当前位置:主页 > 科技论文 > 农业技术论文 >

土壤水分监测系统的研究

发布时间:2021-12-30 14:11
  我国是一个水资源紧缺的农业大国,农业生产所需用水量大,充足的土壤水分是保障农业高产的重要支撑力量。随着水资源的日益紧缺,节水农业的进行刻不容缓。此外,土壤水分含量也与泥石流、山体滑坡、洪涝等灾害息息相关。因此,及时准确地监测土壤水分含量,对作物的生长、地质灾害的预警等方面有至关重要的作用。目前对土壤水分监测的方法主要是通过人工现场测量,或通过探测仪器进行现场测量,但是测量精度相对不足,缺少智能化监测系统。针对上述问题,为达到对土壤水分进行快速准确地采集和实时监测的目的,本文通过对土壤水分监测方法、国内外研究现状与发展趋势进行研究分析,提出土壤水分监测系统研究。本文设计的土壤水分监测系统分为探测终端和监控终端两部分,通过对土壤的介电特性进行理论分析,确定采用驻波率法作为土壤含水量的测量方法并完成测量频率的选择。根据监测时所需的实际情况对探测终端的结构进行分析,完成探测终端的硬件与软件设计。采用多组金属圆环作为感知探头进行多深度监测,并对环形金属探头的结构进行有限元仿真分析与参数优选;采用DDS技术和时分多路检测法对探测终端的信号源和检测电路进行设计;采用太阳能供电的方式为探测终端供电;采... 

【文章来源】:长春理工大学吉林省

【文章页数】:81 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

土壤水分监测系统的研究


介质的色散和损耗

损耗角正切,介电常数,角频率,土壤


17图2.3介电常数、损耗角正切与角频率的关系2.2.3土壤介电特性现代物理理论范畴中,电介质不仅囊括各类非金属物质,同时规定部分特定金属可以归属于电介质范畴。这就可以判定,土壤必然归属于电介质范畴,同时由于其构成相对复杂,因此其同样属于较为繁冗复杂的电介质类型。土壤是由土壤颗粒、空气和水组成的多孔介质。土壤由于构成复杂,质地往往有所差异,因此介电常数必然有所不同,具体数值分布可见表2.1。常温下,土壤中淡水介电常数为81,其他物质除湿砂以及少数页岩以及粘土外,其余介电常数均低于10。由此可知,在固定范围内,水介电常数极为显著。因此对于土壤介电常数进行认知时,理应明确其主要基于含水量进行判断[56]。表2.1土壤主要成分的介电常数表土壤中介电物质温度介电常数空气01淡水2581湿砂2520~30页岩255~15干砂253~5石灰岩257~9粘土255~40干土254~8沥青253~5石英254.3

介电常数,水分,波长,土壤


19Dobson表征的是土壤的介电混合模型,表达式为:1"1(1)abasvfvvs"mm(2-12)式中,s为土壤内固体颗粒物的介电常数;b为土壤容重;s为土壤中固态物质的密度;"fv为土壤中水的介电常数实部。Dobson半经验模型虽然在准确性与实效性方面表现出色,然而其问题在于理论流程过于繁冗,具体实践过程中,更是需要展开相对应的大量储备,测量以及计算各类数据情况。同时亦是需要对于质量体积等关键数据进行过大假设处理,极大增加了测量工序并提高了测量成本。2)测试频率的影响针对土壤介电常数进行测量时,信号源通常选择电磁波脉冲或连续信号,受到电场影响,介质内正/负电荷会反向偏移出现极化,然而极化过程不可避免占用相应时间,介电常数受电磁波频率影响[58]。若测量频率较低,介电常数为实数,随着测量频率的不断升高,分子固有极化相较外场波动而言明显滞后,介电常数为复数,为角频率函数。()"()j"()(2-13)式中,"()为复土壤介电常数的实部,反映土壤的相对介电常数;"()为复土壤介电常数的虚部,反映介质的损耗。水分介电常数与波长关系如图2.4所示,土壤水分在受外电场作用下,必然出现强烈极化。波段λ处于0.1m-1m范围内(即频率处于300MHz-3GHz范围内),水的复介电常数实部"会发生明显改变,波段λ处于1m-3m范围内(即频率为100MHz-300MHz范围内,含义同上),"没有明显改变。图2.4水分介电常数与波长关系

