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、...     

一种土壤剖面水分传感器的节点电路设计

为实现土壤剖面不同深度水分的同时测量,研制了一种土壤剖面水分传感器,对传感器节点部分的电路进行了设计与实现,具有功耗低、成本低等特点。实验结果表明:应用此电路的传感器,输出电压随着土壤体积含水量的增加而减小;与烘干法所测得的土壤水分实际值相比,传感器的最大绝对测量误差为-5.10%;传感器用于土壤剖面不同深度的土壤水分测量,水分梯度变化明显,性能良好。     

稻田水分传感器网络节点设计与实现

设计了一种能远距离操作与控制、低成本的无线频域水分传感器WFMS.该传感器根据Hilhorst提出的基于频域测量原理而设计,集成了土壤水分和水层深度测量功能,可以进行无线计算和传输,尤其适合在稻田水分精准监控管理中进行应用.该传感器包括传感器采集模块、处理器模块、通信模块和供电模块四大部分.传感器标定实验表明,本传感器在稻田土壤含水量30%以上到8cm水层深度范围内,对土壤水分含量测量误差不超过5%,对1～8cm水层深度测量误差不超过0. 5cm.传感器成本降低至国内类似组合产品的20%左右.     

基于TDR-3的土壤水分传感器标定模型研究

无线传感器网络为土壤水分实时采集提供了经济、方便的途径,对分析土壤含水量时空变异和作物生长气候变化意义重大.将无线传感器网络与TDR-3土壤水分传感器结合实现土壤水分实时监测.为了克服TDR-3土壤水分传感器的非线性缺陷,提出利用最小二乘法对土壤水分曲线进行分段线性标定的方法,并采用相关性系数进行精度验证.实验结果表明,分段线性法所建立模型的精确度较高,而且标定模型简单实用、可行.通过标定模型的研究,使得土壤水分的无线传感器网络能够较精确地进行土壤水分的实时监测.     

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。     

液体介电常数测定装置

为方便测量各种液体的介电常数,设计平行板电容传感器探头、电容电桥式处理电路和检波滤波电路;处理电路将电容传感器的电容变化转换成与介质相对介电常数成线性变化的电压,经检波与滤波后得到直流电压,利用电压表直接显示液体的相对介电常数。进行了实验标定和实际检测,测量误差小于1%。     

纳米三坐标测量机模拟接触式探头的标定

三坐标测量机的高精度模拟接触式探头在计算探头球尖位移与传感器输出的关系时需要空间坐标转换模型与标定参数。标定方法基于自己研发的模拟接触式探头,该探头由带有光纤球头的的金属丝悬浮机构,二维角度传感器,小型迈克尔逊干涉仪组成。通过空间坐标转换,矩阵计算模型和标定实验的建立,重点描述了一种特定的标定方法与标定了模型的未知参数。实验结果表明三坐标测量机在x、y、z三方向上测量的标定值与实际值的位移误差的标准差小于30 nm,证明该方法具有一定的可行性与有效性。     

具有电导率补偿特性的低频电容土壤水分传感系统

土壤水分是现代精准农业中的重要检测对象,目前常用的土壤水分传感器大多使用高频测量方法,电路制作成本较高无法满足大范围布设的要求。基于土壤水分含量变化影响土壤介电常数的原理,设计了利用电导率特性进行校正的低频电容土壤水分传感器,详细介绍了传感器的原理、组成以及含水量计算混合模型,并将传感器应用于低盐度、低有机物含量的黄土土样中进行了重复测试。测试结果表明,传感器的最大误差小于3.30%,平均绝对误差小于2.0%,能够满足农业生产对土壤水分检测的精度要求。     

基于二次曲面拟合的二维传感器数据处理技术研究

针对温度、湿度传感器在测量系统中相互干扰所导致的测量误差问题,提出了基于二次曲面拟合理论的数据处理模型,实验以温湿度集成传感器为例,采用传感器标定系统对二维传感器进行多点温度、湿度标定,基于二次曲面拟合方程对数据进行处理,结果表明:该方法有效地提高了温度、湿度传感器的测量精度,具有很高的实用价值。     

