基于TDT原理的灌木水分传感器探头设计与实验

根据时域传输TDT法,设计了灌木茎体含水率测量装置。装置由高频信号源、同轴传输线、缠绕式探头及相位比较电路4部分组成。高频电磁波在不同介质中的传播速度不同,表现为在不同介质中的传播相位不同,而含水灌木介电常数的大小主要取决于其含水率的大小,因此通过测量电磁波在同轴电缆上A和缠绕于灌木茎体上探头B的相位差来获取灌木的含水率。选择吸水棉棒来模拟不同含水率的灌木,研究高频信号源工作频率、探头结构对相位差的影响。实验表明,当探针长度为60 cm,信号源频率为50 MHz和100 MHz时,A、B两路电磁波信号的相位差与棉棒吸水率变化呈单调性,且具有良好的相关性。     

四端法土壤电导率传感器恒流源设计与试验

土壤信息对于指导农业生产有着极为重要的作用，土壤电导率反映了土壤含水量、盐分、粘粒含量和类型等土壤信息，准确获取土壤电导率对于实现农业精细化生产意义重大。在各种土壤电导率测量方法中，四端法因其成本低、精度高、测量快速和操作简便而大量应用于实际测量；恒流源是四端法测量仪器的重要组成部分，其性能直接决定着测量仪器的精度以及测量范围。本文对比了3种恒流源对测量仪器测量性能的影响，发现采用Howland恒流源的四端法测量仪器高电导率测量能力强而低电导率测量范围较小，测量精度最高；采用改进型Howland恒流源的四端法测量仪器低电导率测量范围有所扩大，测量精度良好；采用基于差动放大器的恒流源的电导率仪低电导率测量范围最大，高电导率测量范围较优，测量精度良好。     

大田尺度下车载式土壤多参数测量方法研究

应用自行研制的土壤含水量、电导率与耕作阻力车载测试系统以及EM38电导率测试仪,在特定的耕作和施肥管理制度试验田中进行大田尺度下的土壤多参数车载测量研究。在土壤参数空间分布信息基础上进行相关分析,结果表明复合传感器具备农田土壤含水量和电导率变异响应能力,进一步建立了农田土壤电导率与含水量、耕作阻力以及施肥信息之间的统计预测模型。     

三深度土壤水分传感器的研制及试验

针对当前植物根区不同深度下土壤含水量测量存在的传感器安装困难、对原位土壤扰动大以及传感器间一致性差等问题,该文基于阻抗法设计了一种三深度土壤水分传感器。该传感器不仅可以同时测量3个不同深度的土壤含水量,并且在安装时对原位土壤扰动极小。试验标定结果显示,该传感器具有较高的精度,所测的土壤含水量与烘干法所得的实际含水量非常吻合,决定系数R2和均方根误差(RMSE,root mean square error)分别达到0.996和0.013 cm3/cm3;传感器可适用于多种不同质地的土壤,在3种不同质地土壤中的输出灵敏度均大于1V/(cm3/cm3)。传感器的输出与土壤体积含水量呈现良好的线性关系,对黏土、砂土及壤土的决定系数R2分别达到0.983、0.965和0.975;土壤水分入渗试验结果进一步表明,该传感器性能良好,3个不同深度的传感器电极具有较高的一致性,在壤土和砂土样本中3个深度传感器电极的输出,相对误差分别小于2%和5%。     

基于主成分回归的茎直径动态变化预测方法

影响植物茎直径变化的因素有很多,除了植物的自然生长外,气象因子和土壤含水率也是十分重要的因素。以空气温度、相对湿度、气压和光合有效辐射4个温室内的主要气象因子和土壤含水率为观测对象,对处于生长末期的4株温室向日葵样本和2株西红柿样本进行监测试验。以其中一株向日葵样本为对象,对其茎直径变化的影响因素作主成分分析并建立回归模型。将试验样本上的监测数据输入模型,对向日葵样本和西红柿样本的茎直径变化量进行预测,并分别与其各自实测值比较。结果显示,该回归模型对处于生长末期的温室向日葵和西红柿茎直径动态变化有较好的预测,预测值与实测值相关分析的决定系数为0.649~0.782,均方根误差为0.029~0.143。     

基于茎流传感器的茎秆储水动态观测方法

植物茎秆储水每天都会发生周期性变化。针对目前缺少对草本植物茎秆储水无损测量传感器的问题,提出了一种基于茎流传感器的草本植物茎秆储水动态观测方法。该方法以温室盆栽向日葵为试验对象,通过茎流传感器及电子秤的输出,得出向日葵茎秆储水状况及其内部充放水状态切换时间。向日葵茎秆直径动态变化的观测结果进一步验证了该方法的有效性。同时,该方法还可以采集向日葵所处环境下的微气象因子变化,试验结果表明微气象因子变化是引起茎秆储水动态变化主要因素。