参数调制探针式电容土壤水分传感技术研究 被引量：34

1

作者 胡建东 赵向阳 +2 位作者 李振峰 吴建中 石建华 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1057-1060,共4页

电容传感器是实现土壤水分低成本检测的主要途径,土壤水分中电导对土壤水分影响很大,为了消除电导影响,研究了一种新颖的基于参数调制的探针电容土壤水分传感器,分析了参数调制技术消除电导机理,并建立了相应数学模型,设计了参数调制式... 电容传感器是实现土壤水分低成本检测的主要途径,土壤水分中电导对土壤水分影响很大,为了消除电导影响,研究了一种新颖的基于参数调制的探针电容土壤水分传感器,分析了参数调制技术消除电导机理,并建立了相应数学模型,设计了参数调制式探针电容土壤水分传感器的检测电路和数据处理系统,通过参数优化得到了一种能够实现在线测试土壤水分的探针电容传感器及检测仪器.试验表明,随着土壤含水量的变化,其探针电容传感器响应有较大的变化,且在低于25%的含水量范围,土壤含水量与被测电压之间呈线性关系. 展开更多

关键词 土壤水分 电容传感器 参数调制

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基于TDR-3的土壤水分传感器标定模型研究 被引量：27

2

作者 卢启福 吴慕春 +3 位作者 胡月明 薛月菊 陈联诚 李晴 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1066-1070,共5页

无线传感器网络为土壤水分实时采集提供了经济、方便的途径,对分析土壤含水量时空变异和作物生长气候变化意义重大。将无线传感器网络与TDR-3土壤水分传感器结合实现土壤水分实时监测。为了克服TDR-3土壤水分传感器的非线性缺陷,提出利... 无线传感器网络为土壤水分实时采集提供了经济、方便的途径,对分析土壤含水量时空变异和作物生长气候变化意义重大。将无线传感器网络与TDR-3土壤水分传感器结合实现土壤水分实时监测。为了克服TDR-3土壤水分传感器的非线性缺陷,提出利用最小二乘法对土壤水分曲线进行分段线性标定的方法,并采用相关性系数进行精度验证。实验结果表明,分段线性法所建立模型的精确度较高,而且标定模型简单实用、可行。通过标定模型的研究,使得土壤水分的无线传感器网络能够较精确地进行土壤水分的实时监测。 展开更多

关键词 土壤水分传感器 模型标定 最小二乘法 无线传感器网络 相关性系数

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FDS土壤水分传感器的两步标定法 被引量：17

3

作者 高艳 孙宇瑞 +1 位作者 马道坤 林剑辉 《中国农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期78-81,共4页

在有机溶液、砂土和基质(泥炭、蛭石、珍珠岩质量比4.5:4.5:1.0)中对基于频域(FD)原理的FDS系列水分传感器进行了测试,并根据实验结果对其阻抗特性、一致性和测量精度进行了分析。传感器的标定工作分2步进行,首先利用有机溶液建立传感... 在有机溶液、砂土和基质(泥炭、蛭石、珍珠岩质量比4.5:4.5:1.0)中对基于频域(FD)原理的FDS系列水分传感器进行了测试,并根据实验结果对其阻抗特性、一致性和测量精度进行了分析。传感器的标定工作分2步进行,首先利用有机溶液建立传感器输出电压信号V与介电常数ε的关系,然后通过Topp公式间接得出传感器输出信号与土壤含水率之间的关系。在砂土和基质中的实验结果表明,采用两步标定法标定后,FDS系列传感器测量得到的砂土和基质含水率与烘干法得到的含水率的相关系数分别为0.90和0.95,其输出电压与ML2型传感器输出电压的相关系数>0.99,表明该标定方法能够满足测量精度要求。 展开更多

关键词 频域(FD) 土壤水分传感器 标定

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宇宙射线快中子法在农田土壤水分测量中的研究与应用 被引量：16

4

作者 焦其顺 朱忠礼 +2 位作者 刘绍民 晋锐 杜帆 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1136-1143,共8页

