植物水分生理信息與植物的非生物與生物脅迫密切相關,更好地獲取林區(qū)植物水分生理信息有助于農林業(yè)的健康發(fā)展。為實現(xiàn)林區(qū)活立木莖干水分的全季節(jié)性連續(xù)監(jiān)測,克服林區(qū)惡劣環(huán)境對監(jiān)測設備的不利影響,本文提出了一種活立木莖干水分實時無損獲取方法,并將其應用到植物的非生物與生物脅迫分析中。本文的主要研究內容、方法與結論包括:（1）針對木本植物心材以外區(qū)域莖干水分的實時無損測量需求,本文提出了基于駐波比法的活立木莖干水分測量方法。在此基礎上,首先設計了傳感器的測量電路,確定了傳感器100MHz的測量頻率,組裝了可用于野外測量的傳感器。隨后通過莖干模擬實驗,確定了傳感器的敏感范圍（軸向53mm,徑向20mm）,擬合了傳感器對相關因子（包括介電常數(shù)、電導率、溫度、莖干直徑）的標定方程,驗證了傳感器對溶液冰點檢測的可行性。最后基于烘干法分析了傳感器的測量誤差（平均誤差為0.008cm3 cm-3）。（2）由于林區(qū)數(shù)據采集系統(tǒng)受到存儲空間和運行功耗的限制,本文提出了基于壓縮感知的林區(qū)數(shù)據采集方法。首先在軟件上分別對基于DFT、DCT、學習字典的壓縮感知算法進行了性能分析,當稀疏度K一定時,數(shù)據壓縮比從大到小依次... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

技術路線圖

／?０?－－?＼導管??ｉｃｐ＾??形成層??圖２．２莖干的微觀結構??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｔｅｍ??２．１．２活立木莖干結構的介電模型??活立木莖干組織的化學成分及其復雜，但可將其視作固相、液相和氣相三相混合??的多孔介質，其介電特性可以用表觀介電常數(shù)來表征。對于活立木莖干組織，固相成??分主要為纖維素，其相對介電常數(shù)一般小于３，液相成分主要為水分，其常溫下的相??對介電常數(shù)為８１，氣相成分主要為空氣，其相對介電常數(shù)約為１。相對于固相和氣相??成分，液相成分的相對介電常數(shù)起到主導作用，即活立木莖干組織的表觀介電常數(shù)主??要由莖干含水量決定（Ｕｌａｂｙ、Ｊｅｄｌｉｃｋａ，?１９８４）。因此，可以通過測量活立木莖干組織??的特征阻抗，進而得到莖千組織的表觀介電常數(shù)，最后結合相關的標定模型計算出莖??１２??

對于體積為ｒ的活立木莖干組織，假定其固相、液相和氣相成分的體積分別為??Ｇ、ｆ、Ｆｇ，對應的相對介電常數(shù)分別為＆、ｑ、有研宄表明，通用電阻電容的??并聯(lián)電路可以表征三相物質的介電特性（孫宇瑞，２０００），因此，可用如圖２．３所示的??等效電路模型表征活立木莖干組織的介電特性。??ｎ?ｃｇ?ｎＣｌ?ｎ?ｃｓ??（￣）？［Ｊ?風丁??圖２．３莖干組織三相等效電路模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｓｔｅｍ?ｔｉｓｓｕｅ??由圖２．３可知，三相物質的阻抗可以表示為：??Ｚ．＾Ｒ，＋ＪＷＣＳ?（２－１）??Ｚ丨＝Ｒ丨?＋?ｊｗＣ丨?（２－２）??Ｚｇ＝Ｒｇ＋ｊｗＣｇ?（２－３）??式中ｚ，、ｚ，、ｚｓ分別表示固相、液相和氣相物質的阻抗；＆、Ａ、＆分別表示固相、??液相和氣相物質的電阻；Ｃｐ?ｃ，、ｃｇ分別表示固相、液相和氣相物質的電容。三相物??質的等效總阻抗為：??Ｚ?＝?（Ｒｓｌ／Ｒ丨ＩＩＲＪ＋ｊｗＨ＋Ｃ丨＋ＣＪ?（２－４）??結合相對介電常數(shù)與電容的關系模型：??Ｃ??Ｓｒ＝Ｊ￣?（２－５）??式中Ａ為幾何系數(shù)，取決于電極的幾何尺寸；＆為真空介電常數(shù)??Ｕｏ＝８．８５ｘＫＴｌ２Ｆ／／７Ｚ），聯(lián)立式（２－４）與（２－５）可得：??１３??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]喬木體水分的測試技術及其監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D]. 王海蘭.北京林業(yè)大學 2011
[2]非飽和土壤介電特性測量理論與方法的研究[D]. 孫宇瑞.中國農業(yè)大學 2000

碩士論文
[1]基于遙感技術的松材線蟲病早期預警[D]. 馬菁.北京林業(yè)大學 2012
[2]基于駐波原理的喬木莖干含水率檢測方法研究[D]. 白陳祥.北京林業(yè)大學 2008



本文編號：3507462