和温度的增大而增大,可用二元二次模型表达豆浆的电导率与总固形物含量、温度的关系,该模型的决定系数为0.994。进而设计了以STC12C5A16S2单片机为控制器、以DJS-1型电导电极为电导率传感器、以DS18B20为温度传感器、以锂电池供电的便携式豆浆总固形物含量检测仪硬件系统。用C51语言设计了检测仪的软件,实现了数据的采集、处理和显示。对该检测仪的检验结果说明,当总固形物质量浓度在2.00~8.00 g/(100 m L)范围内时,该检测仪的总固形物含量测量误差为-0.52~0.37 g/(100 m L),平均绝对误差为0.17 g/(100 m L),响应时间小于5 s。     

猕猴桃电特性与生理特性关系研究

为了研究室温(20℃)贮藏下"秦美"猕猴桃电参数与生理参数的相关性,探讨用电特性无损检测生理特性的可行性,用SPSS软件对果实复阻抗等6个电参数和果实硬度等12个生理参数之间进行了相关性分析。结果显示,复阻抗和电容在特征频率下能量化的生理参数多,其中复阻抗能量化硬度等8个生理参数,电容能量化7个生理参数,而电感不能量化任何一个生理参数。阻抗相角量化可滴定酸含量、相对电导率、淀粉含量和纤维素含量的可靠性高。除了淀粉酶活性、PE活性、PG活性、Cx活性之外,其余生理参数都可在特征频率下用敏感电参数来量化。     

含水果颗粒液态食品物料通电加热速度与温度场

对含水果颗粒液态食品物料在通电加热装置中的加热速度与温度场进行了试验研究。影响加热速度的主要因素是食品物料的电导率(电解质浓度)和pH值；产生非均匀温度场的主要原因为固液物料的电导率差异、加热装置管壁和入料口的散热及电极板附近局部过热等。同时总结出不同食品物料的温度变化规律及加热速度与温度场之间的关系。     

黄淮海平原主要土壤水力参数的研究

通过对黄淮海平原 3种主要土壤饱和导水率的研究 ,结果表明 :3种土壤的饱和导水率在 5 .95×1 0 - 6 ～ 1 .0 8× 1 0 - 2 cm/ s之间变化 ,并随着土壤剖面深度的增加呈现出上土层高、中间土层低、底土层又升高的趋势 ;扰动土与原状土的饱和导水率差异较大 ,达到极显著水平 ;土壤容重、孔隙度、有机质含量、粘粒含量和全盐含量等均对土壤饱和导水率有一定的影响。原状土的饱和导水率能反映田间水分运动以及孔隙状况 ,对研究土壤水量平衡和水土保持有重要的意义。扰动土的饱和导水率在农业工程上有参考价值。     

Response of cotton water stress indicators to soil salinity

Summary A field study was conducted on cotton (Gossypium hirsutum L. c.v. Acala SJ-2) to investigate the effects of soil salinity on the responses of stress indices derived from canopy temperature, leaf diffusion resistance and leaf water potential. The four salinity treatments used in this study were obtained by mixtures of aqueduct and well water to provide mean soil water electrical conductivities of 17, 27, 32 and 38 dS/m in the upper 0.6 m of soil profile. The study was conducted on a sandy loam saline-alkali soil in the lower San Joaquin Valley of California on 30 July 1981, when the soil profile was adequately irrigated to remove any interference of soil matric potential on the stress measurements. Measurements of canopy temperature, leaf water potential and leaf diffusion resistance were made hourly throughout the day.Crop water stress index (CWSI) estimates derived from canopy temperature measurements in the least saline treatment had values similar to those found for cotton grown under minimum salinity profiles. Throughout the course of the day the treatments affected CWSI values with the maximum differences occurring in mid-afternoon. Salinity induced differences were also evident in the leaf diffusion resistance and leaf water potential measurements. Vapor pressure deficit was found to indicate the evaporative demand at which cotton could maintain potential water use for the various soil salinity levels studied. At vapor pressure deficits greater than 5 kPa, cotton would appear stressed at in situ soil water electrical conductivities exceeding 15 dS/m. The CWSI was as sensitive to osmotic stress as other, more traditional plant measures, provided a broader spatial resolution and appeared to be a practical tool for assessing osmotic stress occurring within irrigated cotton fields.     

