基于茎干水分包络分析的活立木冻融检测方法

为解决活立本在越冬期易遭受低温所引发的冻融灾害问题,针对现有评估检测方法存在的检测手段复杂、对活立本破坏性大、设备昂贵和难以实时检测的现状,通过分析活立本在越冬期的茎干水分和环境温度的变化规律,提出一种基于活立木茎干水分序列包络分析的冻融状况检测方法.在采用具有自主知识产权的活立木冻融检测传感器实时获取活立木茎干水分和...     

基于潜热效应的活立木冻融检测传感器设计与实验

针对植物冻融过程中植物水分生理信息(植物水冰含量)难以实时、在线、连续监测及冻融难以准确判断的问题,设计了一种基于潜热效应的活立木冻融检测传感器。通过检测植物冻融过程中潜热释放引起的温度变化对茎干是否冻融进行有效判断,在准确检测冻融点的基础上,根据茎干体积含水率变化计算冻融过程中的茎干体积含冰量及径向冻融深度,同时设计环式弹片探头消除固定式探头对茎干压迫形成的凹槽。标定结果表明,传感器测量结果与真值拟合决定系数超过0. 99。静动态特性分析表明,传感器体积含水率和温度测量范围分别为0～68. 67%、-30～80℃,动态响应时间小于2 s。室内冻融模拟实验及室外长期冻融监测表明,传感器能够有效检测植物冻融过程中茎干水分生理参数的变化,可以作为植物冻融的有效监测手段。     

基于植物介电特性的茎干含冰量检测方法与仪器设计

针对木本植物越冬期茎干冻结信息难以原位、在线监测的问题,本研究依据茎干冻结过程中水-冰比例变化与茎干阻抗的关系,研制茎干体积含冰量的原位、在线检测传感器。驻波测量频率及电路仿真结果表明,采用100 MHz信号激励源,电路能够有效表征茎干阻抗中电抗分量的变化;植物冻结过程中的阻抗变化分析表明,基于茎干阻抗变化表征体积含冰量的变化是可行的;探头电磁空间分布仿真结果表明,传感器有效测量区域为0～10 cm;静动态特性分析表明,传感器测量范围为0～100%,分辨率为0.05%,测量精度为±1.76%,稳定性良好,动态响应时间为0.172 s,功耗为0.25 W;室内外实验表明,传感器可以有效追踪茎干内体积含冰量的动态变化及受冻害胁迫程度,反映植物越冬期水-冰转化的日周期生理特征,可为植物含冰量监测和不同纬度下人工林的抚育提供技术支撑。     

基于微环境参数集的茎干水分变化规律与估算模型研究

以杨树为研究对象,通过分析茎干水分与微环境参数集的变化关系,提出了茎干水分的估算模型。采用主成分分析法选取微环境参数集的最大主成分PC1作为特征变量,解决了微环境参数集之间的共线性问题,并在保留98.89%的原始数据信息的同时,达到了数据降维的目的,从而降低了模型复杂度。以PC1作为输入变量,茎干水分作为输出变量,基于两者的周期性变化规律建立了茎干水分与PC1的斜椭圆模型。在微环境状况相近的6个晴天,该模型的平均误差小于0.05%,均方根误差小于0.06%,决定系数大于0.94,能够较好地依据微环境参数集估算出实时的茎干含水率。但是由于植株个体存在形态指标上的差异,不同植株茎干水分与PC1的斜椭圆模型的预估参数也会存在差异,针对不同季节和气象环境需要分别建立茎干水分的估算模型。     

乔木茎体水分传感器探针结构实验

基于驻波率测量原理的乔木茎体水分传感器,其测量装置由信号源、同轴传输线及双针平行不锈钢探针组成.乔木茎体的介电特性决定了同轴传输线两端电压差值(即传感器的输出电压)的大小,通过测量传感器的输出电压,可达到测量乔木茎体体积含水率的目的.通过两个实验来确定传感器的探针结构:模拟实验中研究了在不同有机试剂中探针长度对传感器输出电压的影响,实验中选取了不同的有机试剂来模拟不同体积含水率的乔木茎体.根据模拟实验数据,得出了传感器输出电压与探针长度的单调变化关系,选取了传感器的探针结构参数;对侧柏乔木茎体样本进行了干燥实验,得出传感器的输出电压与样本的体积含水率之间有较好的线性关系.     

