基于电容法的棉管籽棉质量流量检测

针对传统平行板电容传感器易受环境干扰,设计了一种差分结构的电容传感器,以实现籽棉质量流量检测。研究了环境温度和棉花品种对传感器电容信号响应的影响,并在不同含水率条件下,确定了籽棉质量流量与电容响应关系,建立了基于籽棉含水率、籽棉质量流量与相对电容变化率的拟合回归模型,并对模型进行验证。试验结果表明:差分结构电容传感器能很好地消除环境温度干扰,所建立的回归模型针对籽棉质量流量检测的平均相对误差为5.16%。     

温度对果蔬介电特性影响的试验研究-基于无线装置

真空冻干水分的在线监测对进行低能耗冻干工艺的优化有着重要意义,因此在探索应用介电常数检测真空冷冻水分时需要研究温度对果蔬介电常数的影响。现有介电特性测量装置需要加长导线将探针置入冻干箱内实现在线测量,导致测量结果不稳定,所以采用自制的无线测量装置检测果蔬介电特性。选取苹果和土豆为试材,在试材含水率为10%、20%、30%、40%、50%时,测试不同冻干温度下的相对介电常数。试验结果表明:在相同含水率时,温度是影响果蔬相对介电常数的关键因素,且含水率越高时温度对果蔬相对介电常数影响越大。     

基于近红外法籽棉回潮率在线检测系统的研究

籽棉回潮率是棉花加工过程中影响加工质量的一项重要指标,通过籽棉回潮率在线测量,可以有效控制烘干设备适时调温,满足现代棉花加工过程的高效化和智能化。为此,利用近红外测量籽棉水分的原理设计了一套籽棉回潮率在线检测系统,通过非接触式的快速检测,能够快速、准确地测量籽棉回潮率,为棉花加工后续烘干设备提供准确的调节参数。     

果蔬冻干水分在线无线监测装置设计与试验

果蔬真空冷冻干燥技术的应用推广,进行低能耗冻干工艺优化具有着重要意义。果蔬冻干工艺优化中关键技术是果蔬冻干水分的在线监测,笔者对此进行了广泛深入的探索;介绍了基于介电方法的果蔬冻干水分无线实时监测系统的设计,基本思路是:无线采集果蔬冻干过程的相对介电常数,利用实验测取的果蔬介电常数与冻干过程的含水率相关关系,实现果蔬冻干过程含水率在线检测;在冻干仓内利用集成电容转换芯片对插入果蔬内部的电极探针间电容进行采样,经过Zig Bee收发芯片无线采集测量结果,并通过上机软件将电容测量值转换为相对介电常数;在不同温度下对传感器进行校准,保证在冻干仓内加热温度下介电常数的在线精确测量。同时,以苹果和土豆为试材的试验验证,结果表明:含水率与相对介电常数有极显著的线性正相关性,无线在线检测果蔬冻干过程含水率可行。     

基于DSSAT模型的南疆膜下滴灌棉花生长与产量模拟

目前关于膜下滴灌棉花的灌水定额制定仍以田间灌溉试验为主,而考虑播期土壤含水率及采用模型的方法确定膜下滴灌棉花灌水定额的研究较少。本文通过2017、2018年两季的新疆南疆地区棉花大田试验,利用2017、2018年棉花开花期、成熟期的土壤含水率、叶面积指数、生物量和籽棉产量实测数据对DSSAT-CROPGRO-Cotton模型进行参数校正和验证。试验共设计了24、30、36mm 3个膜下滴灌棉花灌水定额水平,并采用验证的DSSAT-CROPGRO-Cotton模型对1.2θFC、1.1θFC、θFC、0.9θFC、0.8θFC、0.7θFC、0.6θFC和0.5θFC（θFC为田间持水率）8个不同初始土壤含水率条件下的膜下滴灌棉花的生长及产量进行了模拟。结果表明,模型经过参数校正和验证后对土壤含水率、棉花物候期、叶面积指数和籽棉产量的模拟值与实测值吻合度较好,能够满足大田膜下滴灌棉花的模拟精度要求,但对生物量的模拟与实测值偏差较大。同时,基于验证的DSSAT-CROPGRO-Cotton模型对不同初始土壤含水率及灌水定额条件下的棉花籽棉产量和生物量进行了模拟。结果表明,棉花籽棉产量和生物量模拟值达到最大值的初始土壤含水率为0.8θFC~θFC。同时,要保证棉花生育期灌溉定额在330～396mm之间。模拟结果在南疆地区的棉花播期及生育期灌溉管理中可供借鉴使用。     