基于近红外光谱信息的土壤电导率预测模型研究

利用土壤含水率与近红外光谱土壤反射率和土壤电导率三者之间的关系,以土壤含水率为中间变量,间接表达土壤光谱反射率和土壤电导率之间的关系。土壤含水率与土壤光谱反射率存在指数关系,土壤含水率与土壤电导率存在线性关系,消除中间变量（土壤含水率）,得到土壤光谱反射率和土壤电导率之间的关系。以土壤水分敏感波段1450nm作为研究对象,研究土壤电导率的预测模型,分别建立指数预测模型和对数预测模型,并分别对两种模型进行验证。本文实验建模集样本72个,验证集样本48个,土壤电导率对数预测模型R2达0.80,土壤电导率指数预测模型R2达0.85,预测效果均可满足农田电导率估算,但对数模型在土壤电导率较低区间预测效果不理想,因此土壤电导率指数预测模型预测效果优于对数模型的预测效果。研究结果表明,土壤光谱反射率预测土壤电导率的方案可行,并为光谱信息预测土壤电导率提供了新思路。     

考虑热力学效应的空化模型修正及其适用性研究

为了研究热力学效应对不同温度水和低温流体空化影响,针对Zwart、Merkle和Singhal 3种典型空化模型,基于Antoine方程,考虑汽化潜热引起的饱和蒸汽压变化以及湍动能对当地汽化压强的影响,通过CFX前处理编辑分别对3种空化模型进行了修正,提出了全新的考虑热力学效应的空化模型。针对不同温度水为介质的NACA0015翼型,分别采用3种不同空化模型及修正后的空化模型进行了数值模拟。结果表明,修正后的Merkle模型更加接近实验值。基于修正后的Merkle模型,模拟了不同温度液氮为介质的HORD翼型,并与实验结果进行了对比。研究发现,考虑热力学效应时,空化区域产生温度下降、对应饱和压力下降,致使空化强度减弱,空穴长度缩短,当地空化数均大于远场空化数。相比温度为77. 64 K的工况,83. 06 K工况下的热力学敏感性更高,压降更多,空化受抑制更加明显。     

Watercourse Pollution due to Surface Runoff following Slurry Spreading. Part I: Calibration of the Soil Water Simulation Model SOIL for Fields Prone to Surface Runoff

The Swedish soil water model SOIL has been calibrated for several drained fields in Scotland and Ireland. Drainage efficiency in these fields varies, with inefficient drainage systems leading to saturated profiles and large surface runoff flows. The model has been modified to represent drainflow in typical Scottish and Irish fields in which permeable backfill extending to the surface is present directly above plot drains. When the conductivity of the backfill material is low, surface runoff is shown to be enhanced in specific soil types. Overall, the predictions of the modified model are in reasonably good agreement (as shown by the efficiency factor values) with measured water table levels, drain and surface runoff flows in these fields. These calibrated fields are to be used in subsequent work on pollution from surface runoff following slurry spreading. A useful indicator of potential runoff risk in such systems is the total saturated hydraulic conductivity of the profile, defined here as arising from the combination of the saturated soil and drain conductivities. Fields are classified into high risk if the conductivity of the profile is lower than 6 mm/d, low risk if the conductivity is greater than 18 mm/d, and moderate risk for intermediate conductivities. A sensitivity analysis of the model with regard to drain and surface runoff flows, varying the drain spacing, a backfill resistance term, the soil matrix and macropore saturated hydraulic conductivities, soil porosity and the pore size distribution index, is also presented. This analysis shows that in order of increasing importance, backfill resistance, macropore saturated hydraulic conductivity and drain spacing, have the largest effect on the generation of surface runoff.     

基于等效电容的介电湿润芯片液滴位置检测方法

数字微流控技术在操作单个微液滴方面所表现出的独特优势使其得到了广泛关注与应用,但数字微流控系统中针对芯片上液滴的位置缺少反馈就会发生液滴不能成功被驱动的现象,致使液滴不能够完成规划的路径。本文采用基于等效电容的液滴位置估算检测原理,系统以相邻两个驱动电极与液滴所构成的等效电容为反馈控制对象,该位置估算原理具有无量纲属性,与液滴的组成成分无关,适用性更加广泛。实验结果表明,基于等效电容的液滴位置估算检测原理和装置能极大地提高液滴连续运动的成功率,从而使液滴能够按照规划好的路径运动到既定目的地。     

温度变化对橡胶苗电信号影响的研究

采用LabVIEW虚拟仪器编程,结合数据采集卡和微弱前置放大器,构成了微弱电信号采集系统。通过该系统对不同温度下的橡胶苗电信号进行了测量,得出了橡胶苗电信号时域图、幅频图和功率谱图,然后对测量到的橡胶苗电信号进行小波降噪和分析。最终得出结论:26℃时橡胶苗电信号幅值极显著,比28℃时高;显著高于25℃时,但与27℃时差异不显著。该结论完全符合橡胶树的生长对环境温度的要求(26～27℃)。     

Development of a Prototype Nutrient Sensing System for Livestock Slurries

The scientific literature has shown good relationships between the nutrient (nitrogen, phosphorus and potassium) status and the physical/chemical properties of both cattle and pig slurries. In particular, the ammoniacal nitrogen and the potassium contents of the slurries correlated with their electrical conductivities. The best indication of the available phosphorus was given by total solids and specific gravity. Based on these findings, a prototype sensing system to measure the physical and chemical properties was designed, built and tested on 41 slurries. The system was able to detect the effect of dilution on any given slurry; and to estimate ammoniacal nitrogen in all slurries and phosphorus in cattle slurries. It established the feasibility of the approach and provided a basis for the development of subsequent versions for installation on slurry tankers.