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针对植物冻融过程中植物水分生理信息(植物水冰含量)难以实时、在线、连续监测及冻融难以准确判断的问题,设计了一种基于潜热效应的活立木冻融检测传感器。通过检测植物冻融过程中潜热释放引起的温度变化对茎干是否冻融进行有效判断,在准确检测冻融点的基础上,根据茎干体积含水率变化计算冻融过程中的茎干体积含冰量及径向冻融深度,同时设计环式弹片探头消除固定式探头对茎干压迫形成的凹槽。标定结果表明,传感器测量结果与真值拟合决定系数超过0. 99。静动态特性分析表明,传感器体积含水率和温度测量范围分别为0～68. 67%、-30～80℃,动态响应时间小于2 s。室内冻融模拟实验及室外长期冻融监测表明,传感器能够有效检测植物冻融过程中茎干水分生理参数的变化,可以作为植物冻融的有效监测手段。 相似文献
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活立木茎干水分状况是植物生命状态的有效体现,其中茎干含水率(Stem water content, StWC)和液流密度(Sap flux density, SFD)是研究植物体内水分变化规律的重要参数。准确检测活立木茎干同一空间位置的含水率和液流密度可以更有效地分析2个参数的关系、评估植物生长状况。将基于驻波率(Standing wave ratio, SWR)原理的茎干水分检测方法和基于热比率法(Heat ratio method, HRM)原理的茎干液流检测方法结合,设计了活立木茎干含水率和液流复合参数检测传感器,复合传感器的含水率检测单元和液流检测单元复用一套三针式探针,可对活立木茎干同一位置的含水率和液流实时精准检测。含水率检测单元输出电压与介电常数(6～53.3范围内,对应茎干含水率为0～85%)具有良好的线性关系(决定系数R2=0.970 1),静态稳定性良好(长时间测试最大波动为0.6%全量程)。以杨树为研究对象,含水率检测单元与BD-IV型植物茎体水分传感器的对比实验结果一致(决定系数R2=0.980 0)。液流检测单元与S... 相似文献
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基于海棠茎干含水率的智能灌溉控制策略研究 总被引：1，自引：0，他引：1
茎干含水率的动态变化是研究植物体水分和生长状况的重要指标,准确判断活立木水分亏缺是人工林抚育和城市园林绿化中灌溉策略制定的重要科学依据。以海棠树为研究对象,以茎干含水率为研究参数,通过干旱胁迫试验探究茎干含水率变化与海棠树生理需水的关系。提出以海棠茎干含水率43%和茎干含水率下降值不超过12%为下限指标、土壤含水率33%为上限指标的灌溉控制策略,依据此策略设计了一套智能灌溉控制系统,并通过该系统验证了所提出灌溉策略的有效性与可行性。 相似文献
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针对木本植物越冬期茎干冻结信息难以原位、在线监测的问题,本研究依据茎干冻结过程中水-冰比例变化与茎干阻抗的关系,研制茎干体积含冰量的原位、在线检测传感器。驻波测量频率及电路仿真结果表明,采用100 MHz信号激励源,电路能够有效表征茎干阻抗中电抗分量的变化;植物冻结过程中的阻抗变化分析表明,基于茎干阻抗变化表征体积含冰量的变化是可行的;探头电磁空间分布仿真结果表明,传感器有效测量区域为0～10 cm;静动态特性分析表明,传感器测量范围为0～100%,分辨率为0.05%,测量精度为±1.76%,稳定性良好,动态响应时间为0.172 s,功耗为0.25 W;室内外实验表明,传感器可以有效追踪茎干内体积含冰量的动态变化及受冻害胁迫程度,反映植物越冬期水-冰转化的日周期生理特征,可为植物含冰量监测和不同纬度下人工林的抚育提供技术支撑。 相似文献
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以杨树为研究对象,通过分析茎干水分与微环境参数集的变化关系,提出了茎干水分的估算模型。采用主成分分析法选取微环境参数集的最大主成分PC1作为特征变量,解决了微环境参数集之间的共线性问题,并在保留98.89%的原始数据信息的同时,达到了数据降维的目的,从而降低了模型复杂度。以PC1作为输入变量,茎干水分作为输出变量,基于两者的周期性变化规律建立了茎干水分与PC1的斜椭圆模型。在微环境状况相近的6个晴天,该模型的平均误差小于0.05%,均方根误差小于0.06%,决定系数大于0.94,能够较好地依据微环境参数集估算出实时的茎干含水率。但是由于植株个体存在形态指标上的差异,不同植株茎干水分与PC1的斜椭圆模型的预估参数也会存在差异,针对不同季节和气象环境需要分别建立茎干水分的估算模型。 相似文献