基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置研究

谷物水分的快速测量对谷物准确测产、粮食快速收储、精准农业实施具有重要意义。针对联合收获机动态作业条件下小麦水分检测稳定性差、测量精度低等问题,基于小麦介电特性原理,设计一种联合收获机水分在线检测装置,提出一种动态连续取样、静态间歇测量的新方法,实现了联合收获机作业条件下,在线快速稳定检测小麦含水率。在线检测装置由机械动态取样部分、电机控制模块、传感器模块、数据采集模块、卫星定位模块和显示终端组成。其中传感器模块包括水分传感器、温度传感器和料位传感器。开展了静态验证试验和田间动态验证试验。试验结果表明,静态条件下,含水率在线检测误差在3%以内;在田间动态变化条件下,建立了基于介电常数和温度因子的水分检测模型,实测值和检测值相关系数达到0.92,在线检测误差小于5%。采用动态连续采样、静态间歇测量的方法显著提高了含水率在线检测的精度,为实现小麦精准生产提供了一种快速测量手段。     

电容法粮食物料含水率与介电常数关系研究

粮食物料含水率是影响其介电特性的主要因素,电容法是通过粮食的介电特性来测定含水率的间接方法.试验采用圆筒式电容传感器,研究了3种粮食物料含水率与其相对介电常数的关系.试验表明,含水率与相对介电常数之间有较好的线性相关性,可以建立两者之间的数学模型.同时,不M种粮食物料的关系模型不同,相关性程度也有差异.需要建立含水率与介电常数、容积密度及环境因素等多参数之间的关系模型,才能提高电容法检测的精确度.     

基于改进Topp模型的红黏土介电特性试验研究

【目的】探讨红黏土介电特性的影响因素并提升Topp模型精度。【方法】以云南红黏土为例,开展以干密度、含水率、温度为变量的介电特性试验,分析不同条件下红黏土相对介电常数的变化规律,构建红黏土相对介电常数模型并对含水率进行预测。【结果】红黏土相对介电常数与含水率、温度、干密度呈正相关,影响因素的相关性程度依次为:含水率>温度>干密度。恒温条件下,Topp模型拟合精度较高;当温度发生变化时,Topp模型拟合精度显著降低。【结论】不同温度条件下Topp模型拟合得到的相对介电常数(ε_r)与体积含水率(θ)的关系存在较大差异,引入温度改进后的Topp模型精度明显提高。     

棉秆起拔力关键因素的研究与试验

棉秆起拔力的研究为设计棉花拔秆收获机械提供了一个重要参数依据。对棉秆起拔力的影响因素主要有棉秆直径、土壤含水率及起拔角度等因素。试验地点在新疆库尔勒尉犁县的试验田中进行,棉秆品种为新陆早45号,以棉秆直径和土壤含水率为影响因素进行单因素试验。分别在土壤含水率为25.3%、21.2%、15.8%,起拔角度为30°、45°、60°,起拔线速度为114.9、153.4、192.1mm/s条件下,进行三因素的试验组合。试验结果表明:随棉秆直径变大,棉秆起拔力呈上升趋势。组合试验结果显示:起拔角度对棉秆起拔力影响最为显著,土壤含水率比棉秆的起拔线速度影响显著;试验范围内的最佳起拔角度为30°,最佳含水率为25.3%,最佳起拔线速度为192.1mm/s。试验研究结果可以为棉秆机械收获机构的设计提供参考,也可作为棉秆力学研究的试验装置。     

介电特性在粮食含水率检测中的应用研究

根据农业物料的含水率对其相对介电常数等电参量的影响关系，对水稻、玉米和大豆等3种物料的含水率进行了标定试验，提供了测定含水率的一种更为简单、易行的方法，对物料电特性与介电常数、含水率的函数关系进行了分析和研究。通过相关研究，提出进一步的解决方案。     

葵花籽含水率无损检测仪的设计与试验

为了实现对葵花籽含水率的快速、准确检测,采用非接触式平行板电容法对不同含水率水平的葵花籽在不同的温度和频率范围内的介电特性进行研究,建立了描述含水率、温度和介电常数的数学模型,验证了基于介电常数检测葵花籽含水率的可行性和模型的可靠性,并设计了一种能够按预定频率快速可靠地检测葵花籽含水率的装置.试验结果表明:葵花籽含水率...     

