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介电特性是研究农产品微波辅助应用的重要参数。为了拓展有效介质公式(GeneralEffectiveMedium,GEM)在农业工程领域的应用,探究农产品介电特性计算新方法,该研究针对颗粒状农产品,采用离散元法、有限元法和平均能量法建立了堆积型农业颗粒物料等效介电特性分析的数值模型,在模拟仿真数据和试验测量数据对比分析的基础上,提出适用于微波波段下颗粒状农产品介电特性计算的GEM公式较佳无量纲参数(A=5、β=0.5;称为ModifiedGeneral Effective Medium of Agriculture,MGEMA),并采用多种农产品颗粒的试验数据验证了MGEMA的可行性、有效性和准确性。结果表明,真实谷粒和模拟谷粒的堆积角误差为0.45%,在农产品颗粒的相对介电常数(2.0～10.0)、相对介电损耗因子(0.1～0.9)、微波频率(2.0～12.2 GHz)、湿基含水率(2.0%～19.7%)和体积分数(18.2%～88.0%)计算条件下,MGEMA公式针对介电常数和介电损耗因子计算结果的最大偏差分别为0.40%和1.20%。研究可为三维情形下颗粒落料堆积型混合物的等效介电特性模拟分析提供一种参考方法,为室温下(24℃)小粒径农产品颗粒的介电特性研究提供一个理论公式。 相似文献
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干旱区盐渍土介电常数特性研究与模型验证 总被引：5，自引：3，他引：2
常用的土壤介电模型一般都是针对非盐渍化土壤提出来的,对于干旱区盐渍化土壤,模型对于介电常数虚部的描述与实际测量情况有一定差距。为了更好地深入研究干旱区盐渍化土壤介电常数特性,该文选择盐渍土介电模型(修正的含水含盐土壤Dobson介电模型)作为典型研究区盐渍化土壤介电常数的基础模型,模拟分析土壤介电常数对模型参数的响应,在野外实测数据的支持下验证了盐渍土介电模型的适用性。研究结果表明:1)在低频区域(0.5相似文献
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盐渍化土壤水分微波雷达反演与验证 总被引：2，自引：1，他引：1
土壤介电常数是微波遥感进行土壤含水率测量的物理基础,尤其介电常数实部是必须解决的问题,土壤介电特性的研究显得尤为重要。该文目的是试验与评价C波段RADARSAT-2 SAR(synthetic aperture radar)数据模拟土壤介电特性,进而反演土壤水分的性能。以受盐渍化影响较严重的内蒙古河套灌区解放闸灌域为试验区,首先回归分析了介电常数实部与SAR四极化后向散射系数、地表粗糙度的复杂关系,并与Oh经验模型对照,其决定系数R2为0.859 7,模拟精度较高;然后验证常用的2个介电常数模型,Dobson半经验模型、Hallikainen简化实部经验模型模拟的介电常数实部与实测值的决定系数R~2分别为0.935 9、0.869,表明2个模型均能模拟地表土壤水分与介电常数实部的密切关系;最后构建了Dobson模型、Hallikainen简化实部模型反演土壤含水率的模型,并与统计回归模型比照,其模拟数值与土壤实测值的决定系数R2分别为0.803 8、0.737 4、0.842 1,均方根误差RMSE分别为5.2%、5.7%、5%。Dobson模型与统计回归模型反演结果与实地土壤墒情分布较为吻合,具有良好的精度和适用性,从而建立了一个较为完整的土壤介电特性研究体系,为微波遥感监测土壤水分奠定了基础。 相似文献
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黏粒含量较多的黏质土(黏土类、黏壤土类)介电极化复杂,含水量测量混合介电模型研究较少。通过双线性介电测量理论对黏质土4种不同质地土壤分别配置0、5%、10%、15%、20%、25%、30%体积含水量,在0.001～3 GHz频段进行介电谱测量。分析发现,介电值(复介电常数实部、视在介电常数)在300.4～2 952 MHz内较为稳定;不同体积含水量下对应的介电值显著不同;1 050～1 503 MHz为黏质土含水量频域测量理想频段,1 503 MHz为最佳频率点。在最佳频率点上,构建了2个黏质土含水量频域测量经验模型。对黏质土土样和验证样本进行分析,复介电实部模型计算值与含水量实测值对比,其R~2均大于0.960 0,RMSE均小于0.019 0,RPD均大于5.000。对黏质土土样分析,视在介电模型计算值与含水量实测值对比,两者R~2=0.9669,RMSE=0.0176,RPD=5.515,与Topp模型、Roth模型和Malicki模型相比,视在介电模型计算值与含水量实测值相关性更优。验证样本视在介电模型计算值与含水量实测值对比,两者R~2=0.953 7,RMSE=0.020 8,RPD=4.602。研究表明,双线性理论对黏质土含水量介电法测量有较好适应性,本文构建的2个经验模型对黏质土特性土壤含水量有较高测量精度。 相似文献