【参考文献】:
期刊论文
[1]土壤水分测量技术研究及实现[J]. 王中金,张振强,李明放,孟晓东,胡锦涛.  科技与创新. 2019(24)
[2]设计用介电常数的表征方法考察与分析[J]. 朱泳名,葛鹰.  印制电路信息. 2019(12)
[3]基于电容式湿度传感器的砂土水分含量测定[J]. 田汇文,翟亚明,唐瑞,褚浩洋,缪婧娴.  节水灌溉. 2019(11)
[4]宇宙射线中子法在土壤水分监测研究中的应用进展[J]. 赵原,李晓鹏,纪景纯,邹晓娟,宣可凡,王伟鹏,刘建立.  生态与农村环境学报. 2019(05)
[5]同轴电极结构中非线性介质空间电荷极化与退极化暂态过程仿真研究[J]. 孙云龙,李忠华,索长友,郑欢.  电气工程学报. 2018(11)
[6]烘干称重法与TDR法观测土壤湿度的比较研究[J]. 杜敏晴,伍仁军,杨民烽,杜卫民,卞建锋,刘杨,郭仕平,刘刚才,刘守江.  水土保持应用技术. 2018(04)
[7]介质含水量与介电常数模型影响因素分析[J]. 赵贵章,徐远志,乔翠平,季长琦,史睿临.  工程勘察. 2018(07)
[8]物联网技术在农资经营服务网络体系建设中的应用研究[J]. 符纯华,张丽君,王晓晶.  标准科学. 2018(05)
[9]TDR法、干烧法及烘干法测定土壤含水量的比较研究[J]. 徐爱珍,胡建民,熊永,邹国庆,陈晓安.  水资源与水工程学报. 2018(02)
[10]土壤含水量测定方法综述[J]. 郭焘,于红博.  内蒙古科技与经济. 2018(03)

博士论文
[1]土壤水的监测技术方法与运移规律研究[D]. 贾志峰.长安大学 2014
[2]半干旱地区大型灌区水文生态系统动态监测与综合评价研究[D]. 乔长录.长安大学 2012
[3]非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究[D]. 孙宇瑞.中国农业大学 2000

硕士论文
[1]配电变压器智能监测技术及系统研究[D]. 严小强.东华理工大学 2019
[2]基于惯性传感器的老年人姿态监测系统设计[D]. 吴聪.山东大学 2019
[3]基于激光雷达的二维MEMS微镜驱动研究[D]. 黄明成.南京理工大学 2018
[4]基于驻波率法的土壤水分传感器的研究与实现[D]. 甘绪桐.贵州大学 2018
[5]田间土壤温度无线监测系统研究[D]. 赵松.东北农业大学 2017
[6]基于频率响应特性的平行板电容式土壤湿度检测研究[D]. 詹振海.太原理工大学 2017
[7]基于宇宙射线中子法的荒漠草原像元尺度土壤水分监测与验证[D]. 蔡静雅.中国水利水电科学研究院 2017
[8]基于探地雷达的土壤水遥感监测地面验证及尺度问题研究[D]. 卢奕竹.中国水利水电科学研究院 2017
[9]便携式土壤剖面水分传感器的设计与实现[D]. 钱竑州.南京农业大学 2017
[10]基于无线的省级自动土壤水分监测系统的设计和实现[D]. 徐晓琳.山东大学 2015



本文编号:3558359

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/3558359.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户eaac0***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com