区域地表土壤水分的获取是长期以来的研究难点。近年来,利用宇宙射线快中子法测量区域地表土壤含水量的研究得到了长足发展。作为一种新型的中尺度土壤水分无损测量方法,宇宙射线快中子法能够获得半径300 m左右源区内的土壤水分,较大的... 区域地表土壤水分的获取是长期以来的研究难点。近年来,利用宇宙射线快中子法测量区域地表土壤含水量的研究得到了长足发展。作为一种新型的中尺度土壤水分无损测量方法,宇宙射线快中子法能够获得半径300 m左右源区内的土壤水分,较大的测量源区使其填补了传统点观测和遥感大面积观测尺度之间的空白。利用宇宙射线土壤水分观测系统(COSMOS)、无线传感器网络对张掖绿洲农田下垫面的土壤水分进行观测。研究结果表明COSMOS观测数据很好地反映了农田尺度下土壤水分的变化趋势。COSMOS土壤水分主要受源区内灌溉和降水的影响,源区内不同地区灌溉顺序的不同使观测的COSMOS土壤水分呈现明显的双峰变化趋势。利用COSMOS源区内无线传感器网络数据对观测结果进行了验证,灌溉期受地面积水的影响,COSMOS观测结果偏高,剔除灌溉期数据后两者一致性较好,均方根误差(RMSE)由0.037 m3/m3降低到0.028m3/m3。宇宙射线土壤水分观测系统能够有效测量高异质性状况下的农田区域土壤水分,为遥感反演的土壤水分提供真正意义上的面状地面验证数据。 展开更多

关键词 土壤含水量 无线传感器网络 农田尺度 黑河流域

原文传递

精准灌溉自动控制系统的应用研究 被引量：14

5

作者 蒋毅 赵燕东 +1 位作者 陈峻崎 胡剑非 《湖南农业科学》 2009年第5期136-138,142,共4页

园林植物传统灌溉方式依靠人工经验、控制器定时灌溉,极大浪费水资源。为此,以植物生存极限需水量为依据设计了精准灌溉自动控制系统。系统主要由土壤水分传感器网络、灌溉监测控制器、远程监控计算机和电磁阀组成。该系统可以按照植物... 园林植物传统灌溉方式依靠人工经验、控制器定时灌溉,极大浪费水资源。为此,以植物生存极限需水量为依据设计了精准灌溉自动控制系统。系统主要由土壤水分传感器网络、灌溉监测控制器、远程监控计算机和电磁阀组成。该系统可以按照植物生存阈值要求对植物进行精准灌溉,并成功应用于国家重点工程"北京民族大道综合改造工程"。 展开更多

关键词 精准灌溉 植物生理参数 土壤含水率 传感器 控制系统

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双针结构土壤水分传感器探针最优长度分析与试验 被引量：11

6

作者 赵燕东 聂铭君 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期39-43,共5页

在两针平行式探针结构的阻抗模型的基础上,进一步理论推导了终端开路式和终端短路式两种类型土壤水分传感器探针长度与阻抗特性的关系。借助高频分析软件HFSS确定了两针平行式土壤水分传感器的最佳探针结构,并采用有机溶液模拟土壤体积... 在两针平行式探针结构的阻抗模型的基础上,进一步理论推导了终端开路式和终端短路式两种类型土壤水分传感器探针长度与阻抗特性的关系。借助高频分析软件HFSS确定了两针平行式土壤水分传感器的最佳探针结构,并采用有机溶液模拟土壤体积含水率进行了试验,试验结果表明:终端开路式和终端短路式土壤水分传感器探针长度在0～8.3 cm时,其土壤体积含水率测量范围达到0～100%。 展开更多

关键词 土壤水分 传感器 探针长度 阻抗特性

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一种土壤剖面水分与坚实度同步测量装置 被引量：10

7

作者 朱兆龙 孙宇瑞 +2 位作者 马道坤 胡永光 曾庆猛 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2007年第4期280-283,共4页

