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土壤理化特性对土壤剖面水分传感器性能的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
针对土壤理化特性变异影响土壤剖面多点水分传感器测量误差的问题,面向土壤剖面水分测量,设计了一种高频电容式水分传感器,通过试验分析了土壤温度、电导率、容重等土壤理化特性变异对传感器输出电压的影响,采用统计回归处理方法,建立了基于温度影响下的土壤水分修正模型,并对传感器的性能进行了检验.试验结果表明:在5 ～45℃范围内,传感器输出电压随土壤温度升高而线性递增;电导率大于2 mS/cm时,传感器输出电压随电导率增大而逐渐减小;容重增加使得传感器输出电压呈减小趋势;在常温下此水分传感器测量值与传统干燥法测量值对比,两者决定系数R2=0.967 9,最大测量绝对误差4.70％,均方根误差为0.025 24. 相似文献
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土壤水分的精准测量对节水灌溉、墒情监测、水肥一体化等领域具有重要意义，土壤氮含量会影响水分传感器的测量。为了消除这种影响，设计了不同尿素质量对不同水分含量土壤样本的监测实验，采用高灵敏度水分传感器并对尿素干扰下的输出电压进行监测，通过称重法监测土壤样本的含水率，使用LCR电桥测试仪监测土壤样本的电容和电阻。为了研究氮含量影响水分测量的机理，根据实验数据建立了三元三次多项式、BP神经网络、深度学习3种预测模型，并对预测结果进行误差分析。结果表明，相同土壤含水率条件下，尿素质量与土壤水分传感器输出值呈周期性的振荡关系。3种预测模型的平均绝对误差分别为0.77%、0.64%、0.75%，BP神经网络模型有98%误差集中在0~2%区间，误差峰值仅为2.07%，确立BP神经网络模型为最佳抗尿素干扰水分预测模型。 相似文献
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基于电容法的非接触式土壤水分传感器设计与性能分析 总被引：2，自引：0，他引：2
针对接触式土壤水分传感器存在对土体破坏大及使用安装、更换困难等问题,设计了一种基于电容法的非接触式土壤水分传感器。借助网络矢量分析仪对传感器环形探头在不同介电常数的有机溶液中进行测量,确定了传感器环形探头电容变化范围为7.08~22.75 p F。选取11种不同电容值高频瓷片分别与102 n H的绕线电感进行并联谐振试验,得到的测试结果与仿真结果的决定系数达到了0.98,检测电路的测量精度能够满足传感器的设计要求。以北京地区粘壤土作为测试样本,对传感器输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数达到了0.995 9,系统的稳态与动态性能均能满足土壤水分的检测要求。通过试验分析了温度对传感器输出的影响,将传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数达到了0.987 9。进一步提出了能量指数Ka,通过试验的方式确定了传感器的纵向影响范围为10 cm,横向影响范围为5 cm。最后对比试验表明,所设计的土壤非接触式水分传感器与国外同类产品性能相当,能够满足土壤非接触式测量的要求,但具有更高的性价比,为同类产品的国产化奠定了基础。 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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一种新型土壤水分传感器的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了满足精确灌溉的需要，一种能快速、准确测量土壤水分的传感器变得越来越重要。介绍了一种根据土壤介电常数和驻波原理研制的土壤水分传感器．并通过从探针结构和土壤种类两个方面对该传感器的工作特性进行试验研究，结果表明该传感器工作稳定、可靠，测量精度高，线性度好，适合大多数土壤类型的测量。 相似文献
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《灌溉排水学报》2020,(1)
【目的】研究土壤含钠盐量变化及钠盐含量垂向异性对土壤水分入渗特性的影响,以期为海涂盐渍土水土资源高效利用与保护提供理论依据。【方法】设置土壤含钠盐量垂向均质及垂向异质变化共6个处理,采用恒定水头入渗法进行土壤水分入渗试验。主要从入渗速率、累积入渗量及湿润峰距离3方面对土壤水分入渗特性进行分析讨论与模拟。【结果】对于盐分分布均匀的土壤,入渗初期水分入渗速率与土壤含盐量有显著关系,但对于盐分含盐量垂直分层土,土壤盐分含盐量与水分入渗速率关系较为复杂。在相同入渗时间内,盐分均质土累积入渗量随土壤含盐量增大呈显著降低趋势;对于盐分含盐量分层土壤,盐分含盐量垂向减小土壤累积入渗量大于盐分浓度垂向增加土壤,且土壤剖面垂向盐分含盐量变化对水分累积入渗量影响相比土壤盐分含盐量均匀变化对入渗过程的影响更显著。土壤湿润锋深度随入渗时间延长而增大,且在入渗初期速度较快,随后逐渐缓慢,最后趋于平缓,上层土壤盐分浓度对湿润锋深度影响较大。【结论】结合盐分均匀变化及垂向异质性变化土壤定水头入渗试验,明确了土壤孔隙水分运动与盐分浓度变化的响应规律。土壤垂向理化性质改变对水分入渗过程具有一定影响,同时利用Kostiakov入渗经验公式和简略Philip入渗方程可以较好地拟合该入渗过程。 相似文献
