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土壤电导率的准确、实时和原位获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑，为提高传统电流-电压四端法测量精度，该研究基于电流-电压四端法3种测量组态，开展土壤电导率主要影响因素（土壤含水率、电极入土深度、土壤坚实度和土壤处理方式）对电流-电压四端法的3种测量组态测量精度影响的试验。结果表明，Wenner和Schlumberger两种测量组态可较好的适用于不同土壤环境条件。进一步以Wenner和Schlumberger两种测量组态所测土壤电导率值为输入量，基于BP神经网络构建了双组态融合的土壤电导率回归模型，并在此基础上设计了一种土壤电导率测量装置，该装置主要包括JESTON nano、STM32单片机数据采集模块、传感器、激励源及差分放大模块等组件。工作稳定性试验结果显示，该装置在不同土壤电导率梯度条件下测量数据的标准偏差均小于0.43 μS/mm，田间性能对比试验结果显示，该装置测量数据的均方根误差值为0.18 μS/mm，测量精度优于传统单独测量组态和市面常用土壤电导率测量仪，以上结果表明所研制的土壤电导率测量装置具有较好的工作稳定性和测量精度。该研究可为田间土壤信息的实时原位采集提供一种高精度的检测工具和技术手段。 相似文献
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一种土壤电导率测量方法的数学建模与实验研究 总被引：14，自引：3，他引：14
针对一种土壤电导率的测量方法——“电流—电压四端法”，从理论上深入探讨了该方法的测量原理，建立了对应的数学模型。关于Wenner分布、Schlumberger分布和 Polar dipole分布3种测量组态计算公式的正确性也通过实验进行了检验。 相似文献
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为了提高基于驻波比原理（Standing Wave Ratio，SWR）的土壤剖面水分传感器非接触式测量精度及传感器在田间土壤水分测量中的实用性，该研究基于电磁仿真软件和印刷电路板工艺设计了一种基于边缘电磁场理论的小型定向测量探头，并进行了探头阻抗变换电路的设计，最后借助矢量网络分析仪探究了探头测量与介质、电导率的关系。在论证检测原理有效性的基础上，首先采用High Frequency Structure Simulator电磁场仿真验证探头结构的合理性。并配置不同介电常数的介质溶液进行试验，进行了试验检验，确定了此剖面土壤水分传感器的阻抗特性及测量范围。同时，为了分析土壤电导率对测量结果的影响，配置不同水分、电导率梯度的土壤样本，利用矢量网络分析仪分析了探头阻抗与水分及电导率的关系，得出结论：在土壤含水率3%～56%、土壤电导率0～6 300 μS/cm时，水分测量受电导率影响的最大绝对误差6.33%。与ET-5、5TE两种商用传感器受土壤电导率影响精度性能进行对比，传感器在非盐碱土壤（电导率在0～6 300 μS/cm内）受土壤电导率影响的最大土壤体积含水率相对误差相比其他两款传感器减少了0.17%～5.27%，受电导率影响在非盐碱土壤测量时更小，且传感器探头具有体积小、成本低、非接触式定向测量受内部介质干扰较小等优点，基本满足非盐碱地土壤田间实际检测需求。研究成果可为土壤剖面水分测量提供理论基础与技术参考。 相似文献
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EC-5和5TE土壤水分传感器的多因素性能测试与校正 总被引：2，自引：2，他引：0
摘要：含水率、电导率及表层温度等土壤墒情信息是进行农牧业精确灌溉作业的基础。无线传感器网络是目前广泛采用的监测土壤墒情的有效方法,其对传感器有着低成本、低功耗和可靠性的要求。针对网络整体需求,本文在对比不同土壤水分传感器后选定并测试了土壤水分传感器EC-5和5TE的工作性能。结果表明：EC-5和5TE的电工作特性均受温度、电导率和pH影响。5TE受电导率的影响要比受温度或pH的影响大,应用校正模型,三者相关决定系数R2依次可达0.918、0.971和0.906;EC-5具有与5TE一样的温度稳定性,但其受电导率或pH的影响效果与5TE的相反,校正模型相关决定系数R2分别为0.977、0.944和0.978。此外,虽然5TE自带的电导率测定的可靠性很高,但其温度测定漂移较大,线性校正后相关决定系数R2为0.993。总的来说,5TE和EC-5已能满足无线传感器网络监测土壤墒情信息的需求,但有必要根据本试验结果提供的对温度、电导率和pH的校正模型对其进行补偿校正。 相似文献
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四端法土壤电导率原位快速检测传感器设计与试验 总被引：1，自引：1，他引：0