土壤坚实度、水分与容重存在着复杂的耦合关系.为了满足参数解耦对数据同步性的要求,研制了一种可同步测量土壤剖面水分与圆锥指数的智能化测量装置.其创新点主要表现在:(1)依据ASAE标准实现FD水分传感器与圆锥指数传感器结构一体化设计... 土壤坚实度、水分与容重存在着复杂的耦合关系.为了满足参数解耦对数据同步性的要求,研制了一种可同步测量土壤剖面水分与圆锥指数的智能化测量装置.其创新点主要表现在:(1)依据ASAE标准实现FD水分传感器与圆锥指数传感器结构一体化设计;(2)系统集成上引入超声波深度传感器动态确定圆锥在土壤中的位置,实时获取双参数2D分布剖面;(3)测量系统采用双MCU结构,具有智能化信息处理与大容量农田数据存储能力,通过串口外接GPS模块实现田间GPS定位采集.在实验室环境下对复合传感器及超声波深度传感器进行针对性标定试验,结果表明各传感器达到相应技术性能指标. 展开更多

关键词 土壤水分 坚实度 圆锥指数 复合传感器 超声波

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9种介电类水分传感器对风沙土含水率的测定精度及校准模型比较

8

作者 曹尤淞 肖波 《西北农林科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2024年第3期123-135,145,共14页

【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内... 【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内校准试验比较各种传感器对土壤含水率的测定精度,评估其在风沙土上的适用范围、准确度、精密度及其影响因素,并构建不同传感器测定风沙土含水率的校准模型,比较不同校准模型的精度。【结果】(1)默认模型下,与其他传感器相比,MAS-1和EC-5的测定精度较高,其均方根误差(RMSE)分别为0.020和0.027,平均偏差误差(MBE)分别为0.016和0.024,斜率(k值)分别为0.9433和0.9403,决定系数(R^(2))分别为0.926和0.938。(2)土壤含水率范围影响传感器的测定精度。各传感器在低含水率下的RMSE平均值比中、高含水率分别减小了40.9%和42.6%,MBE平均值减小了61.8%和59.9%,而R2平均值提高了0.7%和11.3%。其中,低含水率时EC-5和TDR-315H的精度较高,而中、高含水率下MAS-1的精度均较高。对于含水率相同的土壤,各传感器的测定结果差异较大,且含水率越高差异越大。(3)与默认模型相比,校准模型的RMSE和MBE平均减小了48.8%和72.6%,纳什系数(NSE)和R2提高了70.7%和4.5%。经模型校准后,5TE和TEROS-12测定精度的增幅最大,而TDR-315H的测定精度相对最高。此外,传感器测定的风沙土含水率默认值与校准值具有较高的拟合精度,通过模型转换可实现对默认值的二次校准。【结论】综合评估测定精度、使用寿命和售价,MAS-1、EC-5和TDR-315H可作为风沙土含水率监测的优先传感器备选,且利用风沙土的校准模型对传感器进行标定十分重要。 展开更多

关键词 土壤体积含水率 介电常数 水分传感器 农业水土资源 生态水文过程 旱区农业

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基于随机森林的电容式土壤水分传感器校准研究 被引量：2

9

作者 汪正 胡顺 +4 位作者 马瑞 孙自永 葛孟琰 王俊友 乔树锋 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期249-256,共8页

土壤含水量信息对于自然生态修复、农田灌溉管理、土体工程建设等具有重要的意义,电容式土壤水分传感器是获取该信息的主要途径之一。为准确校准电容式土壤水分传感器(以5TE设备为例)的土壤含水量观测数据,开展了不同温度、含盐量、土... 土壤含水量信息对于自然生态修复、农田灌溉管理、土体工程建设等具有重要的意义,电容式土壤水分传感器是获取该信息的主要途径之一。为准确校准电容式土壤水分传感器(以5TE设备为例)的土壤含水量观测数据,开展了不同温度、含盐量、土壤含水量条件下的土壤介电常数、电导率和温度观测实验,构建了基于随机森林机器学习方法的土壤含水量估计模型。结果表明:①变温、变含盐量情况下,土壤介电常数受含盐量和温度影响显著,仅基于土壤介电常数的传统土壤含水量估计模型失效;②以电容式土壤水分传感器观测的土壤介电常数、电导率和温度数据为输入,基于随机森林机器学习方法的土壤含水量估计模型可有效改善土壤含水量估计结果(RMSE为0.05 m^(3)/m^(3),R^(2)为0.77;修正Topp公式的土壤含水量估计结果:RMSE为0.07 m^(3)/m^(3),R^(2)为0.54);③土壤电导率观测对土壤含水量估计最为重要,介电常数次之,温度最弱,但均未达到可忽略不计的程度。研究成果可为电容式土壤水分传感器在变温、变含盐量地区的成功应用提供支撑。 展开更多

