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基于高频电场的土壤水分传感器研究

作　者: 唐洋
导　师: 李光林
学　校: 西南大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 土壤水分介电常数电场传感器微控制器
分类号: S152.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 146次
引　用: 3次
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内容摘要

我国水资源紧缺,农业生产用水量大,研究土壤水分的快速测量技术,对合理灌溉、精量灌溉,以及节约淡水资源和提高农作物产量均具有十分重要的意义。为了实现土壤水分的快速检测,对国内外土壤水分测量现有方法与研究现状进行了分析。以土壤介电特性为契入点,通过对土壤介电特性的理论分析,表明利用介电常数来测量土壤含水量是一种灵敏度高、适应面宽、受土壤理化特性空间变异影响较小的快速测量方法。在分析研究电容传感器工作原理的基础上,确定了变介质电容传感器的研究方案,研究了一种基于高频电场法的土壤水分传感器。设计了基于电容传感器模型的探针和传感器的硬件电路。选用有源晶振作为信号源；用高频二极管设计了检波电路；以AT89C51设计微控制系统,编制了系统应用程序。该系统集数据处理与结果显示功能为一体。实验研究了电容法测量土壤水分含量与信号源频率关系。对于供试的紫色土,传感器信号源频率不同对土壤水分测量结果影响很大,该电容传感器选用最佳测试频率为100MHz。利用烘干法测量土壤含水量值作为标准,测量对应的传感器探头输出电压信号,采用最小二乘法对数据进行回归分析,完成对传感器的标定。对传感器的精确度、重复性和稳定性进行测试,结果表明传感器具有较好的精确度、重复性和稳定性,因此该传感器可以实现对土壤水分的实时测量。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第1章文献综述  8-16
  1.1 土壤水分分类及表示方法  8-9
    1.1.1 土壤水分分类  8
    1.1.2 土壤水分表示方法  8-9
  1.2 土壤水分测量研究历史与进展  9-14
    1.2.1 烘干称重法  9
    1.2.2 负压计法  9-10
    1.2.3 射线法  10-12
    1.2.4 介电法  12-14
    1.2.5 电容法  14
  1.3 发展趋势  14-16
第2章绪论  16-18
  2.1 研究的背景及意义  16-17
  2.2 研究的主要内容  17
  2.3 技术路线  17-18
第3章理论基础  18-26
  3.1 土壤水分介电测量的理论基础  18-22
    3.1.1 电介质的极化及介电常数  18-19
    3.1.2 介电弛豫和德拜方程  19-20
    3.1.3 土壤介电特性  20-21
    3.1.4 测试频率的确定  21-22
  3.2 传感器模型  22-26
    3.2.1 平行板电容器及等效电路  22-23
    3.2.2 电容传感器数学模型  23-26
第4章传感器的设计  26-36
  4.1 硬件结构  26-34
    4.1.1 探头结构  26-27
    4.1.2 信号源电路  27
    4.1.3 检波电路  27-29
    4.1.4 A/D转换  29-31
    4.1.5 LED显示  31
    4.1.6 单片机处理系统  31-34
  4.2 软件框图  34-36
第5章传感器标定  36-44
  5.1 传感器高频信号源最佳频率  36-40
  5.2 土壤含水率与电压数学模型  40-44
第6章传感器性能测试及分析  44-48
  6.1 准确度试验  44
  6.2 重复性试验  44-45
  6.3 稳定性试验  45-48
第7章结论与讨论  48-50
  7.1 结论  48
  7.2 讨论  48-50
参考文献  50-52
致谢  52-54
附录  54-58
发表论文  58

基于高频电场的土壤水分传感器研究

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