用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片

[目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C4D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。[结果和讨论]该方法对钾离子(K+)、铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO_(3)^(-))标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K^(+)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)在0.5~40.0 mg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数(R2)分别为0.994、0.997和0.990,表明该方法可以对土壤中氮、钾养分离子进行定量分析。同时,采用峰高、峰面积和出峰时间作为评价指标进行可重复性实验,其相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)均小于4.4%,说明该方法具有良好的重复性。此外,对土壤样品进行测试,K^(+)和NH_(4)^(+)可实现完全分离以及同步检测,其检测效率明显提高。通过标准加入法进行回收率实验,回收率保持在81.74%~127.76%。[结论]本研究为土壤氮钾养分离子的快速检测提供了一种简便、高效的方法。

基于电导法的油水两相流持水率测量系统设计

针对传统电导法测持水率存在测量电路复杂的问题,设计了一种精简可靠的油水两相流持水率测量系统。该系统使用分压电路检测电导传感器的电压信号,并通过精密全波整流电路将该信号转换成与持水率相关的直流信号,简化了测量电路。同时结合多路复用模块与传感器阵列实现了对持水率的多点检测,提高了检测范围。实验结果表明:该系统的输出电压与持水率之间展现出良好的相关性,当持水率为50%~90%时,灵敏度至少可达0.021 V/%;当持水率为90%~100%时,灵敏度达到最大值0.131 V/%,表明其在高含水状态下持水率检测具有较好的适用性。

基于电导率加权平均法的频率域航空电磁三维谱元正演模拟研究

三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来,谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中,其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而,常规谱元法在处理每个离散单元时,通常赋予其单一的物理属性,导致在模拟复杂模型时仍需采用精细网格以满足模型离散需求,对复杂模型的适用性存在不足。鉴于谱元法基函数的高阶性,提出了一种基于电导率体积加权平均的谱元法。该方法将物理模型离散化与数值网格离散化相分离,实现了对单元内物理属性变化的精细描述,同时避免了正演方程未知数数量的增加。以频率域航空电磁三维正演为例,对改进的谱元法的精度与效率进行了分析。数值算例结果表明,改进的谱元正演算法能够在保证不低于常规正演算法精度的前提下,减少所需的自由度,从而提高计算效率。

滨海黏质盐渍土饱和泥浆与不同土水比土壤浸提液电导率的响应关系分析

为统一和精准判定耐盐作物种植地块的土壤盐渍化程度,并针对饱和泥浆制备时饱和点的不确定性及其电导率测定的不稳定性等问题,本试验采用室内化验与统计分析方法,系统研究饱和泥浆与饱和土壤溶液两者间含水量和电导率的响应关系,以及饱和泥浆电导率、全盐含量与土水比1∶0.5、1∶1、1∶2.5、1∶3.5、1∶5土壤浸提液电导率与全盐含量的响应和换算关系。结果表明:在滨海黏质盐渍土区,利用计算田间土壤孔隙度得到的饱和土壤溶液含水量、电导率不能直接代替饱和泥浆含水量、电导率,尽管二者的响应关系达到极显著水平;饱和泥浆电导率、全盐含量分别与土水比1∶1和1∶0.5土壤浸提液的数值差异最小,且与土水比1∶0.5~1∶5间各处理土壤浸提液的相应指标均呈极显著的响应关系;饱和泥浆电导率与土水比1∶5土壤浸提液的电导率、饱和泥浆全盐含量与土水比1∶1土壤浸提液全盐含量相关性最高,可分别用最佳拟合线性模型进行换算,模型分别为ECe(mS/cm)=5.406EC1∶5-0.284 4,TSe(g/kg)=0.836 4TS1∶1-0.135 9。