橘园无线土壤水分传感器的设计与实现

为了达到以一种低成本方式实时采集土壤水分信息用于指导橘园的节水灌溉,根据土壤电阻率随土壤含水率变化的原理,设计了一种土壤水分传感器.为克服恒定直流电压测量时探针电极的极化效应的影响,提出了一种以H桥正反脉冲间歇电压信号作为激励信号的测量方法.采用无线收发模块CC2420,实现了传感器与上位机之间的无线通信与数据无线传输.利用电源管理技术和睡眠机制,提高了电池的使用寿命.对传感器进行了标定,并在土壤含水率为13.6％～50.2％的范围内进行了验证实验,结果表明:当土壤含水率在21.1％～41.5％范围内,测量的平均误差为2.8％;当土壤含水率小于21.1％或大于41.5％时,测量的平均误差为5.2％.     

基于数据处理的高精度温压复合传感器的研究与设计

为了满足航天测量领域重量轻精度高的测量要求,传感器仅用单个扩散硅压力敏感探头,实现温度和压力的复合测量.通过测量敏感探头恒流激励模式多温度点多压力点下的桥电压作为原始标定数据.数据处理过程抓住主要影响因子来拟合输入输出变量函数.然后采用直线或曲线族的插值的误差修正方式来降低拟合误差.传感器压力综合精度从1.13%FS提高到0.05%FS的综合精度,温度综合精度从2.06%FS提高到0.05%FS的综合精度,最终满足用户0.05%FS综合精度的技术指标要求.     

大动态信号的高分辨采集电路设计方法

针对目前感应式电导率传感器存在邻近效应影响导致测量不准确的问题，分析了感应式传感器产生邻近效应的机理。优化设计了一种基于非外部场的感应式电导率传感器探头及信号处理电路，进行了标定与稳定性实验。实验结果表明，非外部场传感器电导率测量准确度小于?0.05 mS/cm。在外界物质邻近电导率测量对比实验中，相较于OST36D型感应式传感器测量偏移达到?0.1~0.7 mS/cm，非外部场传感器的测量偏移小于?0.015 mS/cm，为海水电导率高精度测量提供了一个解决方案。     

一种土壤水分检测仪的设计

在土壤水分检测的各种方法中,传感器法具有其许多优点。本文就是利用土壤水分传感器设计了一种土壤水分检测仪,阐述了其组成和工作原理。试验表明,利用本检测仪测量土壤含水量与烘干称重法测量值的差值在5%以内,具有测量准确度高,测量速度快,显示直观,使用简单,价格低廉,操作方便的特点。     

基于频域反射法的便携式土壤水分检测仪研制

根据土壤墒情监测的具体要求,研制了一种新型便携式土壤水分检测仪。基于频域反射(FDR)原理采集土壤容积含水量,采用标准的烘干称重实验对测量结果进行校正,并同时获取检测点经度、维度信息及实时时间,通过GPRS/GSM及时传送给远程数据中心和责任人。实地测试表明:土壤水分测量误差<3%,数据传输无误。该仪器性价比高,操作简便,适合农技人员使用,对土壤墒情实时监测和智能决策具有重要现实意义。     

ASAR GM后散时间序列数据估算黑河上游地表土壤水分

利用2008~2011年的ENVISAT/ASAR全球监测模式(GM)数据,采用时间序列变化检测算法,估算地表相对土壤水分,并利用Van Genuchten方法将相对土壤水分转换为绝对土壤水分,最终获得研究区内的土壤体积含水量。利用阿柔冻融观测站2008~2011年10cm土壤水分数据验证,均方根误差为0.11cm3/cm3;利用八宝河流域无线传感器网络的36个WATERNET节点2013~2014年的4cm体积含水量月均值进行空间分布的间接比较检验,估算月均值的均方根误差在0.03~0.11cm3/cm3的节点有19个,在0.11~0.16cm3/cm3的节点有15个,大于0.16cm3/cm3的有2个。另外考虑遥感数据和算法(暂未考虑土壤容重、土壤残余含水量的不确定性)对估算结果的影响,体积含水量最大估计误差范围为0.03~0.12cm3/cm3,研究区内91.77%的像元小于0.06cm3/cm3。     

