土壤LF-UHF波段介电特性与含水量频域测定方法研究
发布时间：2023-04-02 20:38
土壤含水量的准确测定是农业工程学科的重要研究内容之一。土壤含水量测定方法很多，其中频域介电传感器以其成本低廉、容易实现自动化等特点，现已成为土壤水分自动化监测的主要设备。然而，土壤频域介电传感器的测量精度和适应性还有待提高，其原因主要是土壤频域介电特性的复杂性，因此开展土壤频域介电特性研究不仅能丰富土壤介电特性理论，对提高土壤频域介电传感器精度和适应性等都有重要意义。 本文研究了土壤极化机理，分析了探头结构对土壤介电常数测量的影响，确定了一种10mm间距、28mm长的7针探头，应用矢量网络分析仪，对4种土壤进行了LF～UHF（1MHz～3GHz）频段介电特性研究，分析了不同质地、不同含水量、不同温度和不同含盐量情况下的复介电常数和表观介电常数频谱特性，研究了1M～3GHz频段内土壤极化弛豫过程和机理，确定了土壤水分介电测量的理想频段；研究了温度、盐分等对土壤混合极化、传导电流的影响，分析了土壤不同测量频段的极化特点及完全干燥土壤的介电噪声等问题。在上述研究基础上，结合电磁测量理论，开发了75MHz新型土壤水分传感器，经过测试，其精度和适应性较高，具有很好的应用潜力。本文研究主要结论如下...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 土壤含水量测定常用方法
1.2.2 介电法量测技术国外研究进展
1.2.3 介电法量测技术国内研究进展
1.3 本文研究内容
1.4 研究技术路线
第二章 土壤介电理论基础及测量系统
2.1 介质极化的概念
2.2 极化机理及类型
2.3 土壤理化及其介电特性
2.3.1 土壤理化特性
2.3.2 干燥土壤的介电特性
2.3.3 土壤水的物理特性
2.3.4 土壤中水的存在形式及极化特性
2.3.5 土壤中水的介电特性
2.4 土壤混合极化模型基础
2.5 电磁场中的介电损耗
2.5.1 复介电常数
2.5.2 介电弛豫
2.5.3 频率、温度对介电损耗的影响
2.6 介电测量系统
2.6.1 介电测量系统理论基础
2.6.2 矢量网络分析仪
2.7 介电测量数学模型
2.8 本章小结
第三章 探头结构对介电测量的影响及其优化设计
3.1 探头设计的理论模型
3.1.1 双导线结构模型
3.1.2 同轴线结构模型
3.2 探头电磁场分布及敏感区域分析
3.2.1 不同结构探头的电磁场分析
3.2.2 七针探头测量敏感区域分析及数值计算
3.2.3 探头连接件阻抗匹配设计
3.3 探针结构对土壤介电常数测量的影响
3.3.1 探针间距对土壤介电谱测量的影响
3.3.2 探针长度对土壤介电谱测量的影响
3.4 本章小结
第四章 土壤频域介电特性测量和分析
4.1 土壤介电特性测量的试验方法
4.1.1 土壤含水量的表示方式
4.1.2 试验所用土样的制备
4.1.3 试验测量仪器的准备
4.2 土壤介电常数测量误差控制分析
4.3 土壤含水量对介电特性的影响
4.3.1 土壤复介电常数实部与土壤含水量的关系分析
4.3.2 土壤复介电常数虚部与土壤含水量的关系分析
4.3.3 土壤表观介电常数与土壤含水量的关系分析
4.3.4 干燥土壤介电噪声现象及分析
4.4 土壤质地对介电特性的影响规律
4.4.1 土壤复介电常数与土壤质地的关系分析
4.4.2 土壤表观介电常数与土壤质地的关系分析
4.5 土壤温度对介电特性的影响规律
4.5.1 土壤复介电常数与温度的关系分析
4.5.2 土壤表观介电常数与温度的关系分析
4.6 土壤盐分对介电特性的影响规律
4.6.1 土壤复介电常数与含盐量的关系分析
4.6.2 土壤表观介电常数与含盐量的关系分析
4.7 本章小结
