边缘电场土壤水分传感技术研究

研究了一种新的用于土壤水分测量的边缘电场平面传感器,设计了平面电容土壤水分传感器的调制检测电路和数据处理系统,通过参数优化可以得到一种能够实现在线测试的土壤水分传感器及检测仪器.试验表明,随着土壤含水量的变化,其传感器的响应有较大的变化,且在低于25%的含水量范围,土壤含水量与被电压之间近似呈线性关系.     

基于传输线理论的土壤水分传感器的性能试验

介绍了一种根据土壤介电常数和传输线理论来测量土壤含水量的新型土壤水分传感器。传感器采用四针不等长结构，从探针结构、土壤种类、土壤容重和盐分等几个方面对该传感器的工作特性进行试验研究，结果表明该传感器输出稳定、线性度好，适应大多数土壤类型的测量。     

TDR测定不同湿度土壤含水量的精度比较研究

[目的]探讨TDR测定土壤含水量的原理,找出TDR测量土壤含水量的适合范围.[方法]用波兰TDR/MUX/mpts水分测定仪,对不同湿度土样的体积含水量进行测定,同时用烘干法和环刀法分别测量其质量含水量和容重,然后转化成体积含水量与TDR的测量值进行比较.[结果]对于质量含水量为0～5％之间的干燥土壤和质量含水量为22％以上的湿润土壤,TDR的测量精度较低.与烘干法相比,绝对误差均大于2％,相对误差大于10％.对于质量含水量为5％ ～22％之间的土壤,TDR的测量精度较高.[结论]在湿润或半湿润地区,TDR法测量土壤体积含水量有较高的精度.     

棉花膜下滴灌土壤水势的动态监测

试验采用TS型压阻式土壤水势传感器测量0 ～20 cm和20～40 cm不同深度范围的土壤水势值,通过四通道土壤水势变送器把数据信号传输到上位机,在上位机接收到信号之后,通过系统动态监测软件分析出土壤水势的变化.根据北疆灌溉的实际情况,压阻式土壤水势传感器布置在0～20 cm和20～40 cm两个土层.此外,同时标定出棉田土壤0～20 cm和2 0～ 40 cm的土壤水分特征曲线,通过土壤水分特征曲线方程把动态监测到的不同深度土壤水势值转化为土壤相对含水量,来指导实践生产中的灌溉.     

基于3G和WSN的森林土壤湿度采集系统研究

本文提出了基于无线传感器网络和TD-SCDMA传输的森林土壤湿度检测方案,分析了采集系统的工作原理和整体方案,设计了采集系统各个部分的硬件组成.同时分析了土壤湿度不同采集方法的优缺点,列出了土壤含水量的数学表达式.最后介绍了土壤传感器网络节点的分布规则和计算方法.     

高盐土壤环境对土壤水分传感器的影响及校正研究

为对市场上主流水分传感器在高盐土壤中的含水量测量值进行定量化对比及校正，选取8种主流传感器(EC-5、5TE、Teros12、Hydra-probeⅡ、TDR315L、TDR315H、TDR305H、CS655),在江苏如东滨海重度盐土(全盐量为6.8 g·kg^-1)中进行含水量测量值对比及校正研究。在土柱中配制0.20～0.45 cm³·cm^-3 6个标准土壤含水量级土样，进行测量记录。对比结果发现：各传感器含水量测量值均呈现不同程度偏高。除EC-5外，其他传感器均出现局部高含水量区间失真现象，失真类型又分突变型和不敏感型两种。CS655全量程突变失真，Hydra-probeⅡ、5TE、TDR315L和TDR315H在0.35～0.40 cm³·cm^-3出现突变失真，TDR305H和Teros12超过0.40 cm³·cm^-3后呈现不敏感失真。在各传感器含水量测量值小于失真阈值范围内，TDR315H和TDR305H含水量测量值偏高程...     

车载行进式农田土壤压实度实时测量系统

基于应变片测力原理研制了一种新型嵌入式土壤压实度传感器和车载行进式农田土壤压实度实时测量系统。该系统将微型压力传感器嵌入到锥体前部,直接测量行进过程中锥头受到的土壤阻力,简化了测量结构,提高了系统的复合度。以超低功耗MSP430单片机作为内核的数据采集器实现了多路模拟信号的测量,2个串口分别用于与上位机的通讯和GPS信号的接收,采用PDA作为数据处理、存储以及显示终端。传感器实验室标定结果表明,嵌入式土壤压实度传感器输出电压与标准载荷具有良好的线性关系。田间试验结果表明,车载行进式农田土壤压实度实时测量系统工作稳定,土壤压实度测量结果与GPS信息融合效果良好,系统能够快速获取农田土壤压实度及其空间变异信息。     

