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。     

便携式数字圆锥指数仪设计

圆锥指数CI（Cone Index）可以综合反映土壤机械物理性质,它可用以表征土壤耕作层深度和土壤可行驶性,为越野车辆地面通过性提供判断依据。设计了一种基于超声波传感器和应力传感器的圆锥指数测量系统。通过超声波发生器得出探头插入深度,通过探头上的应力传感器测得土壤每一点深度时探头所受的应力,从而得出土壤的圆锥指数。系统还配备GPS接收系统,能记录每次测量的经纬度坐标,并根据经纬度地名对照表在记录中存储相应的地名。系统通过扩展存储容量使测试记录数可达到万条,并能通过串口把数据上传到计算机进行进一步处理。     

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.     

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。     

舰艇磁性检测中矢量磁传感器的姿态校正

舰艇磁性检测中矢量磁传感器姿态倾斜将导致测量不准确,为此提出了一种矢量磁传感器的姿态校正方法。通过在倾斜磁传感器位置紧密放置一标准磁传感器,以标准测量值为依据采用APO算法反推得出倾斜传感器的姿态角矩阵,根据此矩阵对倾斜传感器测量值进行修正可得到较准确的舰艇磁场测量值。通过仿真和船模实验对该方法进行了验证,实验表明测量精度有了较大改善。该方法可用于工程实际,为提高舰艇磁性检测的精度提供了有益思路。     

测量绝缘纸板微水分分布的电容阵列式传感器

由于变压器绝缘纸板中的微水分影响其介电特性,用介电测量方法可以得出纸板内的微水分分布。为此,开发了一种16个边缘场电容测量单元的阵列式微水分传感器,通过轮流使用各测量单元可获得被测纸板纵向分布的对应复介电系数,进而转换为各处的水分质量分数,由该传感器构成的测量系统可以用于纸板干燥过程中在线监测纸板的水分分布变化,其使用效果得到试验证实。介绍了该传感器的原理、结构及测量系统的构成。     

松嫩平原西部不同土地利用方式盐渍化效应研究

在2003年6月~10月选择农田、草地和碱斑地作为典型的土地利用方式,对0~120 cm土层水盐时空动态进行了对比分析,结果发现:农田和草地土壤剖面含水量都有“上升—下降—上升”的趋势,但是在8月中旬之前农田含水量高于草地,而碱斑地含水量的变化呈“U”型。三种土地利用方式土壤剖面含盐量的变化趋势与含水量相反;土壤剖面6月7日含盐量最大,10月17日最小;农田和碱斑地土壤剖面各层含盐量在8月8日开始上升,而草地在7月7日已开始上升;从垂直剖面看,农田各个时刻土壤含盐量都随剖面深度的增加而上升,碱斑地则随着剖面深度的增加而下降,草地在各个时刻土壤剖面含盐量均呈先上升后下降型,在土壤剖面有峰存在。采样期内,草地有良好的蓄水作用,而农田土壤剖面含盐量下降幅度最大,水分、盐分在土壤剖面运移剧烈。     

短路型石英传感器的平面冲击响应

石英传感器已广泛应用于冲击应力波剖面的测量。对不同宽厚比短路型石英传感器在冲击作用下的动态响应特点进行了研究,试验结果表明:不同宽厚比短路型石英传感器的动态响应特点基本相同,其压电系数与冲击应力满足线性关系;传感器压电系数斜升幅度与宽厚比的关系为:当石英传感器的宽厚比大于1.4时,其压电电流的斜升幅度基本不随宽厚比变化,而小于1.4时,压电电流的斜升幅度受边缘效应的影响明显上升,这表明宽厚比小于1.4的石英传感器可应用于实际工程测量。     

新型电容式蒸汽湿度传感器结构设计

针对高温高压湿蒸汽的湿度测量难度大、准确度低的难点,根据蒸汽与水的介电常数差异较大的特点,利用电容法测量湿度的原理,设计了一种同轴式圆筒形电容式传感器,可实现蒸汽湿度的在线测量。利用集成定时器NE555芯片,设计了外部测量电路对湿度信号进行测量,测量电路将电容量的变化转换成频率值,通过输出频率来反映蒸汽湿度。经标定后,该传感器既可直接测量气体的湿度,又可测量固体的水分含量。     

TY—1000数字式土壤坚实度仪

介绍一种土壤坚实度测量仪,它能测量探头入上深度及该深度土层的土壤坚实度值,实现了定深度自动采样土壤坚实度值,该仪器使用方便,测量精度高,功耗低,特别适合于野外测试.     

