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植物叶片含水量检测系统的设计

作　者: 冯睿
导　师: 刘九庆
学　校: 东北林业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 植物叶片微波技术含水量检测 HFSS仿真单片机
分类号: S274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

针对水资源缺乏与农业灌溉水浪费现象严重的问题,并为适应精量灌溉的趋势。本文提出：以植物叶片本身含水量作为一个参考指标,组成新型植物含水量检测系统。本论文对植物含水量检测系统的分析大体可分为三部分：首先,本论文介绍了微波测湿技术的原理,选择微波谐振腔法测量植物叶片含水量。详细论述了选择植物叶片为测量对象的原因,分析植物叶片含水量与谐振腔参数的关系；提出谐振腔参数测量的实验方法其次,本论文选取北方常见的丁香叶片作为实验对象,通过实验测得了正常成熟丁香叶片的介电常数；对矩形波导谐振腔的腔体参数进行设计,利用有限元分析软件HFSS进行优化分析,得到介电常数与S11参数、谐振频率、品质因数的关系,并对仿真结果加以分析。最后,分析了微波电路部分,并阐述了各个微波器件的功能；对检波后的电信号进行了放大、整流、滤波部分处理；对单片机系统进行了设计。本论文利用微波法测量植物叶片含水量,具有可靠性好,抗干扰能力强,不易受到叶片颜色的影响等特点,因此在植物领域微波法有广阔的前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 植物含水量检测的意义  8-9
  1.2 植物含水量测量方法研究现状  9-11
  1.3 含水量检测现状  11-14
    1.3.1 物料含水量测量方法分析  11-13
    1.3.2 微波法测量含水量的研究现状及分析  13-14
  1.4 本论文研究的条件与主要内容  14-16
2 微波测湿技术分析  16-26
  2.1 微波测湿技术原理分析  16-17
  2.2 微波测湿技术方法分析  17-20
  2.3 测量谐振腔参数的实验分析  20-25
    2.3.1 测量端口参数的实验分析  20-23
    2.3.2 测量谐振腔谐振频率与品质因数的实验分析  23-25
  2.4 本章小结  25-26
3 植物含水量检测分析  26-35
  3.1 测量植物含水量参数选择  26-29
  3.2 植物叶片介电常数与含水量关系分析  29-33
    3.2.1 叶片介电常数与含水量关系的理论分析  29-30
    3.2.2 分离叶片密度影响的分析  30-33
  3.3 植物叶片的选择  33-34
  3.4 本章小结  34-35
4 微波谐振腔的设计与仿真  35-47
  4.1 微波谐振腔简介  35-36
    4.1.1 微波谐振腔结构描述  35
    4.1.2 谐振腔的工作原理  35-36
    4.1.3 谐振腔的设计优点  36
  4.2 微波谐振腔的腔体设计  36-40
    4.2.1 谐振腔谐振频率与腔体尺寸关系  36-37
    4.2.2 谐振腔尺寸设计  37-38
    4.2.3 谐振腔中耦合膜片的设计  38-40
  4.3 利用HFSS软件仿真  40-46
    4.3.1 仿真软件HFSS的简介  40
    4.3.2 元件仿真涉及的问题  40-42
    4.3.3 矩形谐振腔内电磁场强度的计算及仿真  42-44
    4.3.4 介电常数的仿真  44-46
    4.3.5 谐振腔品质因数的计算  46
  4.4 本章小结  46-47
5 检测系统的设计  47-58
  5.1 微波谐振腔水分检测系统中微波器件的构成  47-48
  5.2 检测系统中信号处理部分的构成  48-52
    5.2.1 放大电路设计  49-50
    5.2.2 整流电路设计  50-51
    5.2.3 滤波电路设计  51-52
  5.3 单片机系统的构成  52-56
    5.3.1 CPU芯片的选择  52-53
    5.3.2 监控芯片  53-54
    5.3.3 AD转换芯片  54-55
    5.3.4 数码管  55-56
  5.4 本章小结  56-58
结论  58-59
参考文献  59-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-64
致谢  64-65

植物叶片含水量检测系统的设计

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