块茎电阻成像的物场电导特性与敏感场阻抗模型研究

发布时间：2019-09-09 16:49

【摘要】：摘要：电子农业和智能农业是我国农业发展的重要方向,将电阻层析成像技术应用于电子农业领域的块茎无损检测是一个新的研究课题,它具有广泛的应用前景和实用价值。基于电阻成像技术的块茎生长状态信息检测系统的研究成果将为农作物如马铃薯、番薯、芋和名贵中药材如人参、天麻等块茎植物新品种培育、科学合理种植、提高产量等提供强有力的可视化监测手段和分析工具。对于块茎植物的精细种植而言,可通过对块茎生长状态信息的抽样监测,甚至还可通过无线传感器网络实现远程监控,做到合理有效地浇水、施肥和病虫害防治等,这对低碳经济、绿色环保与食品安全等具有重大意义。本论文在电阻层析成像(ERT)技术的基础上研究土壤环境下块茎电阻成像系统(TERT),分析了阵列电极形状和电极材料对系统的影响,探讨了相邻激励和相对激励两种模式下系统激励／测量信号的选择,为TERT系统的深入研究和硬件搭建提供了理论依据。通过对土壤多相介质环境的电导特性和马铃薯块茎生长条件的研究,并采用美国METTLED TOLEDO公司生产的S230电导率仪对土壤多相介质和块茎进行了电导率测量,建立了土壤电导率与土壤含水量的数学模型,从而为正问题仿真参数的设置和敏感场阻抗模型的建立提供了指导作用。基于COMSOL软件对块茎电阻成像的正问题进行了仿真研究。建立了土壤多相介质仿真模型,分析研究物场在不同条件下,如含水量多少、有无块茎、块茎的生长阶段和块茎个数等参量对敏感场电学特性分布的影响。根据以上的实验和仿真结果,得出了敏感场土壤电阻值。研究建立敏感电极、块茎生长的导电土壤多相介质和电流激励／测量所构成的交流阻抗模型,分析了输入／输出的频率特性。本论文的创新和贡献点主要有：基于土壤多相介质环境和块茎的电导测试研究,建立了在适宜马铃薯块茎生长条件下,土壤电导率和土壤含水量之间的数学模型关系式,为后续的硬件电路和算法的设计提供了重要的理论指导。
【图文】：

电极形状

阻成像系统中电极及敏感阵列是很重要的部分。作为激励统懫集信息的最初的来源，其性能直接影响懫集数据的精质量。因此，电极阵列的结构、材料对电阻层析成像系统的选择。TERT系统，，其电极深埋于地下，土壤对电极的因素。因此在对电极设计时，需要考虑到以下几点。要具有比较稳定的化学性能，处于土壤环境中的阴极反应（马铃薯）生长的土壤环境以偏酸性为主，因此电极材料烛特性。材料要具有非常好的导电性能，电极的电导率要远高于土极表面是等势面。要深埋入土壤环境中，所以其应具有一定的耐磨性。的选择。电极形状对敏感场特性的分布有着重要的影响。常见的电极形状一般有圆形电极，点电极，方形电极和复

测量模式,激励电极

相对激励/测量模式，电流从处于直径两端的电极注入，建立起了电学敏感场，对其余电极对进行测量，如图2.4(b)。相对激励测量模式的选择通常有两种方式。(1)选择与激励电极耻邻的电极作为参考电极，将参考电极与其余的非激励电极组成电极对，依次测量边界电压。然后换下一对相对电极最为激励电极，切换参考电极，测量边界电压。重复以上步骤，直到所有的相对电极对都做过激励源。对于N个电极系统，其最终可获得（N-3) xN/2个独立的测量值。(2)不选择参考电极，在非激励电极上进行测量，对N个电极系统则有（N-4)xN/2个独立的测量值，如果包括在激励电极上的测量则有（3N-2) xN/8个测量值。本课题选用的激励/测量方式是相邻激励模式，系统设计的阵列电极为6层
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S126;TP391.41

【参考文献】