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。     

测量土壤水分特征曲线的复合传感器设

为了直接获取土壤水特征曲线,在一种商品化微型张力计的基础上,设计了一种同步测量土壤水吸力与容积含水率的复合传感器.将张力计中的一段金属保护套管作为天线,利用其辐射阻抗随着土壤含水率变化的规律来测量土壤容积含水率.在实验室环境下,利用3种不同质地土样(砂土、砂壤土、粘壤土)对复合传感器进行了试验,并与经典土壤水特征曲线测量方法(压力锅法结合砂箱法)获得的数据进行了比较.结果表明,复合传感器在3种土壤样品上获得的水分特征曲线的均方根误差均小于0.05,与标准方法所获得的结果具有较好的一致性.     

FDR土壤湿度传感器的温度补偿模型研究

为提高FDR土壤湿度传感器在不同温度环境下测量土壤含水率的精度,设计了一套以STM3 2 F1 0 3 RBT6为核心控制单元的温湿度测量系统。利用该系统对不同温度和含水率的土壤样本进行温湿度信息采集,并运用多传感器数据融合技术及二元回归分析法对采集到的信息进行处理;根据最小二乘法原理,建立了FDR土壤湿度传感器的温度补偿模型。将该补偿模型运用到测量系统中进行验证,结果表明:在测量土壤含水率时,采用该补偿模型后的测量系统能有效降低对土壤温度的敏感性,实现土壤含水率的准确测量。     

土壤固有频率与孔隙度、含水率的关系研究

为确定土壤含水率、土壤孔隙度与土壤固有频率的关系,采用自制的土壤压实机械进行土壤试样制作,运用试验模态分析法,进行不同含水率和孔隙度下土壤固有频率的测定。获得了不同孔隙度下土壤固有频率和土壤含水率的关系曲线以及不同含水率下土壤固有频率和土壤孔隙度的关系曲线。分析结果表明:土壤试样含水率为3%~15%时,当土壤孔隙度一定,土壤试样固有频率除含水率为3%时呈线性增长,其余含水率均为先增大至含水率为9%左右后开始降低;土壤试样孔隙度为40%~48%时,当土壤含水率一定,土壤的固有频率随着土壤孔隙度的升高而增大。试验结果可为研究不同农机具作业后土壤—车辆振动系统的传递提供依据。     

果蔬热风干燥含水率在线测量装置设计与试验

为了实现果蔬热风干燥的智能化控制,综合运用数学模型法与介电常数法,以IAP15W4K58S4型单片机为主控芯片,利用现有的高精度电容传感器AD7746,设计了基于MCU的果蔬热风干燥含水率在线测量装置。以鸡腿菇为研究对象,通过热风干燥试验,建立了可准确预测其热风干燥过程中含水率的数学模型和相对介电常数-含水率计算模型,并用程序语言将模型进行编码及编译并写入系统,实现了双模式测量。验证结果表明:该装置能准确测量鸡腿菇热风干燥过程中的含水率,测量结果相对误差小于3%。     

基于准静态同轴探头模型的土壤复介电测量方法

末端开路同轴探头法测量土壤复介电值用于表征土壤含水率具有准确、快捷的优点。针对目前土壤介电同轴探头集总测量模型没有充分考虑探头的参数以及土壤体积对测量结果影响等问题,基于电磁场理论,对末端开路同轴探头建立了准静态数学模型,适用于土壤的复介电常数准确测量。通过全波软件仿真和模型计算结果对比,以无水乙醇介电实测值和理论值对比,验证模型的准确性。采用本文介电测量模型对不同含水率的黄绵土进行测量计算,复介电常数实部与实测土壤含水率二阶多项式拟合决定系数大于0.965,表明本文所提土壤介电测量方法适用于土壤复介电常数和含水率的测量。     

蓄水坑灌条件下果树水分测定探头布设优化研究

为了在准确把握土壤墒情信息的前提下,简化土壤剖面水分的测量,减少传感器的埋设数量,对蓄水坑灌果园水分测点优化布设进行研究。结果表明:不过坑且距离果树30cm处监测点(b30)的体积含水率和整个试验区10个监测点体积含水率的加权平均值有着显著的相关性,并且两者之间的关系可用线性公式表示,进一步利用相同处理的不同果树的相关数据进行验证,结果表明所建立的线性公式具有较高的预测精度。因此,可以利用b30测点的体积含水率来估算蓄水坑灌条件下整个果树周边土壤的含水率情况。     

测量系统误差对声场重构精度影响与修正方法

分析了由声全息测量系统的幅值和相位误差而导致的全息复声压测量误差,推导出因这两类误差而导致的声场重构误差近似公式,提出了基于测量系统通道间传递函数的声场重构误差修正方法,给出了简洁的全息重构误差修正公式.用修正后的全息复声压重构出的声场与真实声场及重构误差之间具有简单的实比例关系和相同的分布,仿真算例验证了修正方法的有效性.     