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《土壤与作物》2020,(1)
土壤中的可溶性盐离子是限制作物生长的因素之一,土壤复介电常数是测定土壤可溶性盐的一个重要指标。本文利用谐振腔技术,测量了4种电解质水溶液的介电常数,给出了25℃时Na~+、Cl~-、SO_4~(2-)、CO_3~(2-)和HCO_3~-5种离子的复影响因子。利用各离子的复影响因子,可以将计算溶液介电常数实部的Collie介电模型直接用于计算土壤溶液的复介电常数。为了检验模型的准确性,本文还模拟配制了氯化物型、硫酸盐型和苏打型共41种多离子的土壤溶液,并用单一的电解质NaCl、Na_2SO_4和NaHCO_3水溶液的影响因子来分别替代复杂的氯化物型、硫酸盐型和苏打型盐渍土土壤溶液的复合影响因子。将改进后的Collie介电模型计算介电常数值与模拟配制的41种土壤溶液的测量结果进行相关性分析t检验,其P均为0. 85以上(大于0. 05),无显著性差异,两组数据获得了很好的一致性。因此,本研究结果对于建立微波遥感监测盐渍土壤和盐湖水体的盐度的介电模型奠定了坚实的物理基础和实用基础。 相似文献
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土壤水分介电频差式传感器的研究 总被引：4，自引：0，他引：4
在分析了非盐碱性土壤相对介电常数、电导率和最大电导抽耗角变化规律的基础上,提出了一种新型介电频差式土壤水分传感器,研究了其量测特性,研究表明：在测量频率段内非盐碱性土壤的电导损耗角正切值大,土壤为高变损耗材料,利用频差式LC谐振电路,大幅度提高测量回路的品质因数,可以有效消除土壤电导变化对介电常数测量的干扰,以此为基础研制的土壤水分传感器可以基本上满足非盐碱性土壤定点水分测量的要求。 相似文献
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国外农产品及食品介电特性测量技术及应用 总被引：9，自引：3，他引：6
了解农产品和食品的介电特性对于微波设备和基于介电特性的物质组成成份检测仪的研发具有重要的意义。为了给国内农产品和食品介电特性的研究提供借鉴,该文介绍了目前国外常用的介电特性测量技术——平行极板技术、同轴探头技术、传输线技术、自由空间法和谐振腔技术;说明了各测量技术的特点、测试系统的组成和适用范围;综述了各技术在农产品和食品介电特性研究中的应用情况;并指出中国目前在该领域研究中存在的问题和今后的研究重点。 相似文献
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为获得狭鳕鱼糜低温低频加热下的介电特性,采用同轴探针方法测定-18~18℃,频率2.1~1000 MHz内狭鳕鱼糜的介电常数和介电损失。结果表明,狭鳕鱼糜的介电常数随着频率增大而减小,随着温度升高呈先增大后减小趋势;当温度一定时,狭鳕鱼糜的介电损失随着频率增大而减小。当加热频率为27.1 MHz时,狭鳕鱼糜的介电损失值大于915 MHz时的介电损失,27.1 MHz的穿透深度远高于915 MHz频率下的穿透深度。微波具有穿透深度小的局限性,无线电波较微波更适合解冻大型物料。本研究结果为应用无线电波解冻狭鳕鱼糜提供了有效的技术手段和参考依据。 相似文献
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蜜瓜和西瓜果汁的射频介电特性及其与糖度的关系(简报) 总被引：1，自引：0，他引：1
为了解果汁的介电特性与其主要内部品质——糖度之间的关系,该文利用末端开路的同轴探头和阻抗分析仪测量了10 MHz～1.8 GHz的频率范围内不同成熟度的3个品种密瓜汁和4个品种西瓜汁的介电特性,同时测量了反映果汁糖度的可溶性固形物含量和果肉的含水率,分析了介电特性和糖度间的关系。结果显示：密瓜和西瓜果汁的相对介电常数和介质损耗因数皆随频率的增大单调减小,品种间的差异对介电特性有影响;1.8 GHz下密瓜汁的损耗角正切与糖度有较好的线性关系,其决定系数为0.784,但西瓜汁的介电特性与糖度的相关性较差;密瓜和西瓜果汁的糖度与果肉的含水率有很好的线性相关性,其决定系数分别为0.973和0.906。该研究将为基于介电特性的果汁糖度检测仪的开发提供了研究基础。 相似文献