实现土壤电导率的快速获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑。目前,田间电导率采集在农业生产前进行,需要专门的电导率检测设备对种植田块开展大范围数据采集并生成电导率空间分布图,该方式操作繁琐、费时费力,同时检测的电导率值由于时间滞后原因,难以准确反映农业生产各环节(如播种)实施过程中的真实电导率情况。针对上述问题,基于交流"电流-电压"四端法原理,该研究设计了一种土壤电导率原位快速检测传感器,用于搭载在不同的农业生产机具上,实现土壤电导率的实时检测与作业参数的在线调整。该传感器以STM32处理器为核心,配合电源电路、交流信号源电路、有效值检测电路及其他外围电路搭建了硬件及软件架构,同时集成了信息的实时检测与显示、定时存储与无线传输等功能,实现了土壤电导率的原位高精度获取。传感器标定试验及工作稳定性试验结果表明,传感器输出值与DDB-303A电导率仪测得的电导率值呈明显线性关系,线性拟合R2为0.995,且在不同电导率水平下,连续测量的标准偏差均小于0.76μS/cm,具有较高的准确性及工作稳定性。与JXBS-3001传感器在实验室条件下(温度25℃),对配置的不同电导率浓度土样(含水率15%)检测的对比试验结果表明,所设计的电导率传感器的测量误差及响应时间更低,绝对误差为-5.9～19.4μS/cm,相对误差为-1.05%～2.39%,响应时间小于2.01s。利用电导率传感器在现场(温度20.6℃)对地块不同位置测量的绝对误差为-11.36～25.30μS/cm,相对误差为-7.91%～7.88%。综合而言,该研究所设计的土壤电导率传感器能快速准确的检测土壤电导率信息,可为无人农场的土壤信息采集提供一种高精度的检测工具。 相似文献
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基于无线传感器网络的温室栽培营养液电导率监测系统 总被引：3，自引：2，他引：1
温室营养液无土栽培,具有节约种植成本、生产效率高等优点.监测营养液的电导率、pH值等特性参数,是实现营养液无土栽培信息化与自动化的基础.为了实现温室无土栽培营养液的实时监测,开发了基于无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的营养液电导率实时监测系统.系统以JN5139为中央控制器同时控制营养液电导率信息采集单元和无线通讯单元,实现了营养液电导率信息的实时采集与处理、LCD显示和键盘输入等人机交互操作以及基于WSN的营养液电导率实时测量自组织网络,同时系统集成了GPRS模块,实现了营养液电导率与温度信息的远程传输与监控等功能.系统采用星型网络拓扑结构,并进行定时休眠、传感器掉电控制来节省能源消耗.针对系统的实用性和可靠性进行了系统标定、温度补偿以及温室试验,分析比较了电导率测量线性与非线性模型.试验结果表明分段线性模型建模效果较好,分段拟合R2均在0.97以上.系统的测量范围为0.5~2.9 mS/cm,测量结果能够精确到0.01 mS/cm,总体测量相对误差为2.10%,较好地满足了温室营养液电导率实时监测的要求,为无土栽培的科学管理提供技术手段. 相似文献
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基于电磁感应仪数据的南疆棉田土壤电导率反演模型研究 总被引：3，自引：0，他引：3
土壤盐渍化是南疆棉田优质高产的主要障碍因素,定额灌溉可有效改良土壤盐渍化,EM38-MK2可快速、动态获取土壤盐渍化数据,适时监测土壤盐渍化,为棉田定额灌溉提供数字依据。针对电磁感应仪(EM38-MK2)的发射圈和接收圈设计了不同采样方案,在同一条田内采集了6个不同时期的土壤表观电导率数据及相应的剖面土样,分析了不同土壤采集方案及土壤含水量对表观电导率模型精度的影响,对比了以单一时期数据建模的局部模型和6个时期整体数据建模的全局模型的反演精度。结果表明,由单点采集电磁感应仪发射线圈位置土样所构建的模型精度更高,稳定性更好,能有效减少由采样带来的误差。当土壤含水量低于10%时,表观电导率与实测电导率之间的相关性较低,决定系数为0.58,反演模型只具备粗略估计实测电导率的能力;当土壤含水量高于10%时,表观电导率与实测电导率具有很好的相关性,决定系数达到0.80以上,反演模型具有较好的预测能力。EMH+EMV多测定模式下表观电导率与实测电导率之间的模型精度高于EMH或EMV单一测定模式,确立EC_(h0.375)+(EC_(h0.75)+EC_(v0.75))/2+EC_(v1.5)为建模因子,有效提高了反演模型的精度。不同深度土层的局部模型反演精度均高于全局模型精度,局部模型的RPD均大于2.0,具有较好的预测能力。 相似文献
