基于频域反射的土壤水分探测传感器设计

通过详细介绍传输线的高频率响应原理及其推导方程,以此为基础设计了基于频域反射的土壤水分探测传感器.传感器采用合适长度的传输线以及参数匹配的谐振电路,利用驻波的原理,使用简单的比较电路确定信号频率与土壤介电常数的关系,再利用介电常数和土壤成分结构之间的关系计算土壤水分含量.设计了传感器结构模块及给出了部分的试验对比结果....     

基于频域反射法的便携式土壤水分检测仪研制

根据土壤墒情监测的具体要求,研制了一种新型便携式土壤水分检测仪。基于频域反射(FDR)原理采集土壤容积含水量,采用标准的烘干称重实验对测量结果进行校正,并同时获取检测点经度、维度信息及实时时间,通过GPRS/GSM及时传送给远程数据中心和责任人。实地测试表明:土壤水分测量误差<3%,数据传输无误。该仪器性价比高,操作简便,适合农技人员使用,对土壤墒情实时监测和智能决策具有重要现实意义。     

单侧敏感土壤水分传感器设计及标定研究

针对目前土壤水分传感器测量需侵入土壤,无法获取土壤表层含水量信息及其标定过程繁琐等不足,改进ECH₂O传感器探头结构,提出单侧敏感型电容式土壤水分传感器。采用ANSYS软件仿真分析探头灵敏度、敏感深度与探头极宽与极距之比(a/b)的变化关系,认为a/b在0.8～1之间取值时探头特性较优;基于谐振原理设计了带有频伏转化功能的电容测量电路;推导出混合介电参数标定β模型,提出β模型两点标定法。在土壤、泥炭、珍珠岩、醋糟中的试验数据表明：β模型较好地表征了输出电压信号与土壤含水量之间的关系,最小相关系数R²=0.955 4;除珍珠岩外,基于两点标定β模型的测量误差小于0.025;泥炭、醋糟容重变化引起的测量误差小于0.025。     

便携式土壤水分测试系统设计

土壤水分含量不仅对农作物生长有较大的影响,而且对越野车辆地面通过性也有重要的影响.设计了一种基于时域反射法的土壤含水量测试系统.通过直接数字频率合成器(DDS)产生电磁波测试其介电常数;然后利用介电常数-含水量经验模型得出土壤含水量.系统还配备了GPS接收系统,能记录每次测量的经纬度坐标,并且根据经纬度地名对照表在记录中存储相应的地名.系统通过扩展存储容量使测试记录数可达上万条,并且能通过串口把数据上传到计算机中进行进一步处理.该测试系统具有便携、快速、原位测量的特点,便于构建时空尺度的土壤含水量演变立体分布图,为车辆地面通过性判断提高依据.     

基于FDR原理的自动灌溉系统设计

利用土壤的介电特性测量土壤含水量是一种快速、简便、可靠的方法。根据频域反射(FDR)法测量原理,电磁波在土壤中的传播频率可用来测试土壤的介电常数,从而得到土壤容积含水率,设计出了一种基于FDR原理的自动灌溉系统,介绍了FDR测量原理,阐述了自动灌溉系统的软硬件构成,土壤水分传感器测得的土壤水分含量信息,经信号处理,输出为0~5V电压信号,经A/D转换送至AT89S52单片机进行判断处理,根据输出数值的大小控制电磁阀的通断时间,从而实现自动灌溉和节水灌溉的目的。试验表明:该系统工作稳定,控制准确,反应灵敏,满足自动灌溉要求。     

基于自建模技术的电容土壤水分传感器研究􀀂

基于自建模技术研究了一种快速传感、低成本、高可靠性的土壤含水量传感器.土壤水分的快速传感受土壤类型影响很大,利用自建模技术,能有效地降低传感器受土壤类型的影响,将该模型内置于传感器中在农村得到广泛应用.     

橘园无线土壤水分传感器的设计与实现

为了达到以一种低成本方式实时采集土壤水分信息用于指导橘园的节水灌溉,根据土壤电阻率随土壤含水率变化的原理,设计了一种土壤水分传感器.为克服恒定直流电压测量时探针电极的极化效应的影响,提出了一种以H桥正反脉冲间歇电压信号作为激励信号的测量方法.采用无线收发模块CC2420,实现了传感器与上位机之间的无线通信与数据无线传输.利用电源管理技术和睡眠机制,提高了电池的使用寿命.对传感器进行了标定,并在土壤含水率为13.6％～50.2％的范围内进行了验证实验,结果表明:当土壤含水率在21.1％～41.5％范围内,测量的平均误差为2.8％;当土壤含水率小于21.1％或大于41.5％时,测量的平均误差为5.2％.     