基于电导率对相对介电常数补偿的土壤含水率电容传感器标定方法

针对土壤含水率电容传感器检测精度低,标定模型对盐渍土壤的适用性不高等问题,提出基于电导率对相对介电常数补偿的含水率电容传感器标定法。在标准溶液中建立相对介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R^(2)=0.983),进一步基于二元二次回归分析法,建立标准溶液电导率对相对介电常数补偿的相对介电常数与传感器输出电压及电导率的回归标定模型(R^(2)=0.979)。对传感器进行土壤含水率标定,建立土壤体积含水率与相对介电常数关系的三阶多项式标定模型(R^(2)=0.996)。对两步标定模型进行实测,结果表明:土壤电导率为0~2 dS/m时,体积含水率检测最大误差从未电导率补偿时0.0383 m^(3)/m^(3)降至电导率补偿后0.0127m^(3)/m^(3),最大相对误差从12.0200%降至6.2241%。结果表明,在不同电导率的同类土壤中,使用基于电导率对相对介电常数补偿的含水率传感器标定法能明显提高土壤含水率检测精度和对不同电导率土壤(黄土)的适用性。

非接触电导检测土壤养分离子的谱峰自动识别方法

[目的/意义]电容耦合非接触式电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别,有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析,为加强农业土壤养分管理提供依据。然而,C4D信号的特征峰检测仍然存在无法自动精准识别、人工操作复杂、效率低等缺点。[方法]提出一种基于连续小波变换结合粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)和最大类间方差法(Otsu)的谱峰自动识别算法,旨在实现准确、高效、自动化的C4D信号峰识别。采用C4D检测样品溶液,得到离子谱图信号,对谱图信号进行连续小波变换,得到小波变换系数矩阵。通过搜索小波系数变换系数矩阵极值,识别出脊线和谷线。将小波系数矩阵转换为灰度图像,结合PSO和Otsu寻找最佳阈值,进一步对灰度图像的背景和目标分割,再结合原始谱图中的脊谷线识别谱图中的特征峰。[结果与讨论]测试含有41、61和102个峰的数据集,以受试者工作特性(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线和度量值作为评估峰值检测算法性能的准则。与其他方法相比,基于连续小波变换结合粒子群优化的最大类间方差法分割图像(Continuous Wavelet Transform C.ombined with Particle Swarm Optimization of Otsu to Segment Image,CWTSPSO)的谱峰自动识别算法的ROC曲线均保持在0.9以上,度量值分别为0.976、0.915和0.969。CWTSPSO能够有效检测出更多弱峰和重叠峰,同时检测出更少的假峰,有利于提升C4D信号的谱峰识别率和精准性。[结论]本研究提出的CWTSPSO能为非接触式电导检测农业土壤养分离子信号分析提供有力支持。

大电导钙激活钾通道在肥胖相关性肾病中的作用及研究进展

随着社会经济的发展和生活水平的提高,肥胖成为全球性的公共卫生问题甚至是社会问题,肥胖作为心血管疾病的危险因素已经被广泛认同,而作为肾脏疾病的危险因素正在逐渐受到重视。有报道,肥胖患者中约40%出现蛋白尿[1]。以后有个案及临床观察[2-4]均证实肥胖可引起肾脏损害。我们课题组一直对肥胖引起的肾脏损害很感兴趣,围绕肾小球上各种通道蛋白的定位和功能,及相关的信号转导通路和复杂的病理生理机制进行研究[4-6].

非线性电导涂层对直流GIL绝缘子空间/表面电荷和沿面电场的调控研究

空间/表面电荷积聚是导致直流GIL绝缘子沿面闪络电压降低的潜在原因,涂敷非线性电导涂层是提升沿面绝缘性能的有效方法。本文建立了电场依赖性非线性电导涂层对绝缘子空间/表面电荷及沿面电场调控的数学模型,综合考虑了绝缘气体电流密度以及绝缘子固体电导率与电场强度的非线性关系,通过该模型研究了温度梯度分布下绝缘子内部电荷的分布规律,以及非线性电导涂层对绝缘子表面电荷积聚的影响机制。结果表明:非线性电导涂层对空间电荷消散有明显的促进作用,高压电极附近的同极性电荷主导了表面电荷分布;由于表面电荷分布和切向电场的改善,绝缘子的沿面闪络性能得到提高;在绝缘子与涂层界面之间会积聚正电荷,并从高压电极向地电极逐步递减。

pH和电导率的在线校准仪

设计了一款应用于电厂水汽系统电导率及pH表检测仪表校准的pH和电导率的在线校准仪。本校准仪采用了计算型pH的检测方法,通过测量电导率间接测量pH值,可避免低电导率水pH测量干扰因素的影响。采用交流电阻箱,用数字电位器的方式实现交流电阻。通过自行设计数字的交流电阻箱模拟水中的电导率,用来对仪表进行校验。在线校准仪采用电脑端LabVIEW软件作为上位机控制软件,单片机为核心的嵌入式系统,可以实现采集、检测、二次表校准、数据处理和数据存储等功能控制。