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土壤剖面盐分的分布位置和含量的三维可视化研究,对干旱区盐渍化土壤定额灌溉具有重要意义。通过采集4个不同时期的土壤表观电导率数据和同步采集的土壤剖面样品的室内测定电导率数据,利用多元线性回归方法构建了土壤剖面不同土层实测电导率与表观电导率之间的反演模型,采用三维反距离权重插值法(3D-IDW)实现了土壤盐分的三维可视化,在此基础上研究了新疆干旱区膜下滴灌棉田土壤剖面盐分的时空变化。结果表明：表观电导率与实测电导率之间具有较好的相关性,基于表观电导率数据构建的实测电导率反演模型的决定系数(R2)在0.82～0.99之间;基于3D-IDW的三维可视化技术可高精度地展示出盐分在土壤剖面中的分布位置和含量,不同时期土壤电导率交叉验证的R2均大于0.75;土壤电导率的三维数据统计结果表明,由于灌溉、覆膜和揭膜活动等人为因素和气温、蒸发作用、地下水水位等自然因素的作用,不同时期土壤剖面盐分的分布特征和含量均存在较大的差异,3月份土壤剖面盐分分布类型为均匀型,0～100 cm土壤剖面的电导率范围为0.78～0.88 dS?m-1,6、7和10月份为表聚型,6月和10月份的盐分主要集中分布于0～20 cm,0～20 cm的电导率分别为3.32和5.28 dS?m-1, 7月份的盐分主要集中于0～40 cm,0～40 cm的电导率为2.25～2.45 dS?m-1。研究结果对于精确棉田灌溉时间节点和灌水量具有指导作用。 相似文献
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渭干河灌区土壤水盐空间变异性研究 总被引：12，自引：1，他引：12
根据直线和网格布点法布置的150个取样点的测定资料,应用经典统计分析方法．探讨了垦荒地土壤电导率和重量含水率的空间变异性,并给出了不同置信水平及精度要求下两者的合理取样数目。应用自相关和半方差分析方法进一步讨论了土壤电导率及土壤重量含水率的空间变异结构和半方差函数模型。结果表明,垦荒地土壤电导率和重量含水率的空间变异都是有结构的,土壤电导率的最大相关域为9m,土壤重量含水率的最大相关域为6．4m。两者的半方差函数可用有基台的线型模型拟合。 相似文献
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基于频域法的便携式无线土壤水分测量装置设计与试验 总被引：4，自引：4，他引：0
针对农田土壤水分测量的实际需要,研制了一种便携式无线土壤水分测量装置。该装置结构一体化设计采用"T"型结构,将土壤水分传感器和信息采集与发送单元融合,可在0~300 mm的不同深度下测量土壤水分,并采用蓝牙传输技术,将测量数据实时发送给Android手机,手机可通过App软件对数据进行分析处理,实现了农田数据的大容量存储和智能化处理。在实验室环境下,使用砂土和壤土2种土样对测量装置进行了标定试验,土壤容积含水率与传感器输出电压服从二次曲线关系,决定系数均达到0.99以上;将测量装置与波兰Easy Test TDR土壤测试仪进行对比试验,二者测量结果呈线性相关关系,决定系数为0.987。试验结果表明该装置可准确测量土壤水分含量。 相似文献
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积分方法用于校定逆转型土壤盐渍剖面的磁感式电导 总被引：3，自引：0，他引：3
Various calibration methods have been propounded to determine profiles of apparent bulk soil electrical conductivity （ECa） and soil electrical conductivity of a saturated soil paste extract （ECe） or a 1：5 soil water extract （EC1：5） using an electromagnetic induction instrument （EM38）. The modeled coefficients, one of the successful and classical methods hitherto, were chosen to calibrate the EM38 measurements of the inverted salinity profiles of characteristic coastal saline soils at selected sites of Xincao Farm, Jiangsu Province, China. However, this method required three parameters for each depth layer. An integration approach, based on an exponential decay profile model, was proposed and the model was fitted to