测试土壤含水率和电导率的时域反射仪系

研究了用于土壤参数测试的时域反射仪(TDR)系统原理与电路实现方法.根据系统设计要求设计出时域反射仪样机,该样机脉冲发生电路产生140 ps上升沿的时域脉冲,接收电路等效采样精度为8.69 ps,并设计了时域反射仪系统控制程序,给出了程序的系统控制和数据处理流程图.利用研制的TDR样机对两种土壤样本的相对介电常数进行了测试,反演了土壤样品的体积含水率,同时利用采集波形反演计算出不同湿度土壤样品的体积含水率和体积电导率,反演体积含水率与称量法测的结果接近,测试误差均小于4%.     

时域反射仪测定高含盐土壤盐分研究

采用室内试验的方法,通过使用时域反射仪（TDR100）测定不同含盐量及不同含水率土样的电导值,与采用电导率仪测定的土壤溶液电导值及烘干法测得的含水率值进行比较。结果表明,它们之间存在显著的线性关系。并根据测定结果得到标定公式,提出使用TDR测定高舍盐量土壤含盐量的方法。试验结果可为河套灌区野外测定土壤含盐量提供参考。     

应用时域反射仪测定非饱和土壤水力传导度

利用垂直土柱上渗法测定非饱和土壤水力传导度,其可靠性和精度难以保证。针对这一问题,应用瞬时剖面法的原理,利用时域反射仪自动、连续监测多点土壤含水率的优点,对非饱和土壤水力传导度的测量方法进行了改进,并与以往的实验方法进行了对比。改进后的方法不仅简化了计算,而且提高了实验精度。     

应用时域反射仪快速标定中子水分仪

为提高田间标定效率并减少土壤空间变异对标定方程的影响,利用时域反射仪来快速标定中子水分仪。埋设中子管时边钻孔、边观测土壤岩性,同时用TDR测体积含水量。用中子仪测放射性计数,测量计数除以标准计数得到计数率比,从而得到体积含水量与计数率比关系曲线。试验结果表明:①沙壤和粉沙可以使用同一个标定方程:y=41.989x+14.989,R2=0.8539;②容重不影响标定结果,但是0~30 cm深度不适合使用中子仪测量土壤水分;③研究区内埋深30 cm以下,使用TDR标定中子仪的标定方程为:y=53.139x+10.397,R2=0.968;④TDR适用性分析表明对于研究区内的沙壤和粉沙,TDR可以直接测定其体积含水量,适合对中子仪进行标定。因此,这是一种快速有效的田间标定中子仪新方法。     

基于土壤含水率垂向变化规律的水分传感器布设

对苜蓿地进行了土壤含水率连续采集试验.通过相关性分析,发现不同深度处的土壤含水率序列具有较高的线性相关性,层间距离越近相关性越高.用R型谱系聚类法,对8个土壤深度处的土壤含水率数据进行了聚类分类,给出了具体的分类方法.通过分析发现,分为3类时,在10、20和50cm处埋设土壤水分传感器.就能较好地监测0～100 cm的土壤水分状况.     

时域反射仪研究进展及在灌溉学科中应用

时域反射仪（ Ｔｉｍ ｅ Ｄｏｍ ａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏ ｍｅｔｒｙ） 或称为 Ｔ Ｄ Ｒ,是一种无辐射危害不损坏土壤结构,间接快速测试土壤或基质容积含水量和表面介电常数的先进仪器。本文就时域反射仪的原理、研究发展和在土壤学科研究中的应用等方面进行论述。     

水分非均匀分布条件下土壤CO_2的排放特征

为了研究水分非均匀分布条件下旱地土壤CO2的排放特征,采用静态箱-气相色谱法测定了SI、SDI12、SDI15及SDI18共4个处理的CO2排放通量。结果表明:总体上CO2排放通量平均值表现为SISDI12SDI15SDI18,但仅SI处理与SDI18之间的差异具有显著性;2次灌水后SDI处理土壤CO2排放较高的WFPS范围分别是25.9%~33.8%和31.5%~33.0%,低于SI处理出现高峰排放的WFPS分别为47%和34.1%;由于温度的影响第2次灌水后CO2排放通量总体上高于第1次灌水后,但第1次灌水后CO2排放通量与温度具有较强的相关性,而第2次灌水后两者之间相关关系不显著,可能存在过高温度下的土壤呼吸抑制。此外降雨发生时空气湿度的增加对微生物的呼吸有刺激作用,各处理降雨后出现了短期的CO2排放通量的小高峰。     