水系锌锰电池电解液的电导性质研究

作为水系锌锰电池的重要组成部分之一,电解液不仅是离子传输的载体,更是参与电化学反应的活性物质,对于提升电池循环寿命和功率密度等性能具有重要影响。研究电解液的热力学性质有助于在不同工作条件下确定最优电解液的组成和质量摩尔浓度,优化电池设计,提升电池的性能。目前,已有对VOSO_(4)电解质水体系的研究,但仍缺乏对MnSO_(4)电解质的相关研究。在283.15~318.15 K条件下,测量了质量摩尔浓度为0.001~0.1 mol/kg的硫酸锰稀溶液电导率。应用Fuoss法和Shedlovsky法,获得了[MnSO_(4)]^(0)离子对的极限摩尔电导率(Λ_(0))和解离常数(K_(d))。与其他二价金属离子相比,计算结果较为可靠。根据K_(d)与温度的经验方程进行拟合,计算得到解离过程的热力学函数,并深入分析Mn^(2+)和SO_(4)^(2-)在解离过程中与水分子的水化作用。[MnSO_(4)]^(0)离子对解离的关键步骤是水分子被固定在Mn^(2+)的水化层周围,使体系秩序性增强的过程。该研究为分析锰电解液中离子作用结构,优化电解液性能提供基础理论支撑。

EH4连续电导率仪在云南临清线小寨山隧道中的应用

近年来深埋隧道施工屡有发生突水、涌泥、坍塌,甚至发生人身安全事故,查明深埋隧道中存在的隐伏岩溶、断层、暗河等复杂工程地质问题尤为重要。文章以云南临清线小寨山隧道为例,介绍了EH4连续电导率仪在深埋隧道的工作原理及方法,并通过对左右幅探测结果与施工阶段开挖资料对比,得出EH4连续电导率仪探测结果与隧道开挖揭露地质情况十分吻合。EH4连续电导率仪的应用,不仅查清了该段隧道岩溶、断裂等发育情况,还查清了隧道的隐伏构造,为隧道的安全施工提供了技术支持。

基于电导率质量平衡法的基流分割方法研究

本研究通过综合运用电导率质量平衡法(CMB)、数字滤波法、ECK滤波法、HYSEP法以及BFI法对科罗拉多河流域的典型水文站点进行基流分割计算,并根据电导率质量平衡法的结果对其他的基流分割方法进行参数修正。结果表明:(1)以CMB法为标准,ECK滤波法和数字滤波法的结果比HYSEP法以及BFI法更为准确;(2)根据CMB法对其他方法进行参数修正,2个水文站修正后结果准确性分别提高了5%~40%和10%~50%;(3)综合评定最适合科罗拉多河流域的基流分割方法是经过CMB法参数修正后的ECK滤波法,2个水文站经过修正后的ECK法相较于CMB法结果的误差百分比分别为1.836%和2.506%。

电导率仪比对中电导池常数测量值的不确定度评定分析

本文依据JJG 376—2007《电导率仪》国家计量检定规程和JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》国家计量技术规范,根据2022年全国电导率量值比对项目(项目编号:2022-A-11)的具体实施方案要求,对此次比对中的传递标准电导率仪电导池常数测量值不确定度进行评定及分析。

基于Wenner和Schlumberger双组态融合的土壤电导率测量装置

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地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0.43μS/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0.18μS/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。

秸秆还田对苏打盐碱土pH、电导率及玉米生长的影响

通过田间试验,分析玉米秸秆不同还田方式对苏打盐碱土pH、电导率及玉米生长的影响。结果表明,在作物整个生长阶段内,处理HCS与FCS中0~20 cm土壤pH均低于CK,但30~50 cm略高于CK;处理HCS与FCS中各层土壤EC均低于CK;相比CK,处理HCS与FCS玉米株高、茎粗、穗位高、穗长、穗粗均增加;二者产量分别比CK高6.70%和18.25%。综上,秸秆还田可有效减轻苏打盐碱土的碱害和盐害,促进玉米生长,提高产量,玉米秸秆还田量为1.2 t/hm^(2)的作用效果优于还田量为0.6 t/hm^(2)。