all the calibration sites. The obtained model can then be used to predict EC1：5 at a certain depth from electromagnetic measurements made using the EM38 device positioned in horizontal and vertical positions at the soil surface. This exponential decay model predicted the EC1：5 well according to the results of a one-way analysis of variance, and the further comparison indicated that the modeled coefficients appeared to be slightly superior to, but not statistically different from, this exponential decay model. Nevertheless, this exponential decay model was more significant and practical because it depended on less empirical parameters and could be used to perform point predictions of EC1：5 continuously with depth. 相似文献
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针对探针式土壤水分传感器插入土壤后因反馈点固定而需大量布点、成本高、破坏耕层等问题，该研究提出一种基于法布里-珀罗干涉近红外传感器的非接触式土壤墒情在线检测系统。系统硬件部分由机载自动检测装置、电气控制箱和北斗双天线实时差分定位系统（Real Time Kinematic，RTK）组成。整套系统样机的试制包括：传感器的选型和模块设计封装、升降检测装置设计、传感器避障与采样点北斗定位、土壤含水量预测建模、软件中的二次开发和系统与润禾2ZBA-2型移栽机的集成等。田间试验结果表明：当移栽机以0.3 m/s速度行进时，土壤水分传感器参比校准后进行土壤水分的测定，5 s内工控机上实时显示水分含量值，水分含量预测值与实测值的相对误差范围为0.18%～14.46%，平均相对误差7.77%，所测水分值结合北斗RTK系统测得的定位坐标生成土壤表层含水率分布图，为后续喷灌、滴灌等变量灌溉提供参考依据。 相似文献
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干旱荒漠区EC-5土壤水分传感器的校准和应用 总被引：3，自引：0，他引：3
应用EC-5土壤水分传感器在沿黄干旱荒漠绿洲地区的风沙土和粘土两种土壤类型中对不同土层深度的土壤含水率进行测定,同时以烘干称重法测定数据为标准值,采用回归分析方法建立EC-5在两种土壤中测定含水率的校准模型。结果表明,风沙土的校准模型为线性函数,且与埋设土壤深度有关,QS=0.71393S+0.01543D+1.71354(R2=0.920,P<0.05),D为土层深度(cm),S为传感器输出值(%);粘土的校准模型则为非线性的,lnQN=1.112S0.316(R2=0.949,P<0.05)。通过模拟回代结果显示,模拟值与标准值间均具有显著的相关性。在EC-5的应用验证阶段,校准值能够反映该地区风沙土和粘土土壤含水率的年变化特征,校准值与传感器输出值之间呈极显著相关关系(P<0.01),说明EC-5土壤水分传感器的校准模型稳定可靠,应用效果良好。 相似文献
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为解决中国全喂入花生捡拾收获机作业时因喂入量波动导致作业性能下降甚至出现机械故障,而花生捡拾收获机喂入量相关基础研究又缺失的问题,该文以团队前期所研制的4HLJ-3000型全喂入花生捡拾收获机为研究对象,提出了基于捡拾台动力输入轴扭矩的喂入量监测方法。通过对捡拾台进行动力分析,得出了捡拾台动力输入轴扭矩和喂入量的数学模型。利用捡拾台动力输入轴转速、扭矩和功率等工况数据监测存储分析管理系统进行了扭矩和喂入量的道路监测试验。对试验结果进行了线性函数、幂函数、指数函数和二次函数拟合回归分析,结果表明二次函数模型拟合度较高,其决定系数R2为0.990。对二次函数拟合曲线进行分析,结果表明,当喂入量小于等于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加扭矩缓慢增加;当喂入量大于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加,扭矩急剧增加,且转速随之降低。模型验证试验的结果表明,所建立的二次函数模型具有较好的准确性,绝对偏差率范围为0.42%～2.43%,平均偏差率为1.40%,且喂入量越大,偏差率越大。对喂入量和扭矩的函数模型进行了田间试验,结果表明,扭矩偏差率范围为1.90%～3.58%,平均偏差率为2.65%。研究结果可为全喂入式花生及其他作物捡拾收获机结构优化设计及喂入量的智能测控提供参考。 相似文献
