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基于高频电场的土壤水分传感器研究
作 者: 唐洋
导 师: 李光林
学 校: 西南大学
专 业: 农业电气化与自动化
关键词: 土壤水分 介电常数 电场 传感器 微控制器
分类号: S152.7
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 146次
引 用: 3次
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内容摘要
我国水资源紧缺,农业生产用水量大,研究土壤水分的快速测量技术,对合理灌溉、精量灌溉,以及节约淡水资源和提高农作物产量均具有十分重要的意义。为了实现土壤水分的快速检测,对国内外土壤水分测量现有方法与研究现状进行了分析。以土壤介电特性为契入点,通过对土壤介电特性的理论分析,表明利用介电常数来测量土壤含水量是一种灵敏度高、适应面宽、受土壤理化特性空间变异影响较小的快速测量方法。在分析研究电容传感器工作原理的基础上,确定了变介质电容传感器的研究方案,研究了一种基于高频电场法的土壤水分传感器。设计了基于电容传感器模型的探针和传感器的硬件电路。选用有源晶振作为信号源;用高频二极管设计了检波电路;以AT89C51设计微控制系统,编制了系统应用程序。该系统集数据处理与结果显示功能为一体。实验研究了电容法测量土壤水分含量与信号源频率关系。对于供试的紫色土,传感器信号源频率不同对土壤水分测量结果影响很大,该电容传感器选用最佳测试频率为100MHz。利用烘干法测量土壤含水量值作为标准,测量对应的传感器探头输出电压信号,采用最小二乘法对数据进行回归分析,完成对传感器的标定。对传感器的精确度、重复性和稳定性进行测试,结果表明传感器具有较好的精确度、重复性和稳定性,因此该传感器可以实现对土壤水分的实时测量。
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全文目录
摘要 6-7 ABSTRACT 7-8 第1章 文献综述 8-16 1.1 土壤水分分类及表示方法 8-9 1.1.1 土壤水分分类 8 1.1.2 土壤水分表示方法 8-9 1.2 土壤水分测量研究历史与进展 9-14 1.2.1 烘干称重法 9 1.2.2 负压计法 9-10 1.2.3 射线法 10-12 1.2.4 介电法 12-14 1.2.5 电容法 14 1.3 发展趋势 14-16 第2章 绪论 16-18 2.1 研究的背景及意义 16-17 2.2 研究的主要内容 17 2.3 技术路线 17-18 第3章 理论基础 18-26 3.1 土壤水分介电测量的理论基础 18-22 3.1.1 电介质的极化及介电常数 18-19 3.1.2 介电弛豫和德拜方程 19-20 3.1.3 土壤介电特性 20-21 3.1.4 测试频率的确定 21-22 3.2 传感器模型 22-26 3.2.1 平行板电容器及等效电路 22-23 3.2.2 电容传感器数学模型 23-26 第4章 传感器的设计 26-36 4.1 硬件结构 26-34 4.1.1 探头结构 26-27 4.1.2 信号源电路 27 4.1.3 检波电路 27-29 4.1.4 A/D转换 29-31 4.1.5 LED显示 31 4.1.6 单片机处理系统 31-34 4.2 软件框图 34-36 第5章 传感器标定 36-44 5.1 传感器高频信号源最佳频率 36-40 5.2 土壤含水率与电压数学模型 40-44 第6章 传感器性能测试及分析 44-48 6.1 准确度试验 44 6.2 重复性试验 44-45 6.3 稳定性试验 45-48 第7章 结论与讨论 48-50 7.1 结论 48 7.2 讨论 48-50 参考文献 50-52 致谢 52-54 附录 54-58 发表论文 58
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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 土壤物理学 > 土壤水分
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