基于“电流-电压四端法”的温室栽培基质电导率测量

研究了基于“电流-电压四端法”的温室栽培基质电导率测量方法和规律。试验结果表明:在保持基质盐分(离子总量)水平不变的条件下,若基质质量含水率低于50%,则电导率值受基质内离子含量和基质水分的双重影响。当基质质量含水率大于50%后,电导率主要受基质内离子总量的影响,可忽略水分的影响。控制基质质量含水率在65%左右时,仪器输出与基质溶液电导率呈幂函数关系,所建立的模型的决定系数达到0.970。控制基质质量含水率在45%左右的条件下,用幂函数和线性函数预测基质电导率都获得了较高的精度。

车载式大田土壤电导率在线检测系统设计与试验

现有大田土壤电导率检测装置主要以手持式为主,存在检测效率低、实时性差等问题。基于电流电压四端法原理设计了一种车载式大田土壤电导率在线检测系统,系统主要由恒流信号源电路、信号处理电路、Arduino控制器、GPS定位模块及车载传感器等组成,可在线检测大田土壤电导率。通过实验室和大田试验对系统性能进行了验证,试验结果表明,系统具有较好稳定性,动态响应时间约为540 ms,开机预热引起的温漂最大偏差为3.70%,不考虑温差影响下系统检测精度R^(2)为0.7342,消除温差影响后检测精度R^(2)为0.8645~0.9156,均高于商用手持式电导率检测仪,其R^(2)为0.6095;探究了拖拉机振动、传感器插入深度、作业速度和土壤坚实度对系统检测精度的影响,振动状态相对静止状态,检测数据最大误差为10.37%,且误差主要集中在0~10μS/cm范围内;当作业速度不大于5.0 km/h和传感器插入深度大于等于10 cm时,该系统可稳定进行大田土壤电导率在线检测,且检测地块土壤坚实度不应过小,以确保传感器电极与土壤充分接触。该系统可为开展基于土壤电导率在线检测的实时变量施肥技术研究提供技术支撑。

基于数字示波器的车载式土壤电导率检测系统研究

在电流电压四端法原理基础上,采用信号发生器替代恒流源作为激励源来提供振幅更大、稳定性更高的正弦信号,以数字示波器替代电压源进行反馈信号检测从而解决电压有效值转换和AD转换频率较慢的问题,改进设计开发了一款基于数字示波器的土壤电导率检测系统。农田现场车载式测量实验分为稳定性检测和定点测量两部分。稳定性实验测试下该检测系统能够稳定读取相关数据。农田定点测量实验结合土壤样本采集和实验室实验,得出每个定点测量点土壤电导率测量值和土壤电导率实验室真值(R2=0.7531)。根据实验中拖拉机牵引犁盘抖动导致电极与待测土壤之间形成的两种测量接触面的情况,分析并消除了实验中拖拉机抖动现象对数据结果的影响后,土壤电导率实测数据与实验数据之间的决定系数R2提高到0.8552~0.9066,表明设备能够在排除测量方式等外界因素影响下,测量精度达到较高水平。实验数据对比结果显示,基于数字示波器的车载式土壤电导率仪能够在农田现场进行稳定测量,并且具有较好的性能和准确度。

土壤电导率测量系统开发

介绍一种基于"电流-电压四端法"的土壤电导率测量系统的开发,该测量系统由传感器单元、数据采集器USB2808和计算机软件等部分组成。传感器单元包括4个电极,2个外侧电极用来向土壤中输入交流恒流激励信号,2个内侧电极用来检测与土壤电导率相关的电压降。数据采集器USB2808用来将传感器测得的模拟电压信号转换为数字电压信号。计算机软件使用VC++来开发人机交互界面,实现了输入恒流值、内侧电极电压降、土壤电导率等值的显示,并可将这些值保存到数据库中。试验结果表明该测量系统可以有效输出土壤电导率的值。

数字信号发生器参数对土壤电导率仪测量结果的影响

针对基于电流-电压四端法的车载式土壤电导率测量系统激励源会随着土壤负载的变化而波动,从而影响测量结果的问题,采用波形标准、抗干扰能力强的可调频、调幅数字信号发生器代替普通激励源,通过探究信号发生器不同频率、幅值对实验结果的影响,进而找到最适合车载式测量系统的频率与幅值。为减少大田复杂环境对实验结果的影响,实验分为实验室探究性实验和大田验证性实验。实验室探究性实验设置5个幅值和20个频率进行实验,通过分析60组样本的6000组实验室数据可知,同频率下幅值越大实验效果越好,最佳幅值为10 V;同幅值下随着频率的增加土壤电导率呈现先增加后减小的抛物线趋势,幅值10 V、频率100 Hz梯度下土壤电导率测量值和参考值决定系数R^(2)达到0.9505,实验效果最佳。大田验证性实验最佳幅值仍为10 V,但由于土壤负载随着电极间距的变大而变大,大田验证性实验最佳频率变为1 kHz,幅值10 V、频率1 kHz梯度下电导率测量值和参考值R;为0.8484,为最佳实验效果。