基于驻波率原理的土壤含水率测量方法

提出了一种基于驻波率原理的土壤含水率测量方法，介绍了其工作原理和使用范围（主要分析土质对其测量结果的影响），并将其与目前广泛使用的TDR及FD两种测量方法进行性能对比，从而得出SWR土壤含水率测量方法是一种高性能的测量方法。     

基于驻波率原理的森林枯落物和土壤含水率测量方法

枯落物含水率测定在森林水文学、碳循环、林火蔓延以及火险等级评估等研究中具有重要作用。本文提出了一种基于驻波率(SWR)原理的森林枯落物含水率测量方法,所设计的SWR水分传感器具有复用双环式探头结构,可分时测量枯落物或土壤的含水率和电导率。实验结果表明,传感器输出电压与半分解、全分解枯落物和土壤含水率呈现良好的线性关系。与商品化TDR水分传感器相比,SWR传感器测量枯落物和土壤含水率的平均绝对误差较小,且在厚度小于10 cm的枯落物含水率测量以及测量成本方面具有明显优势。在对枯落物含水率进行长期原位测定时,SWR传感器可通过测量电导率判断半分解的枯落物是否随时间推移而完全分解,以便及时调整传感器水分测量的标定曲线,最大程度降低因枯落物成分改变对传感器测量精度造成的影响,为准确测量森林地表枯落物含水率奠定基础。     

基于驻波原理的无接触土壤含水率测量方法的研究

我国是一个缺水的农业大国,实现精细灌溉是节约水资源的有效途径,而精确地测量土壤体积含水率是实现精细灌溉的重要保障之一.为此,提出了一种基于驻波率原理的土壤含水率测量的新方法-无接触式测量方法,介绍了其工作原理,研究出了无接触式土壤水分传感器的结构.用烘干法进行对比试验,从而得出SWR无接触式土壤含水率测量方法是一种高性能的测量方法.     

CHJ新型肘式破冰机设计与原理分析

当今实用中的破冰、除雪机械设备种类较多,但大多为破除路面冰雪所设计。为此设计了一种针对鱼池或小型湖泊破冰用的肘式破冰机,该机采用了双侧对称双曲柄机构,利用冲击、滚压原理实施破冰。模拟实验表明,CHJ新型肘式破冰机体型较小、结构简单、破冰效率高、经济性好,尤其适合大、中型鱼池及小面积水域使用。     

搅拌式农药喷洒机的设计与工作原理

近年来,受自然环境的变化和农业生产模式的改变,一些外来物种的侵蚀日渐突出。农业病虫害发生面积也呈现出增长的趋势,病虫害制约了农业粮食生产和林果质量的发展。伴随着土地流转和农业生产经营的步伐加快,农业生产经营也向着连片种植和大面积发展,大型机械装备随之升级优化。但还有一些规模较小、面积少的农业生产仍然依靠小型喷雾器人力完成植保作业,且雇佣人工作业的成本也逐年升高,这就导致了农业生产对机械化植保设备的需求量也急剧增加。因此,在甘肃省科技计划项目的资助下,笔者结合当地实际,设计了一款适用于普通老百姓小面积作业使用的搅拌式农药喷洒机,可在一定程度上促进农民增收。     

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。     

基于面积比原理的水泵设计方法

基于面积比原理,从理论上证明了要获得较高的水泵扬程,面积比系数Y应小于、等于1。提出了在面积比系数不变的条件下,泵体不变只改变叶轮的水泵设计方法。在井用潜水泵上做了试验研究,试验结果证明了该方法为增加泵的规格并扩大使用范围寻找了新的途径。     

基于土壤张力的土壤湿度传感器的设计与标定

为实时准确监测土壤的水吸力,基于土壤张力计电阻应变原理,研制开发一款结构简单、价格低廉的土壤张力传感器。传感器标定与误差分析结果表明,该传感器的精度与灵敏度较高,能够满足设计要求。     

产渗流土壤入渗性能测量仪的设计及应用

设计了一种在降雨、径流和侵蚀影响作用下测量土壤入渗性能的入渗仪,该装置由针头式降雨部分、下垫面产流集流部分和观测部分组成。与传统双环入渗仪比较表明：产渗流入渗仪可以测量降雨初期数值较高的土壤入渗性能,从降雨开始完整地测量土壤入渗性能变化全过程。降雨初期测量土壤入渗率大于双环法测量结果,随着雨强的增大,土壤入渗性能降低速度也随之加快。     

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。     

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RC峰值检测的土壤水分传感器设计与性能试验

针对现有电容式土壤水分传感器精度低、功耗高、价格高、标定过程复杂等问题,基于RC稳态响应峰值检测原理,设计了一款土壤水分传感器,并对传感器敏感区域、电学特性、标定模型、温度和电导率特性进行了测试。实验结果表明,传感器测量体积含水率平均灵敏度为12.187 mV,敏感区域为3.8 cm×2.5 cm×7.2 cm;输出信号不受供电电压影响,消耗电流仅为3~4 mA;通过在不同介电常数溶液中标定,结合TOPP经验公式,建立的指数标定模型的决定系数R^2均大于0.96;传感器温漂引起的测量误差约为0.5%,在0~2000μS/cm范围内电导率引起的最大测量误差小于4.2%,传感器最大实测误差为2.17%。     

