基于驻波率法的土壤水分传感器的研究与实现

发布时间：2023-06-01 04:48

　　随着现代装备技术的发展和农业大数据的需求,精准快速的土壤水分检测方法是农业现代化的发展基础,针对土壤水分数据在农业智能墒情检测中的应用,本文结合微波技术和传输线理论,围绕驻波率法,研究实现了通过检测驻波电压来间接检测土壤水分含量的方法。针对现有方法研究的不足,本文结合理论基础,以烘干法为标准,在传感器不同探针长度结构下,测量了标定土壤水分时的驻波电压,根据实验获得的散点数据进行了曲线拟合,根据拟合误差选取了最佳传感器探针长度。根据本文得出的数学模型对贵州壤土进行实验测试,并作数据对比,通过实验达到了传感器精度提升的目的。用贵州壤土得到的传感器模型测量湖北砂土,并分析测量误差,验证了本文研究的土壤水分传感器对不同类型土壤的通用性;与市场上常用的FD型土壤水分传感器作对比并分析测量误差,通过实验验证了本文所研究的土壤水分传感器在测量精度上的优势。通过分析环境温度对传感器理论模型中介电常数的影响,引入二维回归分析法对传感器进行了温度补偿,并与不同含水量的土壤进行了实验对比,验证了本文所用的温度补偿方法对土壤水分传感器在不同环境温度下精度的提升。针对土壤水分传感器在农业墒情和智能灌溉中的应用,...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 土壤水分传感器技术的发展趋势
    1.4 本文主要研究内容
    1.5 论文的组织结构
    1.6 本章小结
第二章 驻波率法测量土壤水分的理论分析
    2.1 现代土壤水分检测技术概述
    2.2 介电法测量土壤水分的理论基础
        2.2.1 土壤及电介质基础知识
        2.2.2 介电常数
        2.2.3 介电常数测量的通用模型
        2.2.4 土壤介电常数与土壤水分
        2.2.5 传感器信号源频率的选择
    2.3 基于驻波率原理的土壤水分测量方法
        2.3.1 传感器结构
        2.3.2 驻波电压和负载阻抗关系模型的建立
        2.3.3 探针阻抗和介电常数关系模型的建立
        2.3.4 探针的特征阻抗模型
    2.4 探针结构的理论分析
        2.4.1 探针直径和探针间距的选择
        2.4.2 探针长度的选择
    2.5 本章小结
第三章 土壤水分传感器建模与实验分析
    3.1 实验前的准备与实验环境介绍
    3.2 烘干法制作土壤样本
    3.3 土壤探针长度对比实验
        3.3.1 曲线的拟合方法
        3.3.2 土壤水分传感器探针长度的选择
    3.4 壤土的一致性实验
    3.5 砂土的对比实验
    3.6 FD型土壤水分传感器的对比实验
    3.7 本章小结
第四章 土壤水分传感器的温度补偿
    4.1 温度对土壤介电特性的影响
    4.2 温度补偿算法的确立
        4.2.1 硬件补偿和软件补偿
        4.2.2 二维回归分析法基本原理
        4.2.3 二维回归方程的建立
    4.3 土壤温湿度数据融合实验
        4.3.1 实验前的准备
        4.3.2 实验数据测试
        4.3.3 实验数据分析
    4.4 本章小结
第五章 土壤水分检测系统的研制
    5.1 土壤水分检测系统的硬件电路设计
        5.1.1 主控制器及电源电路设计
        5.1.2 信号源模块电路设计
        5.1.3 检波电路的设计
        5.1.4 其他电路设计
    5.2 土壤水分检测系统的软件设计
        5.2.1 开发环境介绍
        5.2.2 主程序
        5.2.3 其他程序模块
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
攻读学位期间科研成果和荣誉
图版



本文编号：3826652