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遥感监测介电常数与土壤含水率关系模型 总被引：4，自引：4，他引：0
为了获取大范围地表土壤水分时空分布信息,该文开展了微波辐射计/散射计监测介电常数与土壤体积含水率之间的关系研究。微波观测的信号与目标的介电常数密切相关,而土壤含水率是决定土壤介电常数的决定性因素,这是利用微波遥感监测土壤水分的物理基础。该研究针对土壤介电常数到土壤水分之间的转换问题,利用Dobson半经验模型建立模拟数据库,用建立的模拟数据库对Hallikainen关系式进行最小二乘回归法标定,建立了适用于微波辐射计SMOS(频率1.4GHz)、AMSR-E(频率6.9GHz)和微波散射计ERS-WCS/METOP-ASCAT(频率5.3GHz)监测的介电常数到土壤体积含水率转换的简化模型。利用模拟数据和实测数据的联合验证结果表明,简化模型具有良好的精度和实用性。 相似文献
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土壤水分是地表和大气水热过程交换的重要纽带，对于农业生产、生态规划、水资源管理等具有十分重要的意义。微波遥感具有基本不受天气条件影响，具有较好探测植被覆盖下的土壤信息和土壤水分变化趋势等优势，成为目前遥感精确反演土壤水分的热点。本文整理了现有全球尺度的基于微波遥感的土壤水分产品；分析比较了土壤水分反演中主动微波遥感、被动微波遥感、主被动微波协同技术的原理、特点、适用范围和关键技术进展：主动微波遥感和被动微波遥感的 优势分别在于高空间分辨率和高时间分辨率，高空间分辨率可以很好捕捉地表细微的空间信息特征，但囿于土壤水分与后向散射系数之间的复杂关系，特别是植被、地表粗糙度等对雷达后向散射系数的干扰，使得反演土壤水分的精度不高，因而根据现实情况选取不同散射模型以及利用多源数据协同是目前改善精度的研究热点。而高时间分辨率可以实现全球及大尺度下的土壤水分监测，但是很难满足小尺度或者小区域范围的实际研究需求，为了能使实测数据在空间上得以较好匹配，提出多种降尺度方法。结合以上两种微波遥感方式的优劣，依托更为丰富的数据源、相对成熟的观测技术来对两者进行融合以提取更多的水分信息，以提升反演精度或者获得长时间序列数据。在目前的方法中，土壤水分反演在小尺度下表现出良好的性能，但在全球尺度上会出现数据缺失、适用性不强、反演精度不高以及反演过程过于复杂等诸多问题，可以借助多种观测方式（多极化、多角度、多波段）、多时相重复观测、在原有模型上引入新的算法以及数据同化等方面着手进行改进，同时全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS） 中长期稳定、高时空分辨率的L波段微波信号在陆面遥感领域的快速发展也为我国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）的发展提供了借鉴，展现出在土壤水分反演方面的巨大潜力。 相似文献
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基于介电特性与SPA-SVR算法的水稻含水率检测方法 总被引：2，自引：2，他引：0
为提高基于介电法水稻含水率的检测精度,以北粳3号水稻为研究对象,利用阻抗分析仪及自制同轴圆柱型电容器测量了不同含水率水稻在1 kHz～1 MHz频率下的相对介电常数ε′及介质损耗因数ε"。采用x-y共生距离法划分了72个样本校正集和48个样本预测集。利用无信息变量消除法及连续投影法选取介电参数(ε′、ε"及ε′和ε"两者结合)的特征变量,分别利用所提取的特征变量以及单频、全频下的介电参数来建立预测水稻含水率的多元线性回归及支持向量机回归模型,分析模型的预测性能,并对最佳模型的含水率预测结果进行温度补偿。结果表明:基于ε′与ε"两者结合并利用连续投影法提取特征变量建立的支持向量机回归模型预测效果最佳,其预测集决定系数为0.980,预测均方根误差为0.403%。最佳预测模型对不同品种水稻的含水率预测值与烘干法测得的含水率实测值的绝对误差集中分布在±0.5%内,该研究可为粮食含水率的检测提供参考。 相似文献
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基于探地雷达波振幅包络平均值确定土壤含水率 总被引：4，自引：3，他引：4