水钾耦合对北疆机采棉水钾利用效率及产量的影响

【目的】探索不同土壤含水率区间与钾肥施用量之间的耦合效应,优化机采棉灌水和钾肥施用方案。【方法】以膜下滴灌棉花为研究对象,设计了3个土壤含水率(田间持水率的40%～60%、60%～80%和80%～100%,W1、W2、W3)和3个施钾水平(30、60和90 kg/hm~2,K1、K2、K3),研究了机采棉的株高、叶面积指数、生物量和产量。【结果】土壤含水率为田间持水率的60%～80%时,钾肥对棉花株高的增益效果更加明显;施钾量在30 kg/hm~2和60 kg/hm~2时,土壤含水率能显著提高株高的日增长量。叶面积指数随着施钾量和灌水量的增加而增加。土壤含水率为田间持水率的60%～80%且施钾量为90 kg/hm~2时,最有利于棉花生物量的形成。土壤含水率为田间持水率的60%～80%时,棉花单株有效铃数和籽棉产量最多,且籽棉产量和有效铃数随着施钾量的增加而增加,W2K3处理的籽棉产量最高(7 579.78 kg/hm~2),有效铃数最高(9.03个/株)。钾肥能促进棉花单铃质量的形成,但是单株有效铃数的增加会减缓钾肥对棉花单铃质量的促进作用。当灌水水平一致时,钾肥生产效率随着施钾量的增加而显著降低。在土壤含水率为田间持水率的80%～100%且施钾量为90 kg/hm~2时,棉花的水分利用效率最低。【结论】土壤含水率为田间持水率的60%～80%且施钾量为90 kg/hm~2为适宜的灌水施肥方案,有利于生物量向生殖生长倾斜,获得较高的水钾利用效率以及棉花籽棉产量。     

水肥耦合对棉花产量和氮累积利用的影响

研究膜下滴灌施肥条件下,不同滴灌水量和滴灌施肥用量对棉花产量、氮素动态累积和氮素利用效率的影响。通过设置5个滴灌施肥水平和3个水分水平的完全组合处理以及一个不施肥对照处理,研究了水肥耦合对棉花干物质动态累积量、籽棉产量、氮动态累积量和氮素利用效率的影响。在收获后棉花地上部分器官质量从高到低依次为棉铃,茎秆和叶,而氮素主要集中在棉铃内部,其次是叶片,茎秆最少。灌溉水量显著增加了棉花叶片,茎秆和棉铃质量,从而增加了干物质量和籽棉产量,同时灌溉水量显著增加氮累积量和氮肥利用率。水肥对氮肥偏生产力,氮肥农学效率和氮肥生理利用率影响显著。灌溉水量降低至60%ETc会抑制棉花对氮素的吸收,使干物质量和籽棉产量下降,但可以显著提高氮肥利用率,氮肥偏生产力,氮肥农学效率。在本试验条件下,灌水量在380 mm,施肥量(N-P2O5-K2O)为(250-100-50)kg/hm2时,可以获得低于最高产量6%的籽棉产量,并节省15%的灌水量和16.7%施肥量。     

基于介电特性谷物水分在线测量仪的设计与试验

含水率是谷物收获、测产过程中重要的指标,为实现北方寒冷环境下机载收获、快速在线测量,满足玉米籽粒联合收获机收获时测产的要求,设计了一种便于应用在收获机上的基于谷物介电特性的同心圆平面电容水分在线测量仪。STM32F103单片机为水分测量仪的控制单元,同心圆平面电容器和温度传感器测量谷物介电常数和温度。以"登海605"玉米为研究对象,研究不同含水率、不同温度对玉米介电常数的影响规律。利用支持向量机建立玉米水分含量回归预测模型,并对模型进行检验,试验结果表明,在-15℃～40℃,含水率14%～30%范围内,水分测量仪的平均相对误差为1.09%,测量时间小于2.3 s。能够满足谷物水分在线测量的精度,缩短了测量时间。     

