不同频率激励信号下土壤水分传感器性能试验

激励信号频率是影响高频电容式土壤水分传感器性能的重要因素。利用去离子水和2—异丙氧基乙醇(2—isoproxyethanol)或二氧六环(dioxane)2种溶液混合,配制了一系列等效土壤体积含水率为0.9%~51.8%的待测介电溶液来替代土样。从与土壤含水率的函数关系、温度变异性2个方面,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100 MHz的7种土壤水分传感器进行了性能测试与分析。结果表明:7种频率的传感器的输出电压均与土壤体积含水率呈线性负相关,其相关系数R2均大于0.94;激励信号频率不影响传感器输出电压的温度变异性,温差是影响温度变异性的主要因素,其最大变异率均小于4%。试验结果可为设计高频电容式土壤水分传感器时选择激励信号频率提供依据。     

介电溶液测试土壤水分传感器性能的实证研究

利用土壤等效介电溶液代替土壤测试与评估土壤水分传感器的性能,具有便捷、快速的优点。为验证传感器在介电溶液中的测试结果是否与实际土壤中一致,利用去离子水和2—异丙氧基乙醇(2-isoproxyethanol)或二氧六环(dioxane)2种溶液混合,配制了一系列等效土壤体积含水率为0.9%~51.8%的待测介电溶液,同时取广州地区的典型红壤和雷州半岛的典型砖红壤,配制一系列与介电溶液等效含水率相对应的土样,分别从电气特性、与土壤含水率的函数关系、温度变异性和稳定性4个方面测试传感器的性能,并将介电溶液中的测试结果与2种土样中比较。实验结果表明:介电溶液中的测试结果与红壤和砖红壤中基本上一致,介电溶液在某种程度上可以代替土样进行土壤水分传感器的性能测试。     

一种新型的混合平面结构电导率传感器的设计与实现

基于水体-电极系统的机理分析,设计并实现了一种新型的电导率传感器.传感器采用平面矩形线圈与叉指电极混合结构.通过搭建自动化实验平台,采用交流阻抗技术,对研制的传感器进行实测,以获得传感器在不同溶液、不同频率信号激励下的阻抗数据.经过与商用电导率传感器进行数据拟合,找出了阻抗数据与电导率之间的函数关系.实验证明,该电导率传感器是一种灵敏度高、稳定性强的测量工具,其测量精度达到了商用传感器标准,为水溶液电导率的测量提供了一个低成本的解决方案.     

基于FDR原理的自动灌溉系统设计

利用土壤的介电特性测量土壤含水量是一种快速、简便、可靠的方法。根据频域反射(FDR)法测量原理,电磁波在土壤中的传播频率可用来测试土壤的介电常数,从而得到土壤容积含水率,设计出了一种基于FDR原理的自动灌溉系统,介绍了FDR测量原理,阐述了自动灌溉系统的软硬件构成,土壤水分传感器测得的土壤水分含量信息,经信号处理,输出为0~5V电压信号,经A/D转换送至AT89S52单片机进行判断处理,根据输出数值的大小控制电磁阀的通断时间,从而实现自动灌溉和节水灌溉的目的。试验表明:该系统工作稳定,控制准确,反应灵敏,满足自动灌溉要求。     

基于V/I转换电路与锁相放大器的磁阻抗测量系统

为了实现GMI传感器的低成本及便携式应用,一种新型的GMI传感器检测系统被提出并研究,新型GMI传感器检测系统由信号源、V/I转换电路及锁相放大器构成。在1 MHz到10 MHz的激励信号频率范围内,利用新型检测系统对NiFe/Cu/NiFe三明治结构的GMI传感器进行了测量,并且与惠普公司4194A型阻抗分析仪在相同条件下的测量结果进行了比对分析,在频率为6 MHz时比较结果显示该系统的误差范围小于1.5%。     

一种基于双频率电导率测量方法的研究

提出了一种水电导率的双频率测量方法.该方法通过在电导池上施加两个合适的正弦频率信号,测出两种频率下的阻抗的模,由处理单元解算出水的实际电阻,再由公式求得被测溶液电导率值.双频测定法不存在理论误差,消除了交流测定法中电容效应和极化效应给电导率测量精度带来的影响,能实现精确测量的目的.     