为了评估探地雷达探测地表土壤含水率的准确性,该研究使用雷达波振幅包络平均值(average envelope amplitude,AEA)方法在室内对含水率为0.05、0.15及0.25 cm3/cm3的砂质土壤进行了探测,并与时域反射仪(time domain reflectometry,TDR)所得土壤含水率进行了对比。结果表明,在实验室内,在0.05、0.15及0.25 cm3/cm3的土壤含水率条件下,使用AEA方法探测所得土壤含水率均比TDR所得含水率大,均方根误差分别为0.026、0.015及0.01 cm3/cm3,这3个含水率条件下,AEA方法探测土壤水分的有效深度分别为0.9、0.6和0.3 m。利用AEA方法在野外进行地表含水率探测,并与TDR和钻孔取样探测的地表含水率进行对比。野外探测结果表明,AEA方法所得含水率与TDR探测所得含水率的均方根误差为0.020 cm3/cm3,与取样实测所得含水率的均方根误差为0.031 cm3/cm3,使用AEA方法能够得到与TDR及钻孔取样精度相近的土壤含水率分布图。研究表明利用探地雷达AEA方法在探测浅部地层土壤含水率是可行的。 相似文献
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透射式探地雷达探测土壤含水率 总被引：2，自引：1，他引：1
探地雷达可以进行土壤含水率的快速探测,但普通反射式雷达容易受反射层位难确定的影响造成探测误差。该研究使用透射式探地雷达对不饱和含水壤土及砂土所构建的物理模型进行透射式探测,通过起跳时间对比标定的方法,精确计算了介质中雷达波波速和土壤的相对介电常数。最后通过统计分析,发现以Topp模型公式形式为基础的三次多项式具有最高拟合优度,并修正了Topp公式中的参数后,分别建立起非饱和壤土和砂土体积含水率与介电常数的经验公式及其适用范围。最后,通过试验对比验证了该方法对砂土含水率的测量相对误差为13.20%,较时域反射TDR(time domain reflectometry)方法低14.34%,壤土为9.48%,较TDR方法低15.79%,测量精度明显高于TDR方法。因此该方法可替代TDR方法用于特定条件下土壤含水率的准确检测。 相似文献
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不同类型土壤介电常数与体积含水量经验关系研究 总被引：7，自引：0，他引：7
利用土壤介电性质间接确定土壤体积含水量的方法已广泛应用于相关的学科领域。本研究通过土柱试验,针对我国潮土、风沙土、红壤、水稻土等4种典型土壤,对8种质地土壤介电常数与体积含水量的经验关系展开了研究,修正了Topp(1980)关系式,并确定了Herkelrath关系式校正参数a、b值。结果表明,Topp(1980)关系式对砂壤性潮土、粉砂质黏性潮土、风沙土、黏性红壤含水量的预测误差较大;Topp拟合关系式虽然对Topp(1980)关系式有所优化,但效果仍然不甚理想,在含水量的不同范围有时误差较大,特别是对黏性红壤含水量的预测效果较差;Herkelrath拟合关系式对试验的4种类型土壤含水量的预测效果均较好,可以作为相关应用的优先选择;三种关系式对两种质地的水稻土含水量均有很好的预测效果,平均绝对误差小于0.03 cm3cm-3。 相似文献
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大尺度地表土壤水分信息的获取对水资源管理、农业生产以及气候变化等相关研究具有重要意义。TAU-OMEGA（$ \tau -\omega $）模型是利用被动微波遥感技术进行大尺度土壤水分信息提取的常用模型。由于$ \tau -\omega $模型忽略了植被层的体散射作用,该模型仅适用于L波段,存在C波段适用性差及模型参数无法定量计算的问题。该研究在分析植被冠层对微波散射机制的基础上,通过增加反映冠层多次散射作用的辐射添加项对$ \tau -\omega $模型进行了改进,成功解决了模型在C波段的适用性问题;通过理论推导,得出了模型$ \omega $参数的理论计算方法,基于模拟数据集,实现了基于冠层叶面积指数的模型$ \omega $和$ \tau $参数的计算,解决了$ \tau -\omega $模型中$ \omega $参数无法根据遥感数据进行定量计算的问题。以玉米冠层为例,在C波段（6.6 GHz）,改进的$ \tau -\omega $模型对地表微波辐射亮温的模拟值与实测数据保持了较好的一致性,模拟误差较改进前有了极大的下降,V极化均方根误差为3.02 K,H极化均方根误差为3.94 K,结果表明了该研究提出的模型改进与参数化方案的合理性,研究结果为联合光学和被动微波遥感数据进行大尺度土壤水分反演奠定了基础。 相似文献