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人工神经网络在土壤含盐量预测中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤含盐量的预测对合理配置水资源.防治土壤次生盐碱化等具有重要的指导意叉.在阐述BP人工神经网络原理的基础上,针对影响土壤含盐量的主要因素,建立了多因子土壤含盐量的3层BP网络模型,以土壤含水率、地下水矿化度、地下水pH值、地下水埋深、相对湿度、降雨量、蒸发量作为模型输入参数,土壤含盐量作为模型输出,对土壤含盐量进行了预测.结果表明,BP神经网络模型预测土壤含盐量的最大误差为8.78%,平均误差为5.99%,模型具有较高的预测精度. 相似文献
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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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针对油菜直播地表农田土壤物理机械特性参数室内测量费时费力、田间测量仪器功能单一等问题,设计了一种油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装置,实现集成测量土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角4种土壤物理机械特性参数且测量结果可以通过手机APP实时储存显示。装置基于自走式移动平台实现行走控制,以STM32单片机为核心控制器,利用FDR传感器获取土壤含水率,通过圆锥贯入部件测量土壤坚实度和抗剪切强度参数(包括粘聚力和内摩擦角)。分析了装置的圆锥贯入部件和土壤含水率检测部件测量原理,设计了装置测量控制系统硬件电路及软件,开展了传感器标定试验,确定了柱式压力传感器、薄膜压力传感器和土壤水分传感器的输入输出响应关系。选取71个土壤样本,融合土壤含水率和基于圆锥受力平衡关系获取的摩擦因数,运用最小二乘法建立了土壤粘聚力和内摩擦角数学测量模型,模型决定系数R2分别为0.932和0.956。开展了装置田间测量试验,对土壤含水率、坚实度、粘聚力和内摩擦角进行集成测量,结果表明：相较于AYD-2型土壤坚实度仪、干燥箱干燥法和ZJ-D型直剪仪测量结果,油菜直播地表土壤物理机械特性参数测量装... 相似文献
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我国是一个缺水的农业大国,实现精细灌溉是节约水资源的有效途径,而精确地测量土壤体积含水率是实现精细灌溉的重要保障之一.为此,提出了一种基于驻波率原理的土壤含水率测量的新方法-无接触式测量方法,介绍了其工作原理,研究出了无接触式土壤水分传感器的结构.用烘干法进行对比试验,从而得出SWR无接触式土壤含水率测量方法是一种高性能的测量方法. 相似文献
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田间持水量是重要的土壤水分常数之一,是开展墒情评价和旱情分析,指导科学灌溉不可缺少的基础信息。传统的土壤田间持水量测定方法操作复杂,给土壤墒情评价带来一定难度。通过将先进的无线土壤测量传感技术与传统的围框淹灌法相结合,提出了一种基于无线传感器的新方法,利用“滑动平均含水量法”和“移动平均法”计算确定土壤田间持水量,并在陕西、北京、吉林和河北不同土壤类型的农田开展验证试验。结果表明,与传统环刀法相比,围框淹灌仪器法测定结果的平均相对误差为4.89%,不同质地土壤上测定结果均比较稳定,两种方法测定的田间持水量随土层深度的变化规律一致。围框淹灌仪器法测定土壤田间持水量具有可靠性和便捷实用性,是土壤墒情监测与评价的有效方法,适宜推广应用。 相似文献
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为利用时域测量技术实时、快速、准确地测量土壤水分,设计了一种低成本的基于时域传输(TDT)原理的土壤水分测试仪。仪器的探头采用末端封闭的回路结构,信号在探头上单程传输,通过测量电磁波在土壤介质中的传输时间测量出土壤的介电常数,再通过土壤标定方程得到土壤水分。时域传输仪由高频脉冲信号源、同轴传输线、U型回路结构探头、以TDC-GP2时间间隔测量芯片为核心的传输时间测量电路和以LPC2132 ARM微控制器为核心的控制电路组成。通过标准溶液测试和土壤测试试验,验证了双U型探头的测量结果好于单U型探头,仪器使用双U型探头测量传输时间的均方根误差为43.9 ps,测量介电常数的均方根误差为0.791,使用TOPP方程测量砂土土壤含水率的均方根误差为0.029 cm~3/cm~3,测量壤土土壤含水率的均方根误差为0.039 cm~3/cm~3。结果表明设计的时域传输土壤水分测试仪可以准确地测量土壤介电常数和土壤体积含水率。 相似文献
