基于驻波率原理的植物茎体水分无损检测方法研究

水在植物的各项生理活动中起着至关重要的作用,实时无损检测植物茎体的水分对研究植物的生命活动有着重要的指导意义。本文提出了一种基于驻波率原理的茎体水分实时无损在线检测方法,并设计了BD-IV型植物茎体水分传感器,分别在以有机溶剂及烧杯为实验材料的仿真环境、以松树为实验材料的树段环境及以桃树为实验材料的活立木实验环境下,验证了BD-IV型植物茎体水分传感器的检测性能。当植物茎体直径在5.0-10.5 cm之间且体积含水率在1.17%-59.59%之间时,BD-IV型植物茎体水分传感器能准确地检测出植物茎体的体积含水率。通过长期监测桃树茎体水分的日变化和月变化情况,得知BD-IV型植物茎体水分传感器的检测结果与植物生理特性相符;与德国生产的SF-L型树干茎流仪同时监测柳树的茎体水分和茎流,得出茎体水分和茎流之间的关系,为植物生理特性研究提供了一种高性能价格比的国产化检测仪器。

基于驻波率原理的土壤含水率测量方法

提出了一种基于驻波率原理的土壤含水率测量方法 ,介绍了其工作原理和使用范围 (主要分析土质对其测量结果的影响 ) ,并将其与目前广泛使用的 TDR及 FD两种测量方法进行性能对比 ,从而得出

基于驻波率原理的森林枯落物和土壤含水率测量方法

枯落物含水率测定在森林水文学、碳循环、林火蔓延以及火险等级评估等研究中具有重要作用。本文提出了一种基于驻波率(SWR)原理的森林枯落物含水率测量方法,所设计的SWR水分传感器具有复用双环式探头结构,可分时测量枯落物或土壤的含水率和电导率。实验结果表明,传感器输出电压与半分解、全分解枯落物和土壤含水率呈现良好的线性关系。与商品化TDR水分传感器相比,SWR传感器测量枯落物和土壤含水率的平均绝对误差较小,且在厚度小于10 cm的枯落物含水率测量以及测量成本方面具有明显优势。在对枯落物含水率进行长期原位测定时,SWR传感器可通过测量电导率判断半分解的枯落物是否随时间推移而完全分解,以便及时调整传感器水分测量的标定曲线,最大程度降低因枯落物成分改变对传感器测量精度造成的影响,为准确测量森林地表枯落物含水率奠定基础。

基于驻波率原理的农药雾滴沉积量检测系统设计与试验

为实现施药后雾滴地面沉积量的快速获取,该文提出一种基于驻波率原理的叉指型雾滴采集极板结构。为验证该极板结构的合理性,应用三维电磁仿真软件HFSS对此系统进行电磁仿真。HFSS模型求解的结果表明,叉指型极板内部出现了静电屏蔽,极板间通过雾滴能够实现电磁耦合,可用于雾滴沉积量检测,系统灵敏程度将随着极板间距的增大而减小。通过标定试验,建立了检测系统输出电压与试剂溶液沉积量关系的回归方程,测试后2种不同介电常数的胭脂红溶液和丙三醇溶液决定系数R2分别为0.982 1和0.997 6。通过对3W-ZW10型温室自走式喷雾机应用测试,结果表明:该系统在采样点上沉积量的模拟值最大相对误差率不超过7.95%,且模拟值与实测值均方根误差RMSE最大为0.076 7 mg/cm^2,雾滴沉积检测准确率高,方便实用,可用于田间雾滴沉积率的快速测量。

应用SWR技术研究垂柳茎体含水率

应用驻波率(SWR)技术对垂柳茎体含水率进行了较长期的监测,验证了SWR技术可以用来定量监测乔木茎体的含水率。实验结果如下:①对垂柳茎体含水率的日变化观测结果表明,在晴天茎体含水率呈下降趋势,下降范围为7%～4%,下午又基本恢复到起始状态;阴雨天茎体含水率的日变化范围较小,为4%～2%;②茎体含水率季节性变化观测结果表明,垂柳茎体含水率具有周期性变化的规律,变化范围为18%～10%;③受根部土壤水分和叶片蒸腾耗水的均衡作用,垂柳茎体含水率基本保持在一定的范围内变化;④不同深度的土壤水分变化情况不同,深度为35cm的土壤传感器水分变化最剧烈,受降水、根系吸水和近地面空气层影响也最大,而离地表越深,土壤水分变化越小。

基于驻波与ZigBee实时监测雾滴蒸发系统设计与试验

雾滴在叶面上蒸发时间长短,会改变叶面对农药的吸收效率。为了阐述药液在叶面的蒸发情况,该文设计了基于驻波与Zig Bee无线传输的雾滴蒸发实时监测装置。该装置以STM32为核心搭建Zig Bee网络,雾滴采集传感器信号由RS232串口传至基于Lab View2014设计的远程终端,并通过波形图实时在线监测雾滴蒸发状况。试验证明该装置能够准确测量药液在叶面的蒸发散失量并显示雾滴面积铺展的波动曲线,较图像处理方法误差小,易操作,更具实用性。试验还表明:1)蒸发时间与粒径大小呈正相关,随粒径增大而增长,但当粒径超过242.3μm时,蒸发时间随粒径增大而增长的趋势更为明显。2)蒸发时间与面积铺展率呈负相关,随面积铺展率的变大而减少。当有机硅体积分数由0.025%增到0.050%时,雾滴面积铺展率呈变大趋势,但当由0.050%增到0.100%时,雾滴铺展率增长幅度相对缩小。3)该装置不仅能够实现远程检测,避免接触药液,而且实时分析雾滴在叶面的蒸发时间与面积铺展率,合理选择有机硅体积分数与雾滴粒径,有助于改善叶面对药液的吸收效率。