基于Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置研究

针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题,设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置,实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制,以STM32单片机为核心控制器,利用FDR传感器获取土壤含水率,通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理,设计了装置测量控制系统硬件电路及软件,开展了传感器标定试验,确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本,融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数,运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型,模型决定系数R²分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验,对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量,结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果,油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装...     

螺旋滚筒在粘土上推进力的研究

对粘性土壤进行了粘弹塑性分析和加载试验,建立了粘土的力学模型.编制出了螺旋滚筒在粘土上推进力的计算程序,在试验室条件下对螺旋滚筒产生的推进力进行了实测,计算值与实测值对照,两者比较一致.     

基于数学形态学的植物叶柄与叶片分割

叶柄与叶片的分割是进行植物叶特征提取关键的一步.为此,介绍了基于数学形态学的植物叶柄与叶片的分割方法,通过二值化处理、数学形态学处理,能够有效地分离叶柄和叶片.其中,二值化处理采用动态阈值,使得该方法能够适用于不同颜色的植物叶;数学形态学处理采用动态十字形模板,使得该方法能够适用于不同尺寸的植物叶.     

装载机FOPS板壳受冲击的动态响应

分析并建立了FOPS板壳弹性变形、塑性变形和流动变形的极限速度数学模型；研究了薄板的撞击动态响应，建立了撞击中心的最大位移量的数学模型。通过试验实测了ZL50G型装载机FOPS的抗击穿性能，计算了落锤冲击时的激励力和横梁的激励力。     

基于椭球变形的植物果实造型

提出了一种适用于植物果实的造型方法。利用椭球曲面参数方程,根据植物果实的特征,对椭球面进行变形,以达到与实物相近的真实效果。重点分析了植物果实与椭球的关系,研究了对椭球面方程进行变形的数学模型。该方法简单直观,生成的图形真实感强,适用于虚拟植物果实的研究。     

水产饲料含水率预测模型研究

目前饲料烘干技术上最大的难点在于缺乏有效的干燥数学模型来准确预测饲料的含水率,为此,文章基于指数函数建立三种水产饲料的含水率预测数学模型,并进行试验验证.首先在循环风机频率为30 Hz,料层厚度为30 mm的条件下,对三种水产饲料进行单一温度(90℃、105℃、120℃、135℃)烘干试验,其次基于单一温度试验数据,采...     

南水北调跨安阳河倒虹吸工程对河道的影响

南水北调中线工程总干渠沿程需修建多座跨河建筑物,这些建筑物穿越河道时,会造成河道河势变化,可能带来不利的影响。通过物理模型、数学模型等技术手段,分析研究工程对河势的影响是十分必要的,针对南水北调中线跨安阳河倒虹吸工程,研究了工程实施后对安阳河河势、冲淤变化等方面带来的影响,提出倒虹吸工程的优化设计方案。     

梳脱收获中作物运动模型的建立

通过对割前脱联合收割机梳脱滚筒的梳脱过程的分析,描述了梳脱收获中割台对作物的作用机理和作物运动状态的变化,导出了作物运动状态的数学模型。并基于梳脱过程的分析,引出了分析几种割台损失的基本思想。为割前脱联合收割机动态模拟研究提供了部分理论依据。     

基于损失模型的电磁制动器稳健优化设计

介绍了基于损失模型的稳健设计的两个基本工具:信噪比和正交试验设计,讨论了设计的基本思想和步骤。建立合理的数学模型,对电磁制动器结构参数进行了稳健优化设计。并将结果与传统优化结果进行了比较、分析和讨论,结果表明,稳健设计后的电磁制动器的性能得到了较大的改善和提高。     

动边界同心环状缝隙流研究

为完善同心环状缝隙流理论,采用理论分析与模型试验相结合的方法,分析了圆柱体从静止到起动再到运行过程中同心环状缝隙流速的分布特点。得出圆柱体的速度、缝隙宽度以及流量对环状缝隙流的分布和大小的影响。环状缝隙流速随缝隙宽度的增大呈现先增大后减小的趋势,缝隙宽度约在2 cm附近时,缝隙流速最大;流量越大,环状缝隙流速就越大;圆柱体的速度越大,缝隙流速也越大;环状缝隙流速在与管内水流速度和圆柱体速度相交之前最大,相交之后最小。同时建立了动边界条件下的同心环状缝隙流数学模型,计算结果与试验基本一致,最大相对误差不超过8.5%,说明该数学模型可行。     

描述真实齿面数学模型的研究

基于经典的齿轮啮合理论,针对真实齿面啮合分析的特点,在提出了采有参数化Ｂｅｚｉｅｒ自由型曲线曲面理论及研究并建立了面向几何而又有严格数学支持的数学模型的基础上,进一步提出了一种更加有效、方便实用的真实齿面数学模型。通过应用和算例的计算检验,结果表明所建数学模型的几何关系更加直观、明确,计算稳定、可靠、适应性更强。各项性能指标较Ｂｅｚｉｅｒ方法更优。