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为了筛选黄淮海地区适宜的墒情监测设备,通过大田试验研究了中子仪、Diviner2000、Trime以及swr-2观测了作物生育期内的土壤水分变动,同时利用取土烘干法对仪器进行标定,并以烘干法的观测结果为标准,分析不同墒情监测设备的测量精度,试验结果表明,中子仪的观测精度最高,其他3种仪器观测精度基本相当。 相似文献
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为有效解决传统TDR系统在确定土壤湿润锋位置时带宽小、上升沿时间长、分层界面位置测量误差大等问题,本文在研究TDR阻抗测量的基础上,利用微波频域、时域变换理论提出了一种基于便携式矢量网络分析仪的土壤湿润峰测量方法。利用ADS仿真分析验证了TDR波形重新建模方法,证明了不同阻抗交界面检测的可靠性。通过油水交界面、2层不同含水率土壤干湿交界面、3层不同含水率土壤干湿交界面位置的测量,与传统TDR方法测得的结果进行对比,结果表明基于便携式矢量网络分析仪建立的微波阻抗反射信号转换模型在实际应用中具有很好的准确性,可为土壤分布式含水率的测定提供理论借鉴。 相似文献
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This study was undertaken to describe and quantify the measurement uncertainty of commercially available soil moisture sensors
in the field. Three different commercial types of soil moisture sensors (TDR, EC and GMS sensors) were placed in groups of
25 sensors each under turf on a 3 × 3 m plot. Readings were taken daily over a period of 10 weeks in order to estimate the
extent of measurement scattering and to estimate the change of scattering with time. It was found that, on average, scattering
changes significantly with time and changing moisture content, and is generally very high (mean absolute deviation up to 16%
available field capacity) for the purpose of irrigation scheduling. The difference in scattering between the three methods
was significant, so it would be fruitful to seek methods with lower scattering. The assumption that scattering of measurements
relative to a starting point in lower than absolute values could not be confirmed.
Received: 23 June 1999 相似文献
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东北地区土壤温度和湿度空间变异特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
于2015年4月在黑龙江农垦赵光农场,使用20套无线传感器网络节点部署在赵光农场一面积为33.4 hm 2 的玉米地块,并通过2个手持式移动节点进行加密测量。根据这一方案,获得了从4月5—29日在240 m×240 m、120 m×120 m、60 m×60 m和30 m×30 m网格下的土壤温度和土壤湿度数据。在此基础上,基于统计半方差函数理论和GIS空间Kriging插值方法分别分析了土壤温度和土壤湿度各向同性、各向异性变化特征及分布模式。结合土壤温度和土壤湿度在不同尺度下的Kriging插值结果,确定了两者最佳采样间距。试验结果表明,土壤温度和土壤湿度的半方差函数分别适用于球形模型和指数模型,两者均有很强的空间自相关。其中,土壤温度自相关距离为51.56 m,土壤湿度的自相关距离为154.16 m。土壤温度在45°、90°方向变化明显大于0°、135°方向;土壤湿度拟合决定系数( R 2 )为0.77,在0°、135°方向上变化较大,土壤温度和土壤湿度最佳采样间距分别为60 m和100 m。 相似文献