基于CC2530的无线土壤水分传感器节点设计

土壤含水量的准确测定是实现节水灌溉和精准农业的基础。为实现土壤水分的自动测量和无线传输,基于FDR和CC2530芯片设计了无线土壤水分传感器节点。FDR实现了快速、精确的土壤含水量测量,CC2530完成模数转换、数字信号处理和射频信号的发送等工作。讨论了节点的低功耗问题,最后对节点进行了丢包率测试。试验结果表明:所设计开发的基于CC2530的传感器节点具有丢包率低、运行稳定可靠的特点,能够满足土壤水分的无线数据采集的要求。     

结构光三维测量系统的建模与标定

改进了结构光三维测量系统的数学模型,将投影仪的内外部参数引入其中,并在该模型的基础上采用了一种投影仪标定的新方法.为了提高黑白摄像机在暗区的对比度用红/蓝棋盘代替了黑/白棋盘.将投影仪看作是摄像机的倒置,统一了标定摄像机和投影仪的方法.在3dMA×仿真环境下分别标定了摄像机和投影仪,标定实验的相对误差小于0.32%.利用已经标定的结构光三维测量系统进行重构仿真实验,测量误差小于0.136mm.     

土壤水盐介电模型对比与分析

土壤介电常数是微波遥感反演土壤水分和盐分的基础,是微波遥感研究的主要参数之一,选用模拟精度较高的土壤水盐介电模型对提高土壤水分和盐分反演精度具有重要意义。目前,土壤介电模型无法定量描述盐分对土壤介电常数的影响。采用Dobson模型及考虑盐分影响的Dobson-S模型、GRMDM模型、HQR模型和WYR模型分别模拟了土壤温度为25℃时不同土壤质地、含水量和含盐量土样在L、C、X波段的复介电常数实部与虚部,并将模拟结果与微波网络分析仪测量值进行对比分析,得到以下结论:(1)Dobson模型和GRMDM模型可较好地实现非盐渍土介电常数实部的模拟,而低频波段虚部的模拟值小于测量值;(2)Dobson-S模型对盐渍土介电常数实部的模拟精度较高,在L、C、X 3个波段相关系数(R)均为0.97,均方根误差(RMSE)小于2.10;但对于盐渍土介电常数虚部,在土壤体积含水量不同的情况下,Dobson-S模型、HQR模型和WYR模型的模拟精度不同。研究结果对选取适当的土壤介电模型反演土壤水分和盐分具有一定的参考价值。     

基于大变形理论的机械手四维柔性位移感器研究及标定

本文针对柔性四维位移传感器各方向位移之间的耦合问题,对其位移与应变关系进行了研究。通过对弹性体表面应变片布片方案的优化以及采用基于悬臂梁模型的大变形理论,有效降低了x、y、z、θ_z四个方向之间的位移耦合,实现了对各方向位移的精确测量,并通过仿真分析验证了该模型及方法的正确性。最后,制作了四维位移传感器,并进行了实验测试及标定,结果表明该传感器不仅能同时进行多方向位移测量,还能把全量程测量误差控制在4%以内,尤其是x、y方向测量误差小于2%。实现了结构简单、测量范围大、测量精度高的四维位移传感器的设计及验证。     

射频电容式传感器的研究与应用

射频电容式传感器是近年来快速发展的新型传感器之一 ,特别在石油行业的油品含水量测量方面更得到了广泛的应用。论述了该传感器的测量原理 ,针对其复杂的测量环境对它的敏感探头进行了特殊设计 ,并给出了其先进的全遥控式测量仪器的应用实例。