基于时域反射法土壤探头的性能研究

TDR时域反射法(Time Domain Refletrometry)是近些年发展起来的一种测定土壤含水量的新技术,因其快速、简便、高可靠性、高精度等优点受到越来越多的关注.为此,介绍了基于相位检测的TDR时域反射法土壤探头的测试原理以及结构组成,从理论上推导出该土壤探针采用PVC绝缘涂层和增加探针首端与同轴电缆同的阻抗变换能够有效地增大测量值的线性范围,改善土壤水分含量与信号传播时间间的线性关系.从土壤针绝缘涂层的对比实验和阻抗变换影响的对比实验中验证了上述结论.     

同轴电缆电磁波反射技术测试土体

从电磁波传播方程出发,基于时域有限差分法（FDTD）进行离散求解,获得了适合含水量测试同轴电缆电磁波反射系统的FDTD方程。在此基础上用Matlab编制了程序进行模拟计算,并与试验曲线进行比较。经研究发现,该方法对于含水量测试同轴电缆电磁波反射系统反射曲线的模拟,当测试对象为单一介质时符合良好,当测试对象为分层介质时有一定差距,但能较准确地模拟出曲线拐点从而可用于计算介质的介电常数,为模拟同轴电缆电磁波反射系统的反射曲线的反分析提供依据。     

基于双线性理论的土壤介电测量研究

针对目前土壤介电计算模型适应性差等问题,基于双线性理论构建了双线性介电计算模型。为探究双线性介电计算模型对土壤介电测量的适应性,选用7种不同质地土壤分别配置0、5、10、15、20、25、30cm3/cm3体积含水率,在0.001～3GHz频域内进行不同含水率下介电谱测量。分析发现,该模型介电谱可很好地反映土壤不同含水率下混合介质的介电特性;土壤含水率介电法测量理想频率点为1.50288GHz。在理想频率点上,基于复介电常数实部和视在介电常数构建了2个土壤含水率频域测量经验公式,通过试验数据分析,土壤含水率复介电实部测量式的计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.9126,RMSE为0.0294cm3/cm3、RPD为3.343;土壤含水率视在介电测量式计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.8907,均优于其他3种经典公式（Topp公式、Roth公式、Malicki公式）。双线性介电计算模型对土壤介电常数计算有良好的适应性,基于该模型建立的土壤含水率频域测量式对土壤含水率有较高的测量精度。     

冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的土壤水分传感器TDR-3,通过室内温度实验箱控制环境温度范围为-20～20 ℃,对冻融过程中黏性土样体积含水量进行了测试分析．结果表明:采用FDR测量黏性土样体积含水量,在土样未进行冻融前,温度在0 ℃以上时,FDR的测量值随温度呈线性变化,随着温度的升高而增大,随着温度的降低而减小;黏性土样冻融过程中,在冻结过程中,FDR的测量值随着温度的降低逐渐减小;在融化过程中,随着温度的升高,FDR的测量值逐渐增大;相同温度条件下,黏性土冻结过程中FDR的测量值明显大于黏性土融化过程中FDR的测量值,0℃时两者差值最大,该差值受土壤初始体积含水量和冻融温度的影响．研究成果对于提高FDR测量冻融过程中土壤体积含水量的可靠性具有重要意义．     

一种土壤水分传感器性能测试的方法及应用

针对目前土壤水分传感器室内标定时很难得到含水率均匀的土样,设计了一种试验装置和测试方法。通过一系列室内试验,对3种土壤水分传感器进行了测试和标定。结果证明,这种方法对于短探针土壤水分传感器的标定切实可用,同一种传感器在不同质地土壤中标定曲线不同,给出了3种传感器在砂土、壤土、粘土中的标定曲线,并分别从线性度、敏感度、稳定性等方面对3种土壤水分传感器进行了分析比较。     

