基于含水率与温度补偿的土壤pH值在线实时检测系统
发布时间：2020-12-03 05:55
土壤酸碱度是土壤的重要参数之一,直接影响植物的生长发育。论文设计了一种土壤pH值实时检测系统,并针对土壤pH值测量过程中受土壤含水率和温度影响大的问题,设计了相应的补偿方案。论文综合分析土壤pH值、含水率以及温度的测量方法与原理,结合测量精度、实时性和便捷性,选择出最适合本文的方法。根据不同的测量方法设计对应的检测模块电路,通过合理分布电路和分时供电消除模块间的电磁干扰,结合硬件需求和兼容性设计采集电路,构成完整的硬件系统。配合硬件系统设计了一套软件程序,实现数据采集、显示、存储及通讯等功能。同时,利用最小二乘法对土壤pH值和土壤含水率、温度的测量结果进行线性分析,得到补偿模型,以此模型设计算法补偿土壤pH值的测量误差。针对硬件系统的性能,设计了一系列试验,包括标定对比试验、稳定性试验、水分阈值试验和误差补偿试验。试验结果表明,与市场产品ZD-18型土壤酸度计、HYSWR-ARC-12V型土壤含水率传感器、水银温度计对比研究得出,3项指标线性拟合决定系数均达到0.99以上,证明本系统性能与成型产品相当;为了确保土壤pH值测量在自然环境下的适用性,同时探索了其使用过程中土壤含水率的阈值与...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１滴定法示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｉｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ??
方法的基础上，更为先进的光纤ｐＨ值检测法问世。上，通过检测指示剂的光吸收或反射变化来确定被类似，关键技术是将指示剂固定在光纤的一端上，溶液ｐＨ值，而不是肉眼观察比对。这类方法适用件有一定的要求。??术的快速发展，很多高新技术也引入了光纤ｐＨ值体共振、模式滤光检测等，这些技术在检测过程中便携性（陈鑫、顾铮，２０１１）。??感场效应管电极法??效应管电极法（丨ＳＦＥＴ）是上世纪７０年代，由学者Ｈ值测量方法（Ｂｅｒｇｖｅｌｄ，１９７０）。这种方法的原理离子敏感的薄膜，在测量时，离子敏感膜与被测溶电势，然后根据Ｎｅｍｓｔ方程建立此电势转与特定度。当离子敏感膜的敏感对象为Ｈ?＋时，离子敏感
早期玻璃电极和甘汞电极体积较大，一般用于例如污水ｐＨ值测量等固定测量的??情况，经过几十年的技术发展，目前常用的基于玻璃电极法的ｐＨ测量仪器己经将玻??璃电极和参比电极集成至一个探头中，如图２．３所示。??目前的技术工艺己经基本解决了旧式玻璃电极测量法的传输误差、干扰误差大的??问题，但是玻璃电极还存在其他问题。探头比较脆弱，难以用于恶劣环境测量；而在??玻璃电极测量后，表面残留的化学物质易形成隔绝层，严重影响电极的测量精度，所??以需要频繁清理探头。??ｋ?Ｉ．．：．．．．：．??图２．３玻璃电极实物图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｇｌａｓｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??２．１．２．５金属电极法??金属电极法中使用最为广泛的是锑－氧化锑电极（简称锑电极），因此以锑电极为??例介绍金属电极法。??锑电极由高纯度电解锑的反应电极和参比电极两部分组成，如图２．４所示。??１?Ｋ￣?Ａ?Ｅ＼?—＾?２??／?！?ｊ／??１：参比电极?２：锑－氧化锑电极??图２．４锑电极探针示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｐｒｏｂｅ??锑（Ｓｂ）在空气中性状稳定，其难溶于水，但会和水起微量化学反应。锑电极与??被测溶液接触后，会在其表面形成一层氧化锑（Ｓｂ２０３）薄膜，Ｓｂ与Ｓｂ２０３之间会形??成电位差，其大小取决于Ｓｂ２０３的浓度，而Ｓｂ２０３的浓度又与被测溶液中的Ｈ＋浓度相??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于土壤蓄热的日光温室逆温现象分析[J]. 张传坤,魏珉,徐平丽. 沈阳农业大学学报. 2019(01)
[2]基于振动能量采集的无源温度传感技术研究[J]. 吴吉,王增彬,王流火,吕鸿,陈义龙,马志钦,余欣,汪进锋,杨贤,孙帅,唐瑛,庞小峰. 广东电力. 2018(12)
[3]基于光谱指数的绿洲农田土壤含水率无人机高光谱检测[J]. 王敬哲,丁建丽,马轩凯,葛翔宇,刘博华,梁静. 农业机械学报. 2018(11)
[4]用电位法测定土壤pH值[J]. 王瑞琨. 山西化工. 2018(03)
[5]农业土壤含水率监测及灌溉系统研究——基于物联网模式[J]. 宋艳,黄留锁. 农机化研究. 2017(04)
[6]几种土壤参数测定仪器的实验室标定[J]. 徐倩,刘玉春,潘秋艳,姜红安,李晶. 南水北调与水利科技. 2017(02)
[7]基质水分检测技术应用与展望[J]. 柳军,孟力力,虞利俊. 江苏农业科学. 2017(02)
[8]土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性影响[J]. 金世杰,费良军,傅渝亮,王锦辉,钟韵,陈琳. 水土保持学报. 2016(05)
[9]sevenMulti型PH综合测定仪测定土壤PH值及土壤酸碱度探讨[J]. 闫爱云,王建绣,张瑞仙,雷守成. 疾病监测与控制. 2016(04)
[10]土壤酸碱度测定方法的差异研究与探讨[J]. 刁硕,王红旗,邱晨. 环境工程. 2015(S1)
博士论文
[1]热探针方法测量土壤水热特性的改进研究[D]. 温敏敏.中国农业大学 2018
[2]铱氧化物pH电极制备、响应机理及其应用研究[D]. 黄菲菲.北京科技大学 2016
硕士论文
[1]土壤多参数复合传感器的研究与系统开发[D]. 李宁.北京林业大学 2016
本文编号：2896095
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１滴定法示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｉｔｒａｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ??
