淡水鱼鲜度检测系统的阻抗特性测试

采用四电极结构传感器和LabVIEW软件,设计了淡水鱼阻抗测量系统,研究电流激励频率、电极测量方向、电极结构、测量部位与淡水鱼阻抗的关系,为建立基于阻抗特性的淡水鱼鲜度检测系统提供理论基础。试验结果表明:阻抗随激励频率的增大而减小,相位随激励频率的增大而增大;沿鱼体侧线平行测量的阻抗大于垂直侧线测量的阻抗,符合生物组织的各向异性;同一激励频率下不同测量部位的阻抗大小不同;同一部位不同时间阻抗的大小不同;采用混合电极测量鱼体鳃部的信号稳定,规律性强,适于淡水鱼鲜度检测。     

基于水平尺度扩展的土壤水分介电传感技术

设计了一种水平放置管式结构的介电水分传感器测量系统,通过水平往复移动扫描,测量一定深度下水平剖面的土壤水分。水分传感器的测量原理为频域(FD)外缘场阻抗法,该系统实现了土壤水平剖面含水率的线扫描测量,其最大扫描长度为380 cm。为了检验该测量系统的技术性能与可应用性,结合农田滴灌试验给出了2个点源激励下土壤入渗的应用测试案例。试验结果显示了不同质地土壤的入渗差异并记录了点源激励下土壤入渗过程的时间、空间三维数据。     

基于Android的草莓电特性参数采集系统设计与实现

阻抗谱技术是一种无损伤电特性测量方法,草莓病害检测中尝试引入阻抗谱技术,为确保阻抗谱技术得到准确的实验结果,测量前后要能够准确记录每次实验数据。草莓种植地通常位于户外,实验检测场景因素在网络和供电上受到限制。考虑到实验参数和实验环境的影响,结合终端上移动应用程序便携、易用和功耗低等优势,课题组基于Android平台架构,开发了一款草莓电特性参数采集系统的应用程序,该程序设计了系统登录、健康草莓和患病草莓参数信息输入三个界面,登录界面负责用户识别,健康和患病草莓界面负责采集实验数据并进行文件保存。应用程序开发完成后对所有功能进行测验,实验测量数据都能准确记录保存,实验结果达到了预期目标。     

三维触发式坐标测量机测头误差分析与性能实验

阐述了基于光纤布拉格光栅原理的三维触发式坐标测量机测头传感系统及控制箱设计方法,从机械结构、传感信号解调系统以及测量过程中逼近速度和逼近距离等几个角度分析了测头误差来源.根据测头的设计参数要求进行了测头的灵敏度、复位性和测力等性能实验,结果表明该测头单方向重复定位精度为20 nm,灵敏度为50 nm,测量力小于5 mN.     

光调制解调技术在田间杂草光谱识别中的应用

为了实现快速、无损地从作物中识别杂草,研究了基于光谱分析技术的光谱传感器.以苗期冬油菜为研究对象,根据已提取的4个特征波长(590,710,750,940 nm),设计了一套光谱传感器原型试验系统.该试验系统在传统光谱传感器的基础上,运用光调制解调技术剔除检测结果中环境杂散光的干扰,包括试验设备(光信号调制设备和光电信号采集设备)和试验数据处理LabVIEW程序.用冬油菜菜叶对试验系统4个不同波段进行了验证试验,当外界环境杂散光对应直流分量变化幅度分别为10.00%,6.40%,1.17%,1.34%,22.60%,38.90%,56.00%,59.50%时,反射率表征值一直保持稳定,表明在外界环境杂散光缓慢变化和剧烈变化时,系统可以稳定测量被测样品的反射率.该系统验证了光调制解调技术能有效提高被测样品光谱信号的测量信噪比.     