不同水氮条件下桃树幼苗茎干液流变化规律研究

采用美国生产的DeTransfer 3.27茎流测定系统监测一年生的桃树幼苗树干液流变化.分析了不同水分、氮肥处理下桃树苗树干液流日变化和连日变化特征及茎流与蒸腾的变化关系.结果表明,桃树苗茎液流速率存在明显的日周期和连日变化规律.水分对桃树苗茎流的影响:在相同的氮素水平下茎液流速随土壤水分含量的增加依次增加,无氮处理下,茎液流流速在充分灌水条件下最大峰值为11 g/h左右,较低水条件下增加了15.8%,高氮处理下,茎液流流速最大峰值为23.5 g/h左右.氮肥对桃树苗茎流的影响:施氮肥明显地增加桃树苗茎液流速,在土壤水分供应充足条件下,茎液流流速分别为N1 11g/h、N2 16.5 g/h、N323.5 g/h;茎液流速和蒸腾速率动态曲线有着相似的变化趋势.     

基于驻波率原理的植物茎体水分无损检测方法研究

水在植物的各项生理活动中起着至关重要的作用,实时无损检测植物茎体的水分对研究植物的生命活动有着重要的指导意义。本文提出了一种基于驻波率原理的茎体水分实时无损在线检测方法,并设计了BD-IV型植物茎体水分传感器,分别在以有机溶剂及烧杯为实验材料的仿真环境、以松树为实验材料的树段环境及以桃树为实验材料的活立木实验环境下,验证了BD-IV型植物茎体水分传感器的检测性能。当植物茎体直径在5.0~10.5 cm之间且体积含水率在1.17%~59.59%之间时,BD-IV型植物茎体水分传感器能准确地检测出植物茎体的体积含水率。通过长期监测桃树茎体水分的日变化和月变化情况,得知BD-IV型植物茎体水分传感器的检测结果与植物生理特性相符;与德国生产的SF-L型树干茎流仪同时监测柳树的茎体水分和茎流,得出茎体水分和茎流之间的关系,为植物生理特性研究提供了一种高性能价格比的国产化检测仪器。     

活立木内部缺陷雷达波检测研究

针对活立木内部结构复杂,个体化差异较大,导致雷达波图像难以解析的问题,提出了一种基于振幅比在线估计相对介电常数以及利用希尔伯特积进行层位追踪实现缺陷界面的相对定位,并结合活立木外轮廓点云数据确定其内部缺陷绝对位置和分布表征的方法,以此开发了基于雷达波的活立木内部结构缺陷分析软件。采用基于时域有限差分法的正演模拟、实验室原木试件检测分析、颐和园现场活立木检测等实验验证方法的可行性。结果表明可对检测目标点准确定位,复现树干内部横截面图像,雷达波成像结果与古树复壮时内部实际结构相符。     

电容式传感器在面粉水分检测中的应用

面粉在人们的饮食结构中是必不可少的。常常听人们说面粉太湿,这对于储存面粉的部门也成了最头痛的问题。数十年来,粮食水分检测技术发展迅速,形成了各种检测水分的方法。不过,这些方法总体上分为直接法和间接法两大类。①直接法是通过干燥方法和化学方法,直接检测出粮食中的绝     

同面弧面电容式种子水分传感器的研究

种子烘干机的关键在于利用种子水分传感器来实现种子含水率的在线无损检测,优化种子水分传感器的结构,提高传感器的测量性能,对提升种子烘干机的烘干质量和工作效能具有重要作用。为此,研究了一种同面弧面电容式种子水分传感器,结合COMSOL有限元仿真软件,采用数值求解的方法计算传感器的电容值,着重考察传感器的极板尺寸、极板间距对传感器性能的影响,以此实现对传感器结构参数的优化,并试制传感器原型进行试验验证。初步试验结果表明:根据优化结构参数设计的电容传感器在测量精度上有所提高,在0~20%的含水率范围内以1%的绝对精度实现对蔬菜种子含水率的测量,符合实际应用要求,验证了检测方法的可靠性。     