盐渍土介电特性及模型改进研究

基于控制试验对配制的具有不同含水量和含盐量的土壤样本进行介电特征量测和分析,同时结合Stogryn盐水介电模型和土壤溶液离子浓度、电导率、含水量和含盐量等参数对介电常数虚部的影响,将饱和度这个关键参量引入盐渍土介电模型中,提高盐渍土介电模型模拟精度。结果表明：①当土壤体积含水量较低时,土壤含盐量对介电常数的实部和虚部均未产生明显的作用。当土壤体积含水量较高时,介电常数实部则随着土壤含盐量的增加呈逐渐下降趋势,介电常数虚部以增加态势为主;②修正后的盐渍土介电模型可以较好地刻画介电常数变化特征。此外,将修正后的模型在白银采样点进行验证,同样取得较好的模拟结果,表明修正后的盐渍土介电模型对不同土壤类型具有一定的适用性。     

基于SOPC电导率测量方法研究与实现

传统的电极性传感器对水溶液电导率测量方法忽视了电导池中的电容效应,从而导致了测量精度不高。针对这个问题,提出了基于SOPC电导率测量系统,使用选频电导率测量方法,硬件系统使用SOPC系统,此系统是整个测量系统的核心。系统还设计了方波激励信号发生器、信号放大电路、量程切换电路等硬件电路,不但能够减小极间电阻的影响,同时也能排除引线电容对电导率测量的影响。测试结果表明,此系统电导率相对误差可以达到0.5%以下,并且还具有成本低、抗干扰能力强和在线升级的优点。     

气压传感器信号采集与非线性校正

利用电激励谐振筒式气压传感器测量气压,电激励谐振筒式气压传感器输出信号的频率与气压呈非线性关系,且与环境温度有关。通过对信号进行分频准确测量出信号的周期和频率,A/D转换测量环境温度进行温度补偿,用曲线拟合法准确计算出气压,气压测量的范围为450~1 100 hPa,测量误差小于0.3 hPa。     

基于微环形阵列电极的细胞分离富集芯片的设计与实验研究

根据介电泳操作原理,设计了微环形阵列电极结构,建立了细胞分离富集芯片模型,采用COMSOL软件分析微环形阵列电极的电场分布和介电泳力方向并确定了最大和最小电场强度的位置,利用ITO玻璃和PDMS制备了细胞分离富集芯片.通过酵母菌细胞的介电泳富集实验和酵母菌细胞与聚苯乙烯小球的分离富集实验,明确了酵母菌细胞的临界频率,实现了酵母菌细胞和聚苯乙烯小球的分离富集.结果显示,在溶液电导率为60μs/cm,交流信号电压为8Vp-p时,酵母菌细胞在1kHz~45kHz频率范围内做负介电泳运动并富集在环形内部,45kHz为酵母菌细胞的临界频率,在45kHz~10MHz频率范围内做正介电泳运动并富集在环形边缘;1.5MHz时聚苯乙烯小球做负介电泳运动并富集在环形内部,富集倍数达到11.66.     

Pixel-scalesoil Moisture Monitoring Network and Its Preliminary Validation of L-band Soil Moisture Products