甘肃旱地黄土含水量与土壤电阻关系研究

基于土壤湿度电阻法测量基本原理,设计了一种通过直接测量土壤电阻获得土壤含水量的测量装置,对甘肃旱地黄土土壤含水量与土壤电阻关系进行试验研究,揭示了黄土土壤含水量与土壤电阻关系的基本变化规律,通过对实测值进行拟合得到黄土土壤含水量与土壤电阻关系的数学模型。结果表明:在土壤质量含水量w≥8.5%时,土壤电阻值与土壤含水量的关系稳定且重复精度高;当w<8.5%时,随着土壤含水量的减小,土壤电阻值急剧增加。     

苹果园中土壤水分空间分布特性初探

无线传感器(WSN)能通过互联网感知客体环境信息,已经广泛应用于农业生产环境监测.将WSN应用在苹果园中,监测果园环境信息,为苹果生产提供决策支持.土壤水分是影响苹果品质和产量的重要因素之一.研究果园中土壤体积含水量的分布规律能为WSN在果园应用中土壤水分传感器部署策略提供支持.在北京一个普通的苹果园进行实地试验,采用土壤水分测量仪测量3个典型子区域不同土壤深度及不同水平位置多个点的土壤体积含水量,结果表明:总体上在果树周围土壤体积含水量随着树根距离的增加而增加;计算了3个典型子区域及整个果园3个土壤深度的均方差,91.7％的均方差均为2％～3％,在各个子区域及整个果园,土壤水分具有相似的分散程度;计算了每个子区域每个测量点的土壤水分均方差.1％～2％之间的均方根误差所占比例最大,为48.2％.当土壤深度小于300 mm时,水平层面的均方差大于垂直方向.根据试验结果,提出了一种“以单棵树为目标,着眼于整个果园”的土壤水分传感器部署方法.     

“微带线”法测定土壤含水量仪器的研制

本文研究了利用微波微带传输线的原理测定土壤含水量,并对其原理、方法和传感器的结构进行了试验,得出了较好的结果。不同含水量的土壤,其介电常数具有明显的差异。当湿土放置在微带线上时,部分微波能量被耦合进入湿土,引起能量损耗,这种插入损耗与土壤含水量之间有着良好的依存关系。由于其实质是测定湿土的介电常数,在测量过程中土壤温度、化学成分的影响可以忽略,而且被测土壤样品量不受限制,同时又具有足够的灵敏度,测量方法简单,所以微带法具有一定的精度及简单快速和使用方便的优点,较好的解决了利用微波透射法测量含水量仪器存在的主要问题,仪器还适用于测定其它各种均匀物质含水量,而且可满足较高的精度要求。     

两种园林用FDR土壤水分传感器的精度校正

利用质地差异较大的园土及草炭∶陶粒∶园土=3∶1∶1（体积比）的混合基质对2种土壤水分频域反射仪（FDR）进行了室内标定.结果显示,在目前园林应用的测量精度内,土壤质地对两种FDR土壤水分传感器的测量影响不显著,但FDR测量值较烘干法明显偏高,校正斜率介于0.68～0.70之间.相关分析表明FDR测量值与真实值之间有极显著的相关性,相关系数大于0.97.利用获得的线性函数进行校正,校正后的土壤水分值与采用传统的烘干称重法测得的值相符.基于以上结果,FDR土壤水分传感器能准确、快速测定土壤含水量,在城市园林节水灌溉管理中发挥重要作用.     

基于AVR单片机的土壤水分检测系统设计

提出了将近红外传感与AVR单片机控制技术相结合来测量土壤含水量的设计方法。该方法具有非接触式、功耗小、便携、速度快等特点。     

基于RBF神经网络的土壤含水量传感器标定方法(英文)

土壤含水量时空变异对作物生长、农田气候变化等领域的研究具有重大意义。为了克服TDR-3土壤水分传感器输出电压的非线性缺点,提高土壤含水量数据采集以及计算效率,该研究将TDR-3土壤水分传感器与无线传感器网络结合,提出了土壤水分含量的RBF神经网络标定方法。以20个带标号的水杯作为承载砖红壤土和水的载体,对其中的样本进行数据采集,经多次测量取平均值。为验证标定算法的准确性,同时列举出以土净重、加水质量、水分含量TDR-3测量值为属性,以测试水土比值为目标训练样本,以RBF神经网络为标定算法的拟合结果。为了更直观地展示试验结果,以散点图方式分别展示水分含量TDR-3测量值与实际水土比的TDR-3土壤水分含量曲线;水分含量TDR-3测量值与RBF神经网络拟合水土比的RBF神经网络拟合土壤水分含量曲线;以及实际水土比与RBF神经网络拟合水土比的散点图。为验证RBFNN拟合水土比值的相关性,引入皮尔逊相关系数。5次试验,得到5组皮尔逊相关系数,分别为0.9745,0.9832,0.9798,0.9804及0.9789,都接近于1,说明真实测试数据与拟合数据相关性很强,且为正相关关系。可见,该法能取得较好的标定效果,并且简单、实用、可行,为土壤含水量的实时监测提供了一种有效的方法。     

