水分是維系植物一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),也是保證植物光合作用、呼吸作用和其他生理過程順利進(jìn)行的主要因素之一。土壤為植物供給所需水分,當(dāng)土壤濕度變化時(shí),會(huì)影響到植物的生命狀態(tài)。精確測(cè)量土壤濕度對(duì)于植物水分盈虧程度的相關(guān)機(jī)理研究具有重要意義。在林區(qū)微環(huán)境和農(nóng)田水分的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過程中,基于介電法的土壤濕度傳感器受環(huán)境溫度高低變化影響,導(dǎo)致測(cè)量精度和準(zhǔn)確性降低。基于上述原因,本文進(jìn)行如下研究工作:1.研究鉑電阻測(cè)溫原理和土壤介電特性測(cè)量原理,分析非飽和土壤介電常數(shù)的組成,引入等效電路描述介電特性的物理模型。搭建基于駐波率原理的土壤濕度傳感器硬件電路以及PT100溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)調(diào)理電路,并完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。2.對(duì)所設(shè)計(jì)復(fù)合傳感器進(jìn)行綜合測(cè)試,包括硬件電路測(cè)試、調(diào)試仿真測(cè)試、標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)儀器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)等。由標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,復(fù)合傳感器輸出電壓值與被測(cè)量進(jìn)行線性擬合的決定系數(shù)均大于0.99,表明二者線性關(guān)系顯著。選用德國(guó)IMKO公司的TDR傳感器作為標(biāo)準(zhǔn)儀器,進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),本文所設(shè)計(jì)SWR 土壤濕度傳感器的誤差在±2%以內(nèi),說明二者性能相當(dāng)。3.從硬件組成和測(cè)量原理兩方面分析SWR傳感... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

溫度測(cè)量方法分類Fi多l(xiāng)re2.1Cla驪石Cationof忱1llPera切remeasul℃mentmethods

壤類型、土壤容重、外界溫度和土壤含鹽量均普遍適用，所以此模型應(yīng)用十分廣泛（朱??安寧、吉麗青等，２０１１）。土壤介電特性可以使用基于ＲＣ并聯(lián)的等效電路來進(jìn)行分??析，如圖２．２所示。??ｉ??＾?ａ??ｃ?ｉ?ｇ??ｐｉ＇ｆｌＴｉ＇Ｂｌｉ?－ｒ?＞??電流源?丨電壓表??ｂ??圖２．２?土壤介電特性物理模型等效電路??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ??在等效電路屮，??Ｕｕｂ?＝?ｙ?（２－４）??等效導(dǎo)納ｒ由電容ｃ和電導(dǎo)ｃ？組成，其關(guān)系式為??Ｙ?＝?Ｇ?＋?ｊｅｏＣ?（２－５）??Ｃ?＝?ｓｓ〇ｋ?（２－６）??式中：Ｚ—電容Ｃ的相對(duì)介電常數(shù)；??虛數(shù)單位；??Ａ—恒定不變的常數(shù)，由探頭幾何參數(shù)確定。??令／?＝?貝ＩＪ??ｃｏｓ＾ｋ??Ｙ?＝?（２－７）??其中??１１??

１３．３９％、２０．１１％、２２．７５％、２８．８５％和３３．３２％的７個(gè)土壤樣本，在傳感器安裝過程中??確保探針和樣本可以充分接觸。設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試頻率處于４０、６０、８０、??１００、１２０、１５０ＭＨｚ等６個(gè)位置，進(jìn)行探頭阻抗的測(cè)量。測(cè)試裝置如圖２．３所示。??圖２．３信號(hào)源頻率測(cè)試實(shí)驗(yàn)??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｏｆ?ｓｉｇｎａｌ?ｓｏｕｒｃｅ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｔｅｓｔ??使用Ｅｘｃｅｌ２０１３整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制成折線圖，在不同信號(hào)源頻率下，土壤體積??含水率勹探頭電抗的關(guān)系如圖２．４所示。??■５〇［??Ｇ?－１００?－?４０ＭＨｚ??＾?ｗＣ?６０ＭＨｚ??＾?－ｌ５〇?－?＾?■?８０ＭＨｚ??ｒ?—Ｋ—１００ＭＨｚ??－２００?－?／?＿＾＿１２０ＭＨｚ??＂?—Ａ—１５０ＭＨｚ??－２５０????１?１?１?１?１?１?＇??０?１０?２０?３０?４０??土壤體積含水率／％??圖２．４不同測(cè)試頻率下電抗和含水率的關(guān)系??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｒｅａｃｔａｎｃｅ?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｓｔ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ??由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，同一體積含水率的實(shí)驗(yàn)樣本中，測(cè)試頻率越人，波測(cè)ｉ：壤的屯??抗值越大。聯(lián)合分析不同實(shí)驗(yàn)樣本，電抗值與含水率值具有單值線性關(guān)系Ｈ．Ｍ正相關(guān)。??因此

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3367338