Soil moisture is a key variable in the process of crop growth,ground-air water heat exchange and global water cycle,which plays an important role in drought monitoring,hydrological land surface processes and climate change.Passive microwave remote sensing has become the main means of monitoring soil moisture with the sensitivity to soil moisture.In this study,the authenticity test of SMAP（Soil Moisture and Active and Passive） and SMOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）passive microwave soil moisture products using the soil moisture sensor network monitoring data carried out against the underlying surface of farmlands in Jilin Province was carried out.The following conclusions were obtained：（1）Compared with the in situ measured data,SMOS L3(ascending and descending overpasses) and SMAP L3 passive microwave soil moisture products generally underestimated the ground data,but With the occurrence of rainfall events,there will be the phenomenon which is the value of soil moisture products is higher than the in situ data; although the unbiased root mean square error (unRMSE) of the two soil moisture products was greater than 0.07 m3/m3,the unRMSE of SMAP passive microwave soil moisture product data which was 0.078 m3/m3 was slightly lower;（2）Since the depth of induction of the L-band is lighter than the depth of detection of the sensor(5cm),and the dryness of the soil surface after rainfall causes the vertical inhomogeneity of soil moisture,which is one of the reasons why SMOS and SMAP passive microwave soil moisture products underestimate soil moisture; （3）SMOS has a higher value than the range of SMAP brightness temperature,which may be caused by radio frequency interference (RFI),which makes the error of soil moisture Retrieval and affects the validation accuracy.The comparison of bright temperature distribution of SMOS and SMAP shows that the effect of RFI on SMOS is more serious due to the influence of electromagnetic radio frequency interference (RFI),which may be the reason why the RMSE of soil moisture product of SMOS is higher than that of passive microwave soil moisture product of SMAP.     

应用于无源RFID标签的BICMOS温度传感器

基于IBM 0.18μm SiGe BICMOS工艺,采用温度脉冲转换方式设计了一种应用于无源RFID标签的温度传感器。与绝对温度呈正比(PTAT)的电流源和电流饥饿环型振荡器产生频率与温度呈正相关的振荡信号,作为计数器的时钟信号;用数字模块对接收的帧头代码进行处理得到一个宽度为200μs的脉冲信号,作为计数器的使能信号;利用时域数字量化方式就可以得到不同温度下的数字信号。温度传感器总面积为0.03 mm2,温度在-100~120℃范围内变化时,振荡器输出频率范围由800 kHz~1.8 MHz。在1.8 V电源电压下,温度传感器平均输出电流约为13μA,芯片测试结果的有效分辨率可以达到0.864 LSB/℃。     

基于FDR技术的土壤水分传感器设计

本文以土壤的介电理论为基础,通过测量土壤的介电常数随土壤水分变化的规律得知土壤的体积含水量,并利用土壤水分频域反射法实现土壤水分的测量.此方法可以连续检测土壤含水量的变化,较好的反映土壤水分的变化趋势.本文所设计的土壤水分传感器因具有多个测量分探头,因此可测量较深的土壤.因采用RS485总线通信,使传感器具有实时测量、...     

基于频域反射的土壤水分探测传感器设计

通过详细介绍传输线的高频率响应原理及其推导方程,以此为基础设计了基于频域反射的土壤水分探测传感器.传感器采用合适长度的传输线以及参数匹配的谐振电路,利用驻波的原理,使用简单的比较电路确定信号频率与土壤介电常数的关系,再利用介电常数和土壤成分结构之间的关系计算土壤水分含量.设计了传感器结构模块及给出了部分的试验对比结果....     

基于高频电容原理的土壤剖面水分传感器研究

为了实现土壤剖面不同深度的水分测量,基于高频电容原理,研制了一种能够自动、连续监测土壤剖面动态含水量的水分传感器。通过实验,建立了传感器数学标定模型,并对传感器进行了相关性能测试。通过对比分析土壤水分实际值与传感器测量值,结果表明:传感器最大绝对误差为-5.10%。传感器测量水分梯度变化明显,可用于土壤剖面不同深度水分的测量,具有低成本、低功耗的特点,可应用于农林业实际生产。     

非接触式物料水分传感器

为实现固体物料水分含量的在线监测,设计了基于频域反射原理的非接触式物料水分传感器。该传感器基于固体状物料含水量与介电常数的关系,利用电容式探头对介电常数的测量能力,通过水分变化关系实验建立了容积含水量与介电常数的数学模型,并完成了传感器的结构设计和电路设计。实验结果表明:该传感器实现了对固体颗粒状物料水分的准确测量,满足物料水分测量的实际需求。