FDR探头结构对土壤介电谱测量的影响分析

为了研究FDR探头结构中探针间距和探针长度对土壤介电谱测量的影响,通过矢量网络分析仪分别对2种土壤的4个不同体积含水率进行了介电谱测量,通过28 mm长度下10 mm、14 mm探针间距探头和10 mm间距下28 mm、45 mm长度探头所测介电谱对比发现,在31.2 MHz以上频段探针间距对土壤介电谱测量影响很小,而探针长度在不同频段对土壤介电实部或虚部均有不同影响。研究表明,探针间距不是土壤介电谱测量的影响因素,根据测量需要可对其进行一定范围的调整;探针长度影响土壤介电谱弛豫频率值,探针越短其弛豫频率越大,探针长度是影响土壤介电谱测量的关键因素之一。FDR探头的探针应适当缩短以拓展介电谱平滑段的频率范围,这有利于FDR传感器测量精度和环境适应性的提高。     

基于数字示波器的车载式土壤电导率检测系统研究

在电流-电压四端法原理基础上,采用信号发生器替代恒流源作为激励源来提供振幅更大、稳定性更高的正弦信号,以数字示波器替代电压源进行反馈信号检测从而解决电压有效值转换和AD转换频率较慢的问题,改进设计开发了一款基于数字示波器的土壤电导率检测系统。农田现场车载式测量实验分为稳定性检测和定点测量两部分。稳定性实验测试下该检测系统能够稳定读取相关数据。农田定点测量实验结合土壤样本采集和实验室实验,得出每个定点测量点土壤电导率测量值和土壤电导率实验室真值（R2=0.7531）。根据实验中拖拉机牵引犁盘抖动导致电极与待测土壤之间形成的两种测量接触面的情况,分析并消除了实验中拖拉机抖动现象对数据结果的影响后,土壤电导率实测数据与实验数据之间的决定系数R2提高到0.8552~0.9066,表明设备能够在排除测量方式等外界因素影响下,测量精度达到较高水平。实验数据对比结果显示,基于数字示波器的车载式土壤电导率仪能够在农田现场进行稳定测量,并且具有较好的性能和准确度。     

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。     

42V汽车交流发电机设计

总结了汽车42V电源的的优点和发展趋势,分析了42V汽车电源系统运行模式,据此提出了42V汽车电源系统具有广阔的发展前景.设计了电源系统的关键零部件--42V无刷交流发电机,对电励磁转子和电枢绕组进行了参数设计以满足42V系统的需要并提高发电机的效率.     

快速检测禽流感病毒的生物阻抗测试仪

在生物芯片上通过测量微(纳)电极阻抗值以诊断溶液中禽流感病毒,是目前禽流感病毒快速检测的方向之一.以AD5933高精度阻抗转换芯片为核心测量芯片,以ATmega16单片机为控制器,通过外围电路设计和调试,研制激励频率范围1～100 kHz、测量阻抗范围1～1 000 kΩ的阻抗测试仪,通过液晶实时显示扫频和定点测量结果.为保证测试仪的准确性,设计了带有35组不同阻抗组合的校正网络,用以实时校正.经精度为0.2％的商品化阻抗测试仪标定,所研制的原理性装置容抗测量精度达3％,通过进一步改进后可以满足使用要求.     

汽车发动机振动传感器的研制

阐述了手持式内置微型差动式电荷放大器和频率补偿电路一体化的发动机振动传感器。使用ispPAC可编程器件制作自适应频率补偿电路,展宽了频带,拓宽了手持式传感器的应用范围。实验表明该传感器具有灵敏度高、测量范围宽、温度误差小等特点。     

基于主动光源的作物冠层反射光谱测量方法

结合自主研发的测量装置,对实现基于主动光源的冠层反射光谱测量方法进行了阐述。对测量装置的测量原理进行了论述,分析了高频调制光源模块、光电池响应一级放大模块、高通滤波模块、二级放大模块和信号提取模块5大功能模块。对其中一级放大电路的参数设计和信号提取模块的算法设计2个关键环节进行了理论分析与推导。应用自制测量装置对小麦冠层进行反射测量实验,实验结果表明：测量装置可以有效滤除环境光引起的响应,测量值稳定可靠,最大相对波动率小于4.97%。     