非接触式物料水分传感器

为实现固体物料水分含量的在线监测,设计了基于频域反射原理的非接触式物料水分传感器。该传感器基于固体状物料含水量与介电常数的关系,利用电容式探头对介电常数的测量能力,通过水分变化关系实验建立了容积含水量与介电常数的数学模型,并完成了传感器的结构设计和电路设计。实验结果表明:该传感器实现了对固体颗粒状物料水分的准确测量,满足物料水分测量的实际需求。     

含水含盐土壤的微波介电特性分析研究

用微波网络分析仪测量了实验室制备的各种不同含水量,含盐量的土壤样品的复介电常数,研究了介电常数的实部和虚部与频率、盐度、含水量的关系,得出结论：频率、盐度对土壤介电常数的实部的影响很小,对于某一特定土壤,其介电常数的实部有土壤的含量决定;在较低频率范围内（f＜2GHz),虚部随着的频率增大而迅速下降,高频部分则趋向于一定值,当土壤潮湿含水时,实验结果表明,波长较长的波段,如P波段或L以段对土壤含盐程度具有更高的敏感性,其含盐量对虚部在较低频范围（f＜5GHz)影响很大;这为利用微波遥感进行土壤盐碱化程度监测,提供了可能和实验依据。     

电容式土壤水分传感器的研制

介绍了一种电容式土壤水分传感器的基本原理、工作特性及应用、在多种土壤中实验表明:它具有线性工作特性,适应面较广,精度较高,可实现有线遥测的优点。一般情况下,土壤种类、容重、含盐量对其影响较小。     

基于高频电容法的耕地土壤水分检测研究

利用土壤的介电特性对土壤的体积含水量进行测量.采用高频电容法作为测量方法,分别对红壤土、潮土、水稻土3种耕地土壤的含水量进行了测量.首先进行测量原理的分析,根据土壤测试极板的等效高频电气模型与固定电感相串联求得测量极板的等效电容值与串联谐振频率的关系.然后经过计算与电路仿真,绘出谐振频率与土壤体积含水量的理论关系曲线.最后通过实验对3种耕地土壤的实际含水量进行了测量,得到了实际测量与理论值的对比图.经过分析测量结果,证明实际测量结果符合理论推算,具有实际应用的价值.     

沥青混合料含水量集成检测系统设计与研究

为提高路面沥青混合料含水量测量装置精度,简化结构,提出一种1.5 GHz微带环结构的含水量传感器检测系统.因含水量不同,不饱和混合料介电常数变化,导致微带环有效介电常数发生改变,谐振频率偏移.通过谐振频率反演混合料介电常数,建立含水量与有效介电常数的线性关系求得沥青混合料含水量.研究工作包括算法分析、微带环结构设计仿真、系统软硬件集成设计.混合料样本(含水量0 ～ 30％)测试显示测量分辨率≤0.1％,误差≤1％,系统响应时间≤100 ns.这种新型传感器体积小、功耗低、精度高,适合路面测量.     

微波波段土壤的介电常数模型研究进展

介电常数反映了电介质与电磁波相互作用的特征。土壤介电常数是决定地表微波辐射散射特性的关键因素之一,是微波遥感研究中的一个关键参数。目前国内外对于土壤介电常数的研究已经持续很多年,建立多种土壤介电常数模型,包括理论模型、半经验模型和经验模型等。本文将详细介绍土壤介电常数的相关模型,指出了现有土壤介电常数模型存在的不足,并提出今后土壤介电常数模型的发展方向。     

微波透射法测量含水率的研究

基于微波透射法,设计了一套液液两相流(其中一相为水)的中高含水率测量系统,该系统与现有方法不同之处在于系统中设计的传感器减小了干扰效应,适于测量中高含水率液液两相流.根据测量介质合理选择测量频率,对实验数据曲线拟合,获得测量经验公式.实验结果表明:设计的装置可对含水率为30%～75%的液液两相流进行有效测量;采用测量经验公式,其测量精度高于5%.     

基于微波后向散射原理的介质调谐型薄膜温度传感器

针对恶劣环境表面温度测试需求,设计了一种基于微波后向散射原理的无线无源薄膜温度传感器.该传感器是金属贴片型的"三明治"结构,由HTCC氧化锆陶瓷和Ag金属层制备而成.采用耐高温微带天线进行测试,通过网络分析仪读取回波损耗和频率的关系,得出其谐振频率随温度升高而减小,是由氧化锆温度敏感介质的介电常数随温度升高而增大引起的,完成了感器在50 ℃~700 ℃的高温测试,平均灵敏度为96.63 kHz/℃,具有高Q值、外形小巧、结构简单的特点.     

基于信号波形幅度检测放大技术的电容式土壤水分传感器研究

土壤水分量测对于农田系统的评估和选择、水资源的合理利用是十分重要的。本文根据土壤水分与土壤相对介电常数的关系,基于信号波形幅度检测放大技术设计了一种电容式土壤水分传感器。在标准溶液样品、粘壤土、砂壤土、粘土土样中对本文提出的传感器进行测试。实验结果显示,传感器输出电压与被测介质含水量有良好的线性关系（R2=0.81~0.99）,传感器灵敏度受土质影响明显,实际应用中时需要根据土质进行校准,传感器功耗低,在2.5V供电电压下功耗低于8mW。本文设计的传感器可推广至精准农业系统应用中。