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1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验 总被引：4，自引：3，他引：1
为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950k Pa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式前进速度刀辊转速开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150 r/min,前进速度为0.06 m/s,开沟深度为0.15 m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22 kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。 相似文献
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黄土区原状土壤分离过程的水动力学机理研究 总被引：9，自引：6，他引：9
对土壤分离过程进行模拟是建立土壤侵蚀过程模型的基础。利用变坡实验水槽,在较大流量(0.5~2.0L/s)和坡度(8.8%~46.6%)范围内,系统研究了黄土区原状土壤分离过程的水动力学机理。研究结果表明:原状黄土的分离速率远小于扰动土的分离速率,因此,用原状土研究土壤侵蚀机理是十分必要的;土壤分离速率随着流量和坡度的增大而增大,但增大的形式稍有差异,可以用流量和坡度的幂函数准确模拟土壤分离速率(R2=0.95);用平均流速可以对土壤分离速率进行比较准确的模拟和估算;受径流输沙和土样扰动的影响,国内外扰动土样的土壤可蚀性参数与原状黄土的研究成果差异显著;在水流剪切力、单位水流功率和水流功率3个国际上流行的用于模拟土壤分离过程的水动力学参数中,水流功率与土壤分离速率间的关系最为密切,从而表明土壤侵蚀过程受水流能量大小的控制。 相似文献
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基于ZigBee和PDA的农田信息无线传感器网络 总被引：7，自引：4，他引：3
为了实现农田信息的实时采集、处理与可视化,缩短数据采集和处理间的时差,开发了基于ZigBee和PDA的农田信息无线传感器网络。系统由集成ZigBee协调器的PDA和带传感器的路由节点组成。通过无线传感器网络,用户手持PDA可实时动态访问田间信息,并控制传感器的供电电源开关,以节省功耗。采集的田间信息包括土壤水分、土壤温度、土壤电导率、空气温湿度。其中土壤温度、空气温湿度传感器为数字式传感器,土壤水分、土壤电导率传感器为模拟传感器。节点通信距离试验表明,正常工作条件下,40 m距离的丢包率只有0.092,满 相似文献
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电导率（Electrical Conductivity,EC）和结构稳定性阳离子比（Cation Ratio of Soil Structural Stability,CROSS）是评估微咸水对土壤渗透性能影响的重要指标。虽然CROSS全面地考虑了Na+、K+、Ca2+和Mg2+对土壤结构稳定性的复杂影响,但CROSS的离子浓度系数在不同地区的适用性存在差异,有必要根据当地的水质条件确定基于EC和CROSS评估方法的分类标准。该研究旨在分析CROSS替代钠吸附比（Sodium Adsorption Ratio,SAR）评估水质危害的合理性以及其在河套灌区的适用性。在河套灌区不同区域采集73份地下水水样,并采用EC和SAR、EC和CROSS对其进行评估。结果表明,基于2种方法的地下水分类结果中,仅有34.25%的水样分类结果相同,并且不同的CROSS计算方法（基于阳离子相对絮凝能力（Flocculation）的CROSSf、相对分散能力（Dispersion）的CROSSd和优化的（Optimal）CROSSopt）在河套灌区的适用性也不相同。建议采用CROSSd或CROSSopt,并结合土壤盐分和离子浓度评估河套灌区地下水水质。该评估方法更全面地考虑了地下水和土壤中的离子组成对土壤渗透性能的影响,有效避免了不合理的微咸水利用导致的土壤结构恶化等问题,可为微咸水的安全可持续利用提供理论支撑。 相似文献