智慧农业中的隔离放大器设计

在智慧农业的传感器数据采集系统中，从系统抗干扰性能考虑，传感器的输出信号与采集系统是不共地的，这就需要设计隔离放大器，将传感器的输出信号尽量不失真地传输给采集系统。为此，使用高线性度模拟光电耦合器HCNR200设计了两种隔离放大器，分别能对单极性电压和双极性电压进行隔离传输。介绍了根据不同的输入电压计算电路参数的方法，并给出相应的电路原理图。最后，通过试验验证了所设计电路的正确性和可行性。      

基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验

溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义，但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题，难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理，利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜，经激发光照射后产生红色荧光，该荧光寿命可由溶解氧浓度调节；然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知；再以STM32F103微处理器作为主控芯片，编写下位机程序实现激发光脉冲产生，利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换（FFT）计算激发光与参照光的相位差，进而转化为溶解氧浓度，实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想，利用屏蔽排线直接插拔连接，便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试，本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。     

滴灌压电泵的驱动电源设计与试验研究

针对滴灌压电泵对驱动电源的要求,基于EG8010逆变器芯片,采用单相桥式电压型逆变与整流电路以及SPWM技术控制正弦波发生器芯片实现一种基于SPWM技术开关型电源驱动装置.首先提出了适用于滴灌压电泵的驱动电源结构和工作原理,通过相应控制调节电路,形成激励电压与频率连续可调的单相正弦波,从硬件上进行了输出电压反馈与调节电路、频率调节电路、温度监测电路的设计,以此作为滴灌压电泵激励源并进行了试验研究.结果表明:与信号发生器和功率放大器组成的传统驱动方式相比,该驱动电源拥有自带死区控制、稳定性强、波形失真小、结构简单、体积小、操作方便、成本低等优点,能够满足其对滴灌压电泵的驱动与控制等要求.     

基于阻抗综合的碳基超级电容器性能仿真

根据超级电容器等效电路模型的分析和复数阻抗综合方法,经试验数据拟合优化,建立了超级电容器等效阻抗函数。通过该函数仿真了超级电容器的电压、电能容量、电流和荷电状态等性能指标的动态特征。经试验验证,该函数可预测超级电容器在充、放电过程中的电流、电压和荷电状态的动态变化。     

基于单片机的水温控制系统的设计

在工业生产与日常生活中,温度检测及控制技术被广泛应用。传统的温度测量中,测温元件有热电偶和热电阻,但是热电偶和热电阻的输出一般为电压,而将电压转换为温度还需要一些外部硬件电路,例如热电偶需要将微弱的信号放大,然后再通过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号,最后送给CPU处理;而热电阻而需要配备良好的恒流源。这样,硬件电路的设计及软件的调试都比较复杂。     

基于单片机系统和生物阻抗的鱼体贮藏方式检测技术

针对鱼体贮藏方式(冰鲜与冷冻)鉴别问题,提出一种基于单片机系统和生物阻抗的鱼体贮藏方式快速检测技术,并测试分析了冰鲜和解冻的鲫鱼、鲤鱼在信号频率为1 kHz和16 kHz时的阻抗相对变化率.结果表明,冰鲜鱼的阻抗相对变化率大于100％,而解冻鱼的阻抗相对变化率小于100％.利用Arduino单片机系统、定值电阻和高频交...     

基于声表面波的车辆驱动轴动态扭矩测量系统研究

基于声表面波(SAW)技术,应用单端口SAW谐振器,设计了车辆驱动轴动态扭矩测量装置,实现车辆驱动轴扭矩无线无源实时测量。采用三点等间距对称方式布置信号收发天线,消除信号的绕射现象;以PWM信号控制FET时序通断,设计信号查询时序电路;通过差频测量方式,消除温度等因素的影响,提高了测量精度。模拟试验结果表明,测量装置所测得结果与理论模型一致,测量灵敏度约为1.15 kHz/(N·m),为车辆驱动轴动态扭矩的测量提供了一种可行的方案。