谷物含水率在线测试系统的研究

从理论上分析了利用电容法进行谷物含水率测量时，所测电容量与其影响因素之间的定量关系，研制成功了一种不受谷物堆积密度变化影响的谷物含水率在线测试系统，并利用该系统对小麦、玉米做了研究试验，建立了测量频率与谷物含水率之间的数学关系模型。试验数据表明：与标准烘箱法相比，该系统的最大测量误差小于０．７０％。此系统为谷物含水率在线测试提供了可行方法。     

提高机采棉加工质量的探讨

机采棉的含杂量与含水率远大于手摘棉,籽棉纤维品质也略差于手摘棉。由于机采棉的这些缺点,应结合实际,从籽棉采摘源头、籽棉含水率控制、籽棉烘干后加工要求、籽棉加工工艺、棉花加工设备间隙的调整,机采棉加工全程机械化几个方面进行探讨,总结提高机采棉加工质量的办法。     

南疆无膜滴灌棉花灌溉制度对土壤水分和产量品质的影响

【目的】通过小区试验,探究南疆地区无膜滴灌不同灌水定额对土壤水分、棉花生长和产量品质的影响。【方法】试验设置3个无膜滴灌灌水定额(I_1、I_2和I_3),即36、45和54 mm,并以膜下滴灌I_4(36 mm)作为对照。【结果】无膜滴灌棉花茎粗和株高随灌水定额的增加而增加,但I_4处理对提高棉花茎粗和株高更显著。无膜滴灌棉花土壤含水率在0～60 cm剖面上随灌水定额的增加整体表现为增大趋势,而膜下滴灌处理的土壤水分波动要小于无膜滴灌处理。无膜滴灌棉花随着灌水定额的增加,籽棉产量显著增加,I_3处理的籽棉产量可达7 195.48 kg/hm~2,较膜下滴灌增加了19.54%,且棉花品质最好,但膜下滴灌的灌溉水利用高效率最高。【结论】从棉花生长、产量品质及灌溉水利用效率综合分析,无膜滴灌灌水定额为54 mm时,棉花生长及产量品质较优。     

咸水灌溉对棉花耗水特性和水分利用效率的影响

采用田间对比试验,连续3 a研究了1、3、5、7 g/L 4个矿化度咸水(记作S1、S2、S3、S4)灌溉对棉田土壤水盐、土壤蒸发、棉花阶段耗水量、籽棉产量和水分利用效率的影响。结果表明,棉花生育期内根系层土壤含水率和电导率有随灌溉水矿化度的增加而增大的趋势,土壤电导率增加尤为明显;年际间,各处理土壤含水率和电导率差异非常大,经过连续3 a灌溉,根系层土壤电导率均未逐年增加。S3和S4处理的平均土壤蒸发强度大于S1处理,S2与S1处理间的差异很小;7 g/L以下咸水灌溉对棉花耗水过程产生了一定影响,但对总耗水量影响并不明显。3 a的平均籽棉产量和水分利用效率由大到小顺序均为:S2、S1、S3、S4,S2比S1处理增产2.43%,水分利用效率增加1.15%,S3和S4比S1处理减产1.67%和8.88%,水分利用效率降低0.25%和7.31%,其中,S2和S3与S1处理间差异不显著,S4处理产量和水分利用效率降低显著。     

大功率微波技术在籽棉干燥中的应用

采用自设计的大功率微棉花烘干机对籽棉干燥后,测定并分析了微波辐照后籽棉的含水率变化、棉纤维的强度变化、棉籽的发芽率变化等,探讨了大功率微波干燥籽棉实现工业化生产的可能性。实验结论：在籽棉干燥过程中对去除籽棉含水量速度快、时间短、效率高、能耗少,但对棉纤维的强度有一定的降低,对棉籽的发芽率损伤极大。     

苹果介电特性与微波干燥含水率相关性研究

同轴探头法适合于测量果蔬等高损耗材料的介电特性,研究果蔬同轴介电特性与干燥含水率的相关性对于监测果蔬干燥加工过程中含水率的变化情况有重要理论指导意义。为此,以苹果为试验材料,利用同轴探头和网络分析仪测量了500~8.5GHz频率范围内苹果在微波干燥过程中的介电特性。研究表明:随着频率的增加,苹果试样介电常数呈下降趋势,介电损耗因子先下降后增加;通过介电特性指标与干燥含水率的拟合,建立了915MHz和2450MHz频率下苹果的相对介电常数、介质损耗因子与含水率的关系方程。研究结果可为利用同轴介电特性在线监测微波干燥含水率提供依据。