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。     

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.     

电容式土壤水分传感器的电导变异性试验研究

为评估电容式土壤水分传感器受土壤电导率的影响及其对农田土壤电导率变化范围的适用性,配制了一系列土壤等效含水率为40.6%、电导率为0~1.91dS/m的土壤等效介电溶液,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100MHz的7种传感器进行了电导变异性试验,并且配制了相同含水率但电导率分别为0,0.31,0.46和0.61dS/m的4种土样进行了验证试验。试验结果表明:1)土样中的测试结果基本上与介电溶液吻合,可采用等效介电溶液评估传感器的电导变异性;2)传感器的电导变异率随待测介质电导率的升高而近似线性增大,相同电导率下,传感器激励信号频率越高其电导变异率越小;3)在农田土壤电导率基本变化区域0.239~0.650 dS/m内,当传感器激励信号频率从不低于80MHz时,其最大电导变异率为9.2%,能满足工程上的实际应用要求。     

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。     

基于柔性热膜传感器的流体壁面剪应力测量系统

为实现流体壁面剪应力在线测量,设计了一种基于柔性热膜传感器的流体壁面剪应力测量系统.通过分析柔性热膜传感器作用机理,研发了基于LTZ1000电压基准的高精度恒流驱动电路,开发了基于DSP2812,AD7609的18位真差分同步高速数据采集模块,并通过温度补偿方法对传感器输出信号进行了环境温漂修正.系统性能测试表明:当流场温度在10 ～30℃范围变化时,剪应力测量分辨率在0～10 Pa范围内优于0.2Pa,流体温度变化引起的系统输出信号偏差为0.6％/℃,满足实际流体壁面剪应力测量要求.     

无线传感器网络分布式多目标跟踪算法研究

由于无线传感器网络的资源有限,集中式多目标跟踪算法在无线传感器网络多目标跟踪中受到限制.在无线声学传感器网络下,基于动态分簇结构,提出了一种分布式多目标跟踪算法.每个传感器的测量为来自单个目标或多个目标的声音信号和环境噪声的叠加.在跟踪过程中,每个目标对应于一个粒子滤波,当目标之间的距离较远时,进行单目标跟踪.当目标之...     

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.     

土体含水率TDR测试技术的影响因素分析

为掌握时域反射法(TDR)技术测试标准砂含水率的适用性,采用TRIME-IT系列TDR水分传感器对室内小型砂箱模型进行了标定试验,分析了含水率和干密度对TDR传感器稳定性与准确性影响机制.试验表明:TDR传感器测定质量含水率为5％～15％、干密度在1.40～1.60 g/cm3范围内变化的松散-密实砂样时,经检验在显著性水平α =0.05下稳定性良好;测定质量含水率为2.5％ ～17.5％的中密砂样与质量含水率为10％的松散-密实砂样时,TDR法测试准确性满足规范要求;密实度对TDR测试影响呈正相关性,据此提出了TDR法测定含水率的密实度修正系数.     

基于电容法的原油高含水测试仿真研究

针对原油高含水率难于测量的问题,设计了一种新型多层筒式结构电容传感器。通过对被测介质的介电特性进行研究,分析了多层筒式电容传感器的各结构参数对系统灵敏度的影响和测量原理,推导出高含水率与电容的计算模型,并用Comsol Multiphysics软件对模型进行静电场仿真。从二维角度,对电容传感器的几何参数进行研究。分析了泡径对传感器响应以及油泡接触方式的影响,证明了多层筒式电容传感器对高含水率有较好的响应特性。当油泡内径小于0. 5 mm时,传感器响应特性较低。当油泡同时与两极板接触时,相比其他三种接触方式有较为明显的变化。该研究验证了多层筒式电容传感器在90%～100%高含水率测量中的有效性和可行性。