基于FD原理土壤水分傳感器標(biāo)定方法與系統(tǒng)集成.pdf

1、本研究是在北京市市政管理委員會項目“城市人工綠地非充分灌溉制度與灌溉系統(tǒng)監(jiān)測預(yù)報技術(shù)研究”資助下完成的。以介電理論應(yīng)用于土壤水分測量機理為切入點，分析土壤探針阻抗模型并從軟件仿真及試驗驗證兩方面探討探針阻抗影響因素，為基于FD(FrequencyDomain)原理土壤水分傳感器的研究設(shè)計提供理論依據(jù)。本文重點圍繞著水分傳感器的標(biāo)定方法與草坪精準(zhǔn)灌溉測量預(yù)報系統(tǒng)展開研究，具體研究內(nèi)容如下： 1.在傳感器探針阻抗特性理論分析的基礎(chǔ)上

2、進(jìn)行HFSS仿真和有機溶液試驗，結(jié)果均表明測試頻率對探針阻抗特性有顯著影響。200MHz頻率下，探針阻抗在土壤體積含水量約為40％處由容性轉(zhuǎn)變成感性。100MHz頻率下，不同介電溶液中的試驗結(jié)果表明探針阻抗實部對含水量測量結(jié)果的影響可以忽略。 2.提出了傳感器兩步標(biāo)定法，即首先由已知介電常數(shù)溶液中的標(biāo)定，建立介電常數(shù)與水分傳感器輸出之間的關(guān)系ε(Ⅴ)，通過Topp公式最終確定土壤體積含水量與傳感器輸出之間的關(guān)系θ(Ⅴ)。與直接標(biāo)

3、定法在基質(zhì)和砂土中試驗對比表明，兩步標(biāo)定法能夠較好適合不同類型土壤的測量。 3.水分傳感器在有機溶液和基質(zhì)中的試驗均反映其高度一致性。經(jīng)過兩步法標(biāo)定的傳感器在基質(zhì)中的測量結(jié)果與烘干法和高精度傳感器ML2比較，RMSE分別為0.013和0.0176，具有與ML2同一水平的測量精度。 4.應(yīng)用土壤水分傳感器進(jìn)行草坪水分灌溉測量預(yù)報系統(tǒng)開發(fā)，包括預(yù)報儀硬件和軟件系統(tǒng)以及上位機數(shù)據(jù)傳輸軟件的開發(fā)研制。其中預(yù)報儀具有傳感器測量結(jié)果