第五章 土壤含水量频域测量模型建立
5.1 土壤含水量介电测量经验模型的建立和分析
5.2 不同模型计算土壤含水量的比较分析
5.3 弛豫频率法测量土壤含水量的方法
5.4 本章小结
第六章 土壤水分频域传感器研制
6.1 电路设计基础
6.2 电路原理及制作
6.3 传感器调试及测试
6.4 本章小结
第七章 结论和建议
7.1 本文主要结论
7.2 进一步研究的建议
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3779909
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 土壤含水量测定常用方法
1.2.2 介电法量测技术国外研究进展
1.2.3 介电法量测技术国内研究进展
1.3 本文研究内容
1.4 研究技术路线
第二章 土壤介电理论基础及测量系统
2.1 介质极化的概念
2.2 极化机理及类型
2.3 土壤理化及其介电特性
2.3.1 土壤理化特性
2.3.2 干燥土壤的介电特性
2.3.3 土壤水的物理特性
2.3.4 土壤中水的存在形式及极化特性
2.3.5 土壤中水的介电特性
2.4 土壤混合极化模型基础
2.5 电磁场中的介电损耗
2.5.1 复介电常数
2.5.2 介电弛豫
2.5.3 频率、温度对介电损耗的影响
2.6 介电测量系统
2.6.1 介电测量系统理论基础
2.6.2 矢量网络分析仪
2.7 介电测量数学模型
2.8 本章小结
第三章 探头结构对介电测量的影响及其优化设计
3.1 探头设计的理论模型
3.1.1 双导线结构模型
3.1.2 同轴线结构模型
3.2 探头电磁场分布及敏感区域分析
3.2.1 不同结构探头的电磁场分析
3.2.2 七针探头测量敏感区域分析及数值计算
3.2.3 探头连接件阻抗匹配设计
3.3 探针结构对土壤介电常数测量的影响
3.3.1 探针间距对土壤介电谱测量的影响
3.3.2 探针长度对土壤介电谱测量的影响
3.4 本章小结
第四章 土壤频域介电特性测量和分析
4.1 土壤介电特性测量的试验方法
4.1.1 土壤含水量的表示方式
4.1.2 试验所用土样的制备
4.1.3 试验测量仪器的准备
4.2 土壤介电常数测量误差控制分析
4.3 土壤含水量对介电特性的影响
4.3.1 土壤复介电常数实部与土壤含水量的关系分析
4.3.2 土壤复介电常数虚部与土壤含水量的关系分析
4.3.3 土壤表观介电常数与土壤含水量的关系分析
4.3.4 干燥土壤介电噪声现象及分析
4.4 土壤质地对介电特性的影响规律
4.4.1 土壤复介电常数与土壤质地的关系分析
4.4.2 土壤表观介电常数与土壤质地的关系分析
4.5 土壤温度对介电特性的影响规律
4.5.1 土壤复介电常数与温度的关系分析
4.5.2 土壤表观介电常数与温度的关系分析
4.6 土壤盐分对介电特性的影响规律
4.6.1 土壤复介电常数与含盐量的关系分析
4.6.2 土壤表观介电常数与含盐量的关系分析
4.7 本章小结
第五章 土壤含水量频域测量模型建立
5.1 土壤含水量介电测量经验模型的建立和分析
5.2 不同模型计算土壤含水量的比较分析
5.3 弛豫频率法测量土壤含水量的方法
5.4 本章小结
第六章 土壤水分频域传感器研制
6.1 电路设计基础
6.2 电路原理及制作
6.3 传感器调试及测试
6.4 本章小结
第七章 结论和建议
7.1 本文主要结论
7.2 进一步研究的建议
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3779909
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