热带桉树树干液流的时滞效应分析

【目的】探明热带桉树树干液流与环境因子间的时滞效应及其影响因素。【方法】运用Granier热扩散探针技术对海南省西北部儋州林场生长季(5—10月)桉树树干液流速率进行了实时监测,并同步监测了光合有效辐射(PAR)、大气温度(Ta)、相对湿度(Rh)和0～60cm土壤含水率(SWC),运用错位相关法分析了液流速率与PAR和饱和水气压亏损(VPD)之间的时滞长度。【结果】典型晴天下桉树液流速率日变化特征呈\"双峰型\"曲线,存在光合午休,液流速率抵达峰值时间较PAR和VPD提前约60 min;液流速率与环境因子(PAR、VPD)间均呈极显著正相关(P<0.001)。整个生长季桉树液流速率与环境因子间存在明显时滞,分别提前于PAR和VPD约30 min和50 min。SWC对桉树液流速率与环境因子间的时滞效应影响达显著性水平(P<0.05),当SWC较高(15.42%)时,液流速率对PAR和VPD的时滞分别为-60 min和-30 min,而SWC较低(10.45%)时分别为0和-60 min;桉树径级对液流速率时滞效应的影响未达到显著性水平(P>0.05)。【结论】热带桉树树...     

基于时域传输原理的土壤水分测试仪研究

为利用时域测量技术实时、快速、准确地测量土壤水分,设计了一种低成本的基于时域传输(TDT)原理的土壤水分测试仪。仪器的探头采用末端封闭的回路结构,信号在探头上单程传输,通过测量电磁波在土壤介质中的传输时间测量出土壤的介电常数,再通过土壤标定方程得到土壤水分。时域传输仪由高频脉冲信号源、同轴传输线、U型回路结构探头、以TDC-GP2时间间隔测量芯片为核心的传输时间测量电路和以LPC2132 ARM微控制器为核心的控制电路组成。通过标准溶液测试和土壤测试试验,验证了双U型探头的测量结果好于单U型探头,仪器使用双U型探头测量传输时间的均方根误差为43.9 ps,测量介电常数的均方根误差为0.791,使用TOPP方程测量砂土土壤含水率的均方根误差为0.029 cm~3/cm~3,测量壤土土壤含水率的均方根误差为0.039 cm~3/cm~3。结果表明设计的时域传输土壤水分测试仪可以准确地测量土壤介电常数和土壤体积含水率。     

TM6对遥感主成分分析监测土壤含水率的影响

研究TM6波段对遥感监测土壤含水率的影响。以2003年10月到2005年3月宝鸡峡灌区二支渠土壤含水率实测数据及同步TM数据为基础,将TM数据以TM1-TM5、TM7和TM1-TM7分为两种组合,分别进行主成分分量提取,建立两种土壤含水率监测模型。以2005年6月28日遥感数据为基础,将采用两种模型所得的土壤含水率计算值与实测值进行相关分析及精度分析。结果表明,用TM1-TM5、TM7数据组合所得结果,其精度为57.75%~85.40%。当加入热红外波段TM6后,即TM1-TM7数据组合,最低精度可提高至67.79%~86.35%,明显高于前者,而且,在监测土壤含水率较低或较高的地区时更为敏感。因此,加入TM6波段的遥感主成分分析方法,可望在较高精度水平上监测土壤含水率有广阔的应用前景。     

离心泵叶轮不同磨损程度下的振动信号分析

为了研究离心泵不同程度磨损后叶片进口边的振动特性,在虚拟仪器平台搭建试验泵系统,选用IS-50-160-00单级单吸离心泵分析不同磨损程度下振动信号的时域和频域特征.以6个叶片离心泵为研究对象,分别破坏对称2,4,6个进口叶片进行试验,采集泵在不同磨损程度下径向、纵向、轴向和基座方向的振动信号,并进行时域和频谱分析.在时域上采用峭度分析方法,发现磨损后每个叶轮的峭度变化是一致的,通过检测基座方向和轴向的振动信号峭度,可诊断离心泵的磨损程度.利用峰值因子分析得出磨损后叶轮产生更高的尖峰,尤其是轴向峰值因子较大.在频域分析中采用最大熵谱估计方法,得出磨损后离心泵在高频信号中出现振动能量的变化,将高频段(2 500~5 000 Hz)的振动变化作为诊断磨损程度的特征频段,同时发现振动信号功率谱在基座方向和轴向的能量变化较大.     

冻融期不同时间灌水对土壤水热影响的试验研究

为了揭示冻融期不同时间灌水对土壤水分运移和温度分布的影响,设置了未灌水裸地L0和冻融期7个不同时间灌水地块(即L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7,灌水1次,灌水量225 m3/hm2),跟踪监测冻融期不同地块土壤剖面温度和土壤含水率.结果表明:灌水对0～20 cm的土壤含水率和温度影响显著,不稳定冻结阶段初灌水对...