【摘要】：土壤水分是農(nóng)業(yè)科學(xué)、水文科學(xué)和氣象科學(xué)等領(lǐng)域的重要參數(shù)。針對(duì)當(dāng)前土壤水分傳感器只能測(cè)量特定深度以下土壤水分的不足,該文從土壤的介電特性入手,嘗試將深埋式土壤水分傳感器遷移至淺層土壤(5cm厚土層)中進(jìn)行水分測(cè)量。通過(guò)改善探針結(jié)構(gòu),有效實(shí)現(xiàn)了淺層土壤水分測(cè)量。該研究的內(nèi)容及主要成果如下：為了將深埋式介電原理土壤水分傳感器遷移至淺層5cm土壤的水分測(cè)量中,該研究對(duì)錐形探針進(jìn)行改良,提出一種平行探針結(jié)構(gòu)。為了驗(yàn)證所提出探針結(jié)構(gòu)的合理性,應(yīng)用三維電磁仿真軟件HFSS對(duì)探針、探針—土壤系統(tǒng)進(jìn)行電磁仿真；并對(duì)仿真模型求解,分析探針阻抗變化情況。HFSS模型求解的理論結(jié)果顯示,平行探針結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)含水土壤實(shí)現(xiàn)電磁耦合,可以用于淺層5cm土壤水分的表面測(cè)量。同時(shí),HFSS求解的理論結(jié)果還表明,傳感器的靈敏程度將隨著探針長(zhǎng)度L和探針間距d的增大而分別減小。為了驗(yàn)證上述分析,設(shè)計(jì)有機(jī)溶液實(shí)驗(yàn)和烘干法實(shí)驗(yàn)。在此之前,通過(guò)控制變量法,驗(yàn)證了探針參數(shù)對(duì)傳感器靈敏程度的影響。有機(jī)溶液實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明制作的FD淺層土壤水分傳感器的輸出能夠在一定程度上代表土壤中的水含量。烘干法則通過(guò)對(duì)5cm土層的實(shí)際測(cè)量,證明了介電理論應(yīng)用于土壤水分表面測(cè)量的可能。這一結(jié)果是對(duì)深層土壤水分測(cè)量的補(bǔ)充。
[Abstract]:Soil moisture is an important parameter in agriculture, hydrology and meteorology. In view of the deficiency that soil moisture sensor can only measure soil moisture below specific depth at present, this paper attempts to transfer the deeply buried soil moisture sensor to shallow soil (5cm thick soil) to measure soil moisture from the dielectric properties of soil. By improving the probe structure, the shallow soil moisture measurement was realized effectively. The contents and main results of this study are as follows: in order to transfer the deep buried dielectric principle soil moisture sensor to the shallow 5cm soil moisture measurement, this study improved the conical probe and proposed a parallel probe structure. In order to verify the rationality of the proposed probe structure, the electromagnetic simulation software HFSS was used to simulate the probe and the probe soil system. The theoretical results of HFSS model show that the parallel probe structure can be coupled by electromagnetic coupling through water-bearing soil and can be used for surface measurement of shallow 5cm soil moisture. At the same time, the theoretical results of HFSS solution also show that the sensitivity of the sensor decreases with the increase of probe length L and probe spacing d. In order to verify the above analysis, organic solution experiments and drying experiments were designed. Prior to this, the influence of probe parameters on the sensitivity of the sensor was verified by the control variable method. The experimental results of organic solution show that the output of the FD shallow soil moisture sensor can represent the water content in the soil to a certain extent. Through the actual measurement of 5cm soil layer, the possibility of applying dielectric theory to the measurement of soil moisture surface is proved. This result is complementary to the measurement of deep soil moisture.
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S152.7;TP274

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本文編號(hào)：2405026