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为了对植物病虫害进行早期预警,提出一种基于茎干含水率的植物病虫害等级早期诊断方法。以紫薇为研究对象,监测复苏萌芽期内不同健康等级紫薇的茎干含水率;然后,分别通过关键参数和主成分分析对茎干含水率进行特征提取;最后,结合有监督和无监督学习模型实现对紫薇病虫害等级的早期诊断。基于方差分析,紫薇健康等级对日最小含水率、日最大含水率、日平均含水率、日极差含水率4个关键参数的影响均为极显著。基于主成分分析,茎干含水率时间序列前4个主成分的累计贡献率达到99.7%。在有监督模型中,以主成分特征为输入的BP模型的性能最优,平均识别率达到98%;在无监督模型中,以主成分特征为输入的K均值模型最优,平均识别率达到92%。因此,茎干含水率可以作为诊断植物病虫害等级的早期指标,主成分特征优于关键参数特征,有监督模型优于无监督模型。 相似文献
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基于驻波率原理的植物茎体水分无损检测方法研究 总被引：4，自引：0，他引：4
水在植物的各项生理活动中起着至关重要的作用,实时无损检测植物茎体的水分对研究植物的生命活动有着重要的指导意义。本文提出了一种基于驻波率原理的茎体水分实时无损在线检测方法,并设计了BD-IV型植物茎体水分传感器,分别在以有机溶剂及烧杯为实验材料的仿真环境、以松树为实验材料的树段环境及以桃树为实验材料的活立木实验环境下,验证了BD-IV型植物茎体水分传感器的检测性能。当植物茎体直径在5.0~10.5 cm之间且体积含水率在1.17%~59.59%之间时,BD-IV型植物茎体水分传感器能准确地检测出植物茎体的体积含水率。通过长期监测桃树茎体水分的日变化和月变化情况,得知BD-IV型植物茎体水分传感器的检测结果与植物生理特性相符;与德国生产的SF-L型树干茎流仪同时监测柳树的茎体水分和茎流,得出茎体水分和茎流之间的关系,为植物生理特性研究提供了一种高性能价格比的国产化检测仪器。 相似文献
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为了深入揭示干旱区膜下滴灌棉田冻融期土壤水、盐和温度的动态变化规律,利用Hydra水盐热系统实现对冻融期宽行、窄行和膜间位置15,25和40 cm深度土壤液态水分、温度和电导率实时等间隔加密监测,分析了冻融期土壤水盐热动态变化过程.结果表明:同一位置不同深度液态水分、电导率和温度动态变化规律一致;冻融期内盐分垂向运移规律为深层土壤内的盐分向表层运移,冻融作用使盐分发生了重分布,加重了土壤40 cm深度的盐分含量,电导率增值范围为20~80 μS/cm,并且冻融前后不同位置电导率以位置排序由大到小为宽行,窄行,膜间;在冻融过程中不同位置土壤温度、液态水分和电导率两两之间存在着正相关关系(P<0.01),其相关系数大于0.74,而电导率与温度和液态水分两者也存在极强的多元一次函数关系(P<0.01),其相关系数大于0.90;冻结和融化并不是重合的过程,而是在期间会出现分叉点,分叉点出现在-1 ℃附近.研究结果对制定合理的非生育期灌溉制度具有重要参考意义. 相似文献
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多层土壤剖面复合传感器设计与性能分析 总被引：4，自引：0，他引：4
针对土壤剖面温度与水分检测存在传感器安装困难、对本地土壤扰动比较大等问题,设计了一种基于驻波比土壤水分测量原理与基于铂电阻测温原理的多层土壤剖面复合传感器。借助矢量网络分析仪与HFSS电磁场仿真软件对传感器电极的阻抗特性与电场分布状况进行了分析,确定了铜质检测探头结构为:直径5 cm、宽度2.5 cm、厚度0.09 cm,测试电路激励频率为100 MHz。以3种不同质地土壤作为测试样本,对土壤水分与温度检测单元的输出与对应的测量值分别进行了多项式拟合与线性拟合,相关性均达到0.99以上,系统稳态及动态性能均满足土壤剖面温度与水分的检测要求。通过试验分析了土壤温度与体积含水率对传感器输出的影响,利用统计回归方法建立了传感器在不同温度时的修正模型。在北京市小汤山野外环境下,将传感器工作于埋入土壤的PVC管体中,同时获取3层土壤温度与水分剖面信息,数据可靠,性能稳定,为实时获取多层土壤墒情及土壤温度提供了一种高效方法。 相似文献
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土壤剖面水分线性尺度测量方法 总被引：1，自引：0，他引：1
针对现有土壤水分点尺度下测量的局限性,提出了一种线性尺度下的土壤剖面水分测量方法,并设计了一种基于驻波比法的土壤剖面水分信息测量传感系统。借助HFSS高频电磁场仿真软件与网络矢量分析仪对传感器环形探头的电场强度分布情况与阻抗特性进行了分析研究,确定了环形探头适应性与敏感区域。以2种不同质地的土壤作为试验样本,对土壤水分传感器的输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数均达到了0.99以上,传感器的稳态与动态性能均能满足土壤剖面水分的测量要求。通过多层水分土柱穿层试验与对比试验表明,该系统能够满足线性尺度下土壤剖面水分的实时测量需求,具有较高的测量精度与稳定性。设计的土壤剖面水分线性测量系统的各项指标均达到实际应用的需求,具有较高的应用推广价值。 相似文献
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不同灌水量对菊芋生长及水分利用效率的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