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。     

高低频双频激励土壤含水率传感器设计与试验

针对现有电容式土壤含水率传感器对电导率敏感等问题,从电阻电容串联阶跃响应原理出发,采用峰值检测技术,设计高低频（100、50 MHz）激励下的数字型土壤含水率传感器,并提供一种融合高低频响应信号分析土壤等效相对介电常数的反函数模型。试验结果表明,传感器的高低频响应稳定时间在338～464 ms,建议传感器高低频切换间隔大于500 ms。在非导电液体介质中标定结果表明,高低工作频率下各自输出信号与液体相对介电常数符合指数模型,决定系数R²大于0.98。在0～1 000μS/cm范围内的溶液试剂中,基于反函数模型的高低频数据融合处理,电导率引起的测量相对介电常数的最大误差为1.775,对应最大引用误差2.16%。土壤实测表明,单频率传感器输出信号易受土壤电导率的影响,其引起的信号误差可大于100 mV,对应的体积含水率误差大于10%;而双频输出信号经反函数模型的数据融合处理后,结合Topp模型,电导率对传感器的影响最大误差为3.2%。     

基于阻抗的土壤墒情检测传感器模型

介绍了一种基于阻抗模型设计的土壤墒情传感器,根据土壤的含水率会影响到其介电系数的基本原理,设计了传感器的模型。在理论推导的基础上,又通过仿真试验来验证其准确性,最终得到一种效果明显、数据准确、价格低廉的传感器。通过仿真试验检测,其误差可以控制在±1.4%以内。     

基于VIS-NIR的播种沟内土壤水分测量传感器研究

基于土壤水分的播深调整技术,需要对播种沟土壤水分进行测量,以便根据落种点处的土壤水分信息进行播种调节,改变播种策略.本文设计了一种可见光-近红外(Visible and near-infrared,VIS-NIR)式土壤水分传感器.使用高分辨率光谱仪采集不同水分梯度的土壤光谱数据,采用偏最小二乘回归法(Partial ...     

多层土壤剖面复合传感器设计与性能分析

针对土壤剖面温度与水分检测存在传感器安装困难、对本地土壤扰动比较大等问题,设计了一种基于驻波比土壤水分测量原理与基于铂电阻测温原理的多层土壤剖面复合传感器。借助矢量网络分析仪与HFSS电磁场仿真软件对传感器电极的阻抗特性与电场分布状况进行了分析,确定了铜质检测探头结构为:直径5 cm、宽度2.5 cm、厚度0.09 cm,测试电路激励频率为100 MHz。以3种不同质地土壤作为测试样本,对土壤水分与温度检测单元的输出与对应的测量值分别进行了多项式拟合与线性拟合,相关性均达到0.99以上,系统稳态及动态性能均满足土壤剖面温度与水分的检测要求。通过试验分析了土壤温度与体积含水率对传感器输出的影响,利用统计回归方法建立了传感器在不同温度时的修正模型。在北京市小汤山野外环境下,将传感器工作于埋入土壤的PVC管体中,同时获取3层土壤温度与水分剖面信息,数据可靠,性能稳定,为实时获取多层土壤墒情及土壤温度提供了一种高效方法。     

SWR土壤湿度传感器温漂特性与补偿研究

针对基于驻波率(SWR)原理的土壤湿度传感器在长期工作中受温度影响的问题,提出基于二元回归分析法的温度补偿模型,利用最小二乘原理确定补偿模型的待定参数,对传感器进行温度补偿。从硬件电路和测量原理对SWR土壤湿度传感器的温漂特性进行研究。使用高低温交变湿热实验箱,在设定温度5～45℃范围内进行实验,测试结果表明,在温度补偿前该传感器测量土壤体积含水率的最大绝对误差范围为-2. 65%～2. 22%,其最大相对误差为29. 76%,最大均方误差为2. 211 9%。将SWR土壤湿度传感器输出值与PT100型温度传感器输出值进行数据融合,基于最小二乘优化计算的二元回归分析法得到温度补偿模型,其拟合的决定系数为0. 998。取不同温度下的实验数据进行补偿模型的验证,结果表明,SWR土壤湿度传感器进行温度补偿后,其测量结果的最大绝对误差范围为-0. 26%～0. 69%,最大相对误差不超过5. 23%,均方误差较补偿之前减小一个数量级,且最大均方误差为0. 157%。表明采用该温度补偿模型可以有效减小温度对SWR土壤湿度传感器的影响,提高其测量结果的精度和可靠性。