方法的基础上，更为先进的光纤ｐＨ值检测法问世。上，通过检测指示剂的光吸收或反射变化来确定被类似，关键技术是将指示剂固定在光纤的一端上，溶液ｐＨ值，而不是肉眼观察比对。这类方法适用件有一定的要求。??术的快速发展，很多高新技术也引入了光纤ｐＨ值体共振、模式滤光检测等，这些技术在检测过程中便携性（陈鑫、顾铮，２０１１）。??感场效应管电极法??效应管电极法（丨ＳＦＥＴ）是上世纪７０年代，由学者Ｈ值测量方法（Ｂｅｒｇｖｅｌｄ，１９７０）。这种方法的原理离子敏感的薄膜，在测量时，离子敏感膜与被测溶电势，然后根据Ｎｅｍｓｔ方程建立此电势转与特定度。当离子敏感膜的敏感对象为Ｈ?＋时，离子敏感
早期玻璃电极和甘汞电极体积较大，一般用于例如污水ｐＨ值测量等固定测量的??情况，经过几十年的技术发展，目前常用的基于玻璃电极法的ｐＨ测量仪器己经将玻??璃电极和参比电极集成至一个探头中，如图２．３所示。??目前的技术工艺己经基本解决了旧式玻璃电极测量法的传输误差、干扰误差大的??问题，但是玻璃电极还存在其他问题。探头比较脆弱，难以用于恶劣环境测量；而在??玻璃电极测量后，表面残留的化学物质易形成隔绝层，严重影响电极的测量精度，所??以需要频繁清理探头。??ｋ?Ｉ．．：．．．．：．??图２．３玻璃电极实物图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｇｌａｓｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??２．１．２．５金属电极法??金属电极法中使用最为广泛的是锑－氧化锑电极（简称锑电极），因此以锑电极为??例介绍金属电极法。??锑电极由高纯度电解锑的反应电极和参比电极两部分组成，如图２．４所示。??１?Ｋ￣?Ａ?Ｅ＼?—＾?２??／?！?ｊ／??１：参比电极?２：锑－氧化锑电极??图２．４锑电极探针示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｐｒｏｂｅ??锑（Ｓｂ）在空气中性状稳定，其难溶于水，但会和水起微量化学反应。锑电极与??被测溶液接触后，会在其表面形成一层氧化锑（Ｓｂ２０３）薄膜，Ｓｂ与Ｓｂ２０３之间会形??成电位差，其大小取决于Ｓｂ２０３的浓度，而Ｓｂ２０３的浓度又与被测溶液中的Ｈ＋浓度相??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于土壤蓄热的日光温室逆温现象分析[J]. 张传坤,魏珉,徐平丽. 沈阳农业大学学报. 2019(01)
[2]基于振动能量采集的无源温度传感技术研究[J]. 吴吉,王增彬,王流火,吕鸿,陈义龙,马志钦,余欣,汪进锋,杨贤,孙帅,唐瑛,庞小峰. 广东电力. 2018(12)
[3]基于光谱指数的绿洲农田土壤含水率无人机高光谱检测[J]. 王敬哲,丁建丽,马轩凯,葛翔宇,刘博华,梁静. 农业机械学报. 2018(11)
[4]用电位法测定土壤pH值[J]. 王瑞琨. 山西化工. 2018(03)
[5]农业土壤含水率监测及灌溉系统研究——基于物联网模式[J]. 宋艳,黄留锁. 农机化研究. 2017(04)
[6]几种土壤参数测定仪器的实验室标定[J]. 徐倩,刘玉春,潘秋艳,姜红安,李晶. 南水北调与水利科技. 2017(02)
[7]基质水分检测技术应用与展望[J]. 柳军,孟力力,虞利俊. 江苏农业科学. 2017(02)
[8]土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性影响[J]. 金世杰,费良军,傅渝亮,王锦辉,钟韵,陈琳. 水土保持学报. 2016(05)
[9]sevenMulti型PH综合测定仪测定土壤PH值及土壤酸碱度探讨[J]. 闫爱云,王建绣,张瑞仙,雷守成. 疾病监测与控制. 2016(04)
[10]土壤酸碱度测定方法的差异研究与探讨[J]. 刁硕,王红旗,邱晨. 环境工程. 2015(S1)
博士论文
[1]热探针方法测量土壤水热特性的改进研究[D]. 温敏敏.中国农业大学 2018
[2]铱氧化物pH电极制备、响应机理及其应用研究[D]. 黄菲菲.北京科技大学 2016
硕士论文
[1]土壤多参数复合传感器的研究与系统开发[D]. 李宁.北京林业大学 2016
本文编号：2896095
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