活立木茎干水分状况实时检测传感器研究

活立木茎干水分状况是植物生命状态的有效体现,其中茎干含水率(Stem water content,StWC)和液流密度(Sap flux density,SFD)是研究植物体内水分变化规律的重要参数。准确检测活立木茎干同一空间位置的含水率和液流密度可以更有效地分析2个参数的关系、评估植物生长状况。将基于驻波率(Standing wave ratio,SWR)原理的茎干水分检测方法和基于热比率法(Heat ratio method,HRM)原理的茎干液流检测方法结合,设计了活立木茎干含水率和液流复合参数检测传感器,复合传感器的含水率检测单元和液流检测单元复用一套三针式探针,可对活立木茎干同一位置的含水率和液流实时精准检测。含水率检测单元输出电压与介电常数(6~53.3范围内,对应茎干含水率为0~85%)具有良好的线性关系(决定系数R^(2)=0.9701),静态稳定性良好(长时间测试最大波动为0.6%全量程)。以杨树为研究对象,含水率检测单元与BD-IV型植物茎体水分传感器的对比实验结果一致(决定系数R^(2)=0.9800)。液流检测单元与ST1221型热扩散式液流计对比,二者检测的杨树液流密度具有显著的线性关系(决定系数R^(2)=0.8991),热扩散式液流计不能准确判断零液流条件而低估了液流密度,ST1221型液流计检测的平均值比本系统液流检测单元低1.1 cm/h,液流检测单元使用的热比率法可以准确检测低速液流。复合传感器对杨树茎干含水率和液流的长时间监测结果与前人研究一致且符合植物生理规律。茎干含水率和液流存在极显著的负相关性(Pearson相关系数为-0.7951)。

土壤水分传感器实用性能对比研究

该文针对时域反射法(TDR)、频率分解法(FD)型土壤水分传感器和中国农业大学研制的基于驻波率原理(SWR)的新型土壤水分传感器,在德国北部典型的沙壤土、黄土、含煤沙土及含铅壤土土样上做了试验.根据采集的数据进行方差分析,结果表明:SWR型土壤水分传感器是一种高精度、高可靠性、受土壤质地影响不明显的快速土壤水分测量传感器,其性能可与世界先进TDR型和FD型土壤水分测量传感器相媲美.

乔木茎体水分传感器探针结构实验

基于驻波率测量原理的乔木茎体水分传感器,其测量装置由信号源、同轴传输线及双针平行不锈钢探针组成。乔木茎体的介电特性决定了同轴传输线两端电压差值(即传感器的输出电压)的大小,通过测量传感器的输出电压,可达到测量乔木茎体体积含水率的目的。通过两个实验来确定传感器的探针结构:模拟实验中研究了在不同有机试剂中探针长度对传感器输出电压的影响,实验中选取了不同的有机试剂来模拟不同体积含水率的乔木茎体。根据模拟实验数据,得出了传感器输出电压与探针长度的单调变化关系,选取了传感器的探针结构参数;对侧柏乔木茎体样本进行了干燥实验,得出传感器的输出电压与样本的体积含水率之间有较好的线性关系。

基于径向基函数网络的垂柳茎体含水量日变化模型的研究

研究了利用径向基函数网络建立垂柳茎体含水量的日变化模型。以SWR乔木茎体水分传感器测量垂柳茎体含水量的日变化数据为时间序列。通过调整系数sce、g,改变径向基函数的输入向量维数,以达到模型的精确化。设置输入向量的维数分别为2、4、5,对输入向量按照不同的维数进行分组后,输入到神经网络中进行训练。为了得到模型的具体参数,选取另一组样本数据进行验证。结果表明,利用径向基函数网络建立的垂柳茎体水分日变化模型具有可行性,预测数据与观察数据具有很好的跟随性。同时试验结果也表明,输入向量的维数并不是越大越好,这次试验中,2维的要明显好于4维、5维的。

基于植物介电特性的茎干含冰量检测方法与仪器设计

针对木本植物越冬期茎干冻结信息难以原位、在线监测的问题,本研究依据茎干冻结过程中水冰比例变化与茎干阻抗的关系,研制茎干体积含冰量的原位、在线检测传感器。驻波测量频率及电路仿真结果表明,采用100 MHz信号激励源,电路能够有效表征茎干阻抗中电抗分量的变化;植物冻结过程中的阻抗变化分析表明,基于茎干阻抗变化表征体积含冰量的变化是可行的;探头电磁空间分布仿真结果表明,传感器有效测量区域为0~10 cm;静动态特性分析表明,传感器测量范围为0~100%,分辨率为0.05%,测量精度为±1.76%,稳定性良好,动态响应时间为0.172 s,功耗为0.25 W;室内外实验表明,传感器可以有效追踪茎干内体积含冰量的动态变化及受冻害胁迫程度,反映植物越冬期水冰转化的日周期生理特征,可为植物含冰量监测和不同纬度下人工林的抚育提供技术支撑。

管式空气预热器的防振设计示例与分析

给出了判断管式空气预热器是否振动的计算方法 ,并根据卡门涡流频率fk 与气室声学驻波频率fC 的值大小相对比 ,找出合理的解决方案 ,达到消除振动的目的。在实际工程中取得了良好的效果 。