Modelling Compaction from On-line Measurement of Soil Properties and Sensor Draught

The finite element method was used to analyse the cutting process of a sandy loam soil with medium-deep subsoiler, used as a compaction sensor, aiming to calculate the subsoiler draught for various combinations of dry bulk density, moisture content and tillage depth. The finite element results showed that draught increased with depth and dry bulk density, whereas it decreased with moisture content. A multiple linear regression analysis was performed to establish a formula for relating subsoiler draught (dependent variable) with the three independent variables. The regression equation developed was simple and had a high determination coefficient close to 0.95. An equation for prediction of dry bulk density as a function of moisture content, depth and draught was derived from the regression equation developed. This equation was used to calculate dry bulk density, for measured depth, moisture content and draught at nine different points along a single line in a meadow field of a silty clay loam soil. The predicted dry bulk density indicated that there was a considerable variation in the degree of compaction throughout the measured line. However, the on-line depth control and measurement of moisture content still need to be integrated with the on-line measurement of draught, to govern the model suitability for performing on-line detection of the spatial distribution of soil compaction, assessed as dry bulk density.     

基于RBF神经网络的土壤含水量传感器标定方法

土壤含水量时空变异对作物生长、农田气候变化等领域的研究具有重大意义。为了克服TDR-3土壤水分传感器输出电压的非线性缺点,提高土壤含水量数据采集以及计算效率,将TDR-3土壤水分传感器与无线传感器网络结合,提出了土壤水分含量的RBF神经网络标定方法。结果表明,该法能取得较好的标定效果,且操作简单、实用、可行,为土壤含水量的实时监测提供了一种有效的方法。     

土壤含水率对近红外传感器标定模型的响应研究

为提高近红外传感器测量的准确度,进一步理解不同标定模型对土壤含水率测量精度的影响。利用土壤表面的近红外反射光强来预测土壤含水率,通过归一化处理将反射光强转化为相对吸收深度和相对反射率,采用2种标定方法,分别建立土壤含水率与相对吸收深度之间及土壤含水率与相对反射率之间的线性模型与非线性模型。选取我国东北地区的黑土进行标定,并用独立的试验数据对模型进行检验。结果表明,吸收深度法的线性和非线性模型的预测值和实测值符合度较好。反射率法的线性模型和非线性模型对土壤的含水率预测均方根误差(RMSE)分别为2.89%和2.95%,相对吸收深度法非线性模型的RMSE值明显大于其他3种模型,预测准确度最低。说明不同标定方法会影响土壤含水率的预测结果。4种模型的预测精度能够满足测量要求。     

基于STC90C51单片机的土壤水分检测系统设计与开发

根据农田环境的应用需求,为快速、准确地获取农田中土壤体积含水率和水分变化信息,研究一种基于STC90C51单片机的土壤水分检测系统的硬件结构及功能设计。该系统采用基于FDR（Frequency Domain Reflectometry）的传感器作为土壤温湿度的采集端,可实现对土壤水分含量的自动采集、显示、存储和监测。对于土壤水分的监测试验结果表明,该系统性能稳定,工作可靠,为农田监测、节水灌溉等提供了有效、可靠的监测手段。     

土壤水分特征曲线自动检测系统的设计与应用

[目的]为了更好地满足现代农业各种种植环境下作物对水分要求越来越精准,结合土壤含水量与土壤水分势能的概念,设计了土壤水分特征曲线自动检测系统。[方法]利用电子式土壤水分张力传感器实时测定供试盆钵中土壤水分的张力数值,同时采用电子式重量传感器测定土壤重量,利用差减法计算土壤含水量,并绘制土壤水分特征曲线。[结果]通过对江苏地区2种不同质地土壤实地测定得出：质地不同水分特征曲线走势不同,分别为：徐州地区黄河古道砂质土水分特征曲线关系式为 Y=-0.0002X3＋0.0277X2-1.6445X＋38.161,R2=0.9919;大丰金海农场盐碱土水分特征曲线关系式为 Y=-0.002X2-0.426X＋39.905,R2=0.9913。[结论]土壤水分特征曲线自动检测系统可以同时反应土壤含水量和土壤水分势能状况,可反映土壤水分对植物生长的有效性,为科学灌溉提供依据。     

DZN1野外式自动土壤水分观测仪常见故障分析

DZN1野外式自动土壤水分观测仪由土壤水分传感器、采集器、无线模块和电源系统4部分组成,列举不同的土壤水分变化情况来分析判断传感器故障与否,在工作中其常见故障有传感器安装不当、传感器本身损坏、采集器通道故障、无线模块通信不稳、蓄电池电压低、各部分连线故障等,分析常见故障案例,结合其工作原理,不断总结经验,正确判断故障具体位置、故障原因,及时排除故障,保证土壤水分观测仪数据采集、上传的稳定,进一步提高工作质量。