电容式冻土测量传感器设计

冻土与未冻土中的介电常数和温度物理参数有一定的差异,且差异在数值上较明显。基于这一特性,提出了利用空气、固态土、水和冰物理特性存在差异的原理检测冻土的方法,设计了一种电容式冻土测量传感器,实现了土壤水分、地温及冻土深度多参数融合测量。通过与人工测量的冻土深度进行对比分析,结果表明:其相关系数达到了0.99,平均绝对误差小于2.5 cm,满足冻土自动测量技术要求,可应用于冻土观测站,代替人工观测。     

土壤墒情监测中的潮汐现象探析

潮汐现象是沿海地区的一种常见的自然现象,受太阳和月亮等天体引潮力的作用,地球的岩石圈,水圈和大气圈都会产生周期性变化。作为覆盖在地球陆地表面的土壤,在引潮力作用下,不同土层含水量也会发生周期性变化,这种周期性变化在干旱地区往往难以观测,在土壤相对湿润的环境条件下,使用高灵敏度的土壤墒情监测设备可以捕捉到该现象。阐述潮汐现象的相关理论,建立土壤墒情潮汐模型,分析土壤墒情潮汐现象,利用频域反射原理传感器对土壤墒情进行多年监测实验,从大量的采集数据分析,发现疑似土壤墒情潮汐现象,为避免该现象对土壤墒情监测的影响提供一定的理论依据。文中试验结果并不深入,方法、仪器、地点、环境都可能对试验结果有影响,仅供参考。     

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。     

基于信号波形幅度检测放大技术的电容式土壤水分传感器研究

土壤水分量测对于农田系统的评估和选择、水资源的合理利用是十分重要的。本文根据土壤水分与土壤相对介电常数的关系,基于信号波形幅度检测放大技术设计了一种电容式土壤水分传感器。在标准溶液样品、粘壤土、砂壤土、粘土土样中对本文提出的传感器进行测试。实验结果显示,传感器输出电压与被测介质含水量有良好的线性关系（R2=0.81~0.99）,传感器灵敏度受土质影响明显,实际应用中时需要根据土质进行校准,传感器功耗低,在2.5V供电电压下功耗低于8mW。本文设计的传感器可推广至精准农业系统应用中。     

基于微波遥感和陆面模型的流域土壤水分研究

土壤水分是陆地水文的重要因子。微波遥感是测量土壤水分的一种重要方法。本文总结了基于微波遥感和陆面模型的土壤水分监测方法,包括被动微波法、主动微波法、主被动微波结合法、陆面模型模拟法和数据同化法五种。被动微波对表面土壤水分敏感,但其空间分辨率低;主动微波具有较好的分辨率但运作费用也较高;主被动微波结合则能够充分利用各自的优势。陆面模型在研究中也有重要作用,通过模型模拟能够得到根区土壤水分。而将观测值同化到模型的数据同化法,则能极大的提高土壤水分估计的能力。通过比较,指出数据同化是最有前景的研究领域。     

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、...     

基于电容式传感器的建筑物围护结构含水率测试

设计的平面电容式传感器可感应围护结构中水分的变化,给出了传感器的工作原理,针对小电容检测的抗干扰问题,采用了加保护电极和利用驱动电缆传输信号的技术,结合改进的充放电微电容检测电路,对传感器的测试深度和灵敏度与极板尺寸的关系进行了研究和优化。设计了基于嵌入式微控制器的含水率测试系统,实验结果表明:该系统可以用于一定深度的围护结构的含水率现场测试。     

Effective soil moisture sampling depth of L-band radiometry: A case study

The aim of this study is to analyze the influence of the soil moisture sampling depth in the parameterization of soil emission in microwave radiometry at L-band. The analysis is based on brightness temperature, soil moisture and temperature measurements acquired over a bare soil during the SMOSREX experiment. A more detailed profile of surface soil moisture was obtained with a soil heat and water flows mechanistic model. It was found that (1) the soil moisture sampling depth depends on soil moisture conditions, (2) the effective soil moisture sampling depth is shallower than provided by widely used field moisture sensors, and (3) the soil moisture sampling depth has an impact on the calibration of soil roughness model parameters. These conclusions are crucial for the calibration and validation of remote sensing data at L-band.