在不同灌水处理下菊芋株高、茎粗和单株个数的差异不显著,株高生长期主要在枝繁叶茂期和现蕾期,而茎粗生长期在苗期和枝繁叶茂期;菊芋产量、单株产量及水分利用效率均存在显著性差异,产量和单株产量以J6处理(耗水量最大)最高,J6处理的产量分别比J1、J2、J3、J4、J5处理提高56.52%、28.68%、46.21%、37.75%、8.97%,J6处理的单株产量分别比J1、J2、J3、J4、J5处理提高65.45%、26.39%、27.27%、28.17%、31.88%,水分利用效率则以J1处理(耗水量最小)最高,分别比J2、J3、J4、J5、J6处理提高15.98%、50.67%、85.96%、58.68%、79.16%。试验条件下菊芋产量主要由单株产量决定,并随耗水量的增加呈增加趋势,而水分利用效率则呈下降趋势。菊芋最佳灌溉定额为340 mm左右。 相似文献
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应用Phytalk植物生理生态监测系统和Globelog土壤水分温度监测系统,研究了江西省赣抚平原灌区棉花在不同水分条件下的茎流、叶温及茎粗变化规律。结果表明:棉花茎流呈明显的昼夜变化规律,晴天呈双峰曲线,多云天呈单峰曲线,阴天值较低且稳定,高的土壤含水率下峰值更高;棉花叶温变化与茎流类似,不过有滞后现象,叶温达到33℃左右时保持稳定;棉花茎粗与茎流和叶温变化规律相反,茎直径最大值出现在9点左右,最小值出现在18点左右,在中午12点左右会出现萎缩现象。 相似文献
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对植物茎体水分进行实时无损的在线检测成为研究植物水分生理活动的热点之一。本文提出一种基于超声射频回波技术的植物茎体水分实时无损在线检测方法,该系统硬件由超声探头、超声射频发射接收器、数据采集卡和计算机组成;软件由Lab VIEW平台开发完成。通过系统获取有机溶液超声回波速度,仿真植物茎体含水率;以杨树截断样品为对象,分析其茎体吸水过程的含水率变化与超声回波速度变化的相关性,平均决定系数为0.98;以活体立木白玉兰为检测对象,完成其茎体超声波日变化检测,最高超声回波速度出现在14:00,最低值出现在22:00。实验表明超声回波速度与植物生理变化特性相符。同时,本文通过茎体样品及活立木的超声检测,验证了该方法可有效反映植物茎体轴向、径向及不同树种的结构差异,为植物茎体水分的检测提供了一种携带茎体结构特性的检测方法。 相似文献
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青状秸秆粉碎机的研究与设计 总被引：2，自引：0，他引：2
目前,农作物秸秆及牧草类等粗纤维青物料粉碎加工多采用普通粉碎机,效率低,能耗高,不能达到粉碎要求,市场上也没有专业的加工机械产品面世,因此研制秸秆和牧草等青物料加工机械存在着客观的必要性。为此,主要介绍了秸秆类青物料粉碎机的设计思想、设计方案、主要零部件的设计要点、性能参数的确定以及本机的工作原理。 相似文献
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谷子茎秆切割力学特性试验与分析 总被引：3，自引：0，他引：3
为减小谷子茎秆切割力、降低切割功耗,设计了茎秆往复式切割试验台,对谷子茎秆进行不同收获时间、茎秆部位、切割器组合形式、切割倾角、刀片斜角、平均切割速度和茎秆喂入速度的单因素切割试验,并在单因素试验基础上对平均切割速度、切割倾角和刀片斜角3个因素进行响应面试验。单因素试验结果表明:收获期茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随含水率的增大而减小;基部起茎秆极限切应力、单位面积切割功耗总体上随茎秆高度的增加而减小,茎秆茎节极限切应力、单位面积切割功耗较茎秆节间大;茎秆双支撑切割形式较单支撑切割形式极限切应力、单位面积切割功耗小;切割倾角0°～20°时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随切割倾角的增大先减小后增大;刀片斜角0°～48°时,茎秆极限切应力随刀片斜角的增大而减小,而单位面积切割功耗先减小后增大;平均切割速度0. 5～1. 5 m/s时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随平均切割速度的增大呈先减小后平稳变化的趋势;茎秆喂入速度对切割力学特性无显著影响。响应面试验结果表明:试验因素对茎秆极限切应力、单位面积切割功耗影响的主次顺序为平均切割速度、刀片斜角、切割倾角,且最优切割参数为:平均切割速度1. 19 m/s、切割倾角7. 2°、刀片斜角36. 4°,最优参数下茎秆极限切应力和单位面积切割功耗分别为2. 88 MPa、22. 38 m J/mm~2,验证试验值与预测值相对误差不超过3. 5%。刀片斜角对比试验表明:刀片斜角36. 4°较30°(标准Ⅱ型动刀)切割谷子茎秆时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗分别减小了6. 6%、3. 9%。 相似文献