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。     

基于驻波原理的锥式林区土壤含水率仪设计与性能分析

为了提高现有土壤含水率传感器在林区的测量性能及可使用性,在优化传感器结构的基础上,设计了一种基于驻波原理的锥式林区土壤含水率仪,其锥角30°、探头直径20 mm、探头长度150 mm。实验结果表明:传感器横向测量范围为10 cm、纵向测量范围为18 cm,输出线性拟合决定系数在0.96以上。静动态特性分析表明,传感器测量范围为零到粘壤性土壤饱和含水率,测量精度为3%,稳定性标准差0.49%,超调量为0.48%,过渡时间0.582 s。通过与TDR(TRIME-HD2型传感器、德国)进行对比,测量结果线性拟合决定系数在0.97以上,两者测量性能相当,表明所设计的传感器能够达到实际使用的要求。本文设计的土壤含水率仪性价比更高,更适用于林区土壤含水率测量,使用更为便捷。     

基于频域法传感器的基质含水率检测性能研究

本文对基于频域法FDS-100型土壤含水率传感器在基质含水率中的检测性能进行了研究。首先,对不同配比的基质,使用FDS-100型传感器测量并将测量结果与干燥法得到的标准含水率进行对比,将FDS-100型传感器与ECH2O-5TE型基质含水率传感器在混合基质中的测量性能进行对比,并研究了压实程度、电导率和温度对传感器性能的影响。试验结果表明：FDS-100型传感器在不同配比基质中得到的测量值并不遵循同一曲线;测量值随压实程度增大而增大,测量误差在-1%~10%之间;电导率对测量值有一定影响,测量误差在±5%之间;温度对FDS-100型传感器测量值影响极小,测量误差在2%以下;FDS-100型传感器与ECH2O-5TE型传感器之间的相对误差为4.32%。FDS-100型传感器可用于基质含水率检测,但在实际使用时需要针对不同基质与不同压实程度进行标定。     

土壤含水量传感器的研究和实验

阐述了果树土壤含水量传感器的研究现状、传感器的基本原理、结构组成、信号转换调节电路和标定测量方法、实验结果等。土壤含水量传感器将成本低廉的石膏块法加以改进。将平行电极改为同心螺旋电极，较之传统的石膏块平衡速度提高，响应时间缩短。研究表明。植物的蒸腾流速率与土壤含水量密切相关。蒸腾流速率随土壤含水量的增加而增强。在土壤含水量达到一定程度后。蒸腾流速率才不受其影响。     

基于平衡水分模型的稻谷含水率实时监测系统

基于静力学谷物平衡水分模型,利用无线传感器网络及嵌入式技术设计了仓储中稻谷含水率实时监测系统.通过试验验证改进Henderson、改进Chung-Pfost和改进Owin模型及对应参数的稻谷含水率预测误差和精度,结果表明改进Chung-Pfost模型具有准确预测的精度,且当参数A=363.06、B=0.1804、C=26.674时该模型的预测精度较高.通过测试传感器节点的传输质量,表明系统能够实现数据稳定的传输.     

基于电容法的非接触式土壤水分传感器设计与性能分析

针对接触式土壤水分传感器存在对土体破坏大及使用安装、更换困难等问题,设计了一种基于电容法的非接触式土壤水分传感器。借助网络矢量分析仪对传感器环形探头在不同介电常数的有机溶液中进行测量,确定了传感器环形探头电容变化范围为7.08~22.75 p F。选取11种不同电容值高频瓷片分别与102 n H的绕线电感进行并联谐振试验,得到的测试结果与仿真结果的决定系数达到了0.98,检测电路的测量精度能够满足传感器的设计要求。以北京地区粘壤土作为测试样本,对传感器输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数达到了0.995 9,系统的稳态与动态性能均能满足土壤水分的检测要求。通过试验分析了温度对传感器输出的影响,将传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数达到了0.987 9。进一步提出了能量指数Ka,通过试验的方式确定了传感器的纵向影响范围为10 cm,横向影响范围为5 cm。最后对比试验表明,所设计的土壤非接触式水分传感器与国外同类产品性能相当,能够满足土壤非接触式测量的要求,但具有更高的性价比,为同类产品的国产化奠定了基础。