电导电极法测定热镀锌脱脂液中电导率值的测量不确定度评定

介绍了使用配备电导模块和电导电极的T7电位滴定仪测定热镀锌脱脂液中电导率值的测量不确定度评定。根据梅特勒厂家提供的电导率测量原理建立电导率值与输入量的数学模型,分析识别了影响不确定度的各个来源,分别对各个分量的标准不确定度进行评定,计算出相对合成不确定度和扩展不确定度。结果表明:采用T7电位滴定仪加装的电导模块测定热镀锌脱脂液中电导率值,当测量电导率值为35.54 mS/cm,包含因子k=2时,扩展不确定度为0.36 mS/cm。

电导率仪电导池常数的测量不确定度评定

电导率仪是测量液体溶液电导率的主要仪器设备,电导率仪电导池常数对测量数据的准确性有着重大影响。本文依据JJG 376—2007《电导率仪》,对电导率仪电导池常数进行校准,并给出了应用的测量不确定度。

低耦合电磁式电导率测量系统的传感器优化设计

针对电磁式电导率传感器在低电导率测量下的优化设计问题,分析了电磁式电导率传感器的工作原理并构建了物理模型,考虑激励信号参数、磁芯尺寸、磁芯间距、激励线圈匝数和接收线圈匝数对输出电压的影响,改进现有的电磁式电导率测量模型,同时考虑激励频率的多重性,即激励频率直接影响输出电压,又通过磁致伸缩效应改变磁芯磁导率来影响输出电压。采用实验与理论相对比的方法,对频率、间距、匝数等主要参数进行理论分析,得知存在最佳频率段使得输出电压不随频率的波动产生较大的变化,通过改变间距降低两个磁芯间的耦合电压,提高有效信号占比,实现更高的精确度。并通过实验验证证明了理论模型的准确性。采用优化后的参数来设计电导率探头,配置了电导率标准液用于数据拟合,与德国宝德电导率仪进行对比实验,计算Pearson相关系数,证明了优化模型的准确性与高可靠性。

饱和溶液电导率法在滨海高盐土壤水盐运移规律分析中的应用

分析海涂围垦区土壤水盐运移规律对改良滨海区域盐碱地有着重要意义。而在高盐土壤中实现含水率和可溶解盐分浓度的连续测量是掌握海涂围垦区土壤水盐运移规律的关键,因此以江苏如东海涂围垦试验区内的重度盐土为研究对象,利用耐盐度较好的土壤水分—盐分传感器连续监测土壤含水率、表观电导率变化,以土壤饱和溶液电导率(E_(C_(sat)))为盐分当量指标,分析受降雨、蒸发影响的水盐运移规律。结果表明,E_(C_(sat))可用以指示土壤中最大可溶解盐分含量。此外,土壤盐分在年内呈显著的季节性变化,即在冬季土壤中盐分较高,春季土壤脱盐,夏季土壤盐分波动剧烈,秋季土壤积盐明显。在蒸发和降雨过程中,E_(C_(sat))可有效指示不同埋深处土壤盐分的变化特征,结合土壤水分运移规律可直观佐证“盐随水走”的运移特征。

高岭土-砂土混合介质电导率预测模型适用性及误差评估

为提高电导率预测模型对岩土体结构性质的反演精度,以不同黏土质量分数的高岭土-砂土混合介质为研究对象,测定其在不同孔隙液下的电导率。根据参数获取途径,将现有电导率预测模型分为拟合模型和经验模型,通过拟合计算得到各模型的电导率预测值,与实测值对比并建立误差评估体系。研究结果表明:对于高岭土-砂土混合介质,拟合模型的电导率预测效果优于经验模型。在经验模型中,不同黏土质量分数下广义Archie模型的预测值均大于实测值,在使用广义Archie模型进行电导率预测时,需进行修正和调整;Waxman-Smits模型适用于预测低黏土质量分数下混合介质的电导率;修正的Archie模型对中等黏土质量分数下混合介质的电导率预测效果较好;Rhoades模型对高黏土质量分数下混合介质的电导率预测效果最佳。