关键词 土壤含水量 介电常数 电导率 温度 随机森林 土壤水分传感器

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土壤含水率监测位置对温室滴灌番茄耗水量估算的影响 被引量：6

10

作者 赵伟霞 李久生 +2 位作者 王珍 栗岩峰 张志云 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期37-43,共7页

土壤水分传感器埋设位置的选择是局部灌溉条件下获得作物根区代表性土壤含水率数据，从而制定滴灌灌溉制度的关键。本文以日光温室滴灌番茄为对象，研究滴灌线源土壤湿润体内含水率分布状况，通过对比距滴灌带不同位置处土壤含水率监测... 土壤水分传感器埋设位置的选择是局部灌溉条件下获得作物根区代表性土壤含水率数据，从而制定滴灌灌溉制度的关键。本文以日光温室滴灌番茄为对象，研究滴灌线源土壤湿润体内含水率分布状况，通过对比距滴灌带不同位置处土壤含水率监测结果估算番茄耗水量的差异，探讨土壤含水率监测的合理位置。结果表明，番茄生育期内14～25mm的灌水定额主要用于增加0～40cm土层的土壤含水率，湿润体内日平均土壤含水率分布在75％～100％田间持水率。作物生育期内连续多次滴灌条件下，沿滴灌带单个灌水器形成的湿润土体会充分叠加，形成近似均匀的土壤含水率带状分布，且作物生育期内沿深度方向0～40cm土层土壤含水率均值无显著性差异，距滴灌带不同水平距离的土壤含水率随时间的变化趋势具有同步特点，无明显的滞后性。以集中80％总根量的土壤深度作为滴灌番茄水分渗漏下界面时，14～25mm的灌水定额会导致深层渗漏，且深层渗漏量表现出一定的空间变异性。番茄生育期内深层渗漏量约占灌水量的13％。距滴灌带不同位置处的番茄耗水量除在番茄苗期和开花座果期有较大差异外，其余生育阶段的差异均在10％以内。对温室滴灌番茄来说，滴灌高频少量的灌溉特征有利于维持作物根系层适宜的土壤水分状态，监测1个含水率剖面即可满足估算作物耗水量的要求。 展开更多

关键词 日光温室 番茄 滴灌 土壤含水率 Trime 传感器

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基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计 被引量：4

11

作者 常波 倪桑晨 《湖北农业科学》 北大核心 2011年第20期4285-4289,共5页

鉴于农田土壤含水率以及水分信息获取的重要性,基于无线传感器网络技术(WSN)设计一个农田土壤水分自动监测系统。通过在监测区域部署传感器网络,将监测数据汇集到嵌入式测控系统,实现统一的数据管理和网络路由监测功能。该系统实现了信... 鉴于农田土壤含水率以及水分信息获取的重要性,基于无线传感器网络技术(WSN)设计一个农田土壤水分自动监测系统。通过在监测区域部署传感器网络,将监测数据汇集到嵌入式测控系统,实现统一的数据管理和网络路由监测功能。该系统实现了信息采集节点的自动部署、数据自组织传输,可以使人们随时随地精确获取作物需水信息。遵循模块化设计思想,传感器和功能模块可组合配置,通用性强,使用灵活。给出了系统硬件和软件实现方法,包括无线节点设计、数据传输及通信等模块的实现原理。对于土壤水分的监测试验结果表明,该系统性能稳定,工作可靠,可广泛应用于其他农业环境监测领域。 展开更多

关键词 土壤含水率 无线传感器网络 监测 设计

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基于RC峰值检测的土壤水分传感器设计与性能试验 被引量：4

12

作者 盛庆元 倪梦瑶 +1 位作者 张西良 李萍萍 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期324-330,共7页

针对现有电容式土壤水分传感器精度低、功耗高、价格高、标定过程复杂等问题,基于RC稳态响应峰值检测原理,设计了一款土壤水分传感器,并对传感器敏感区域、电学特性、标定模型、温度和电导率特性进行了测试。实验结果表明,传感器测量体... 针对现有电容式土壤水分传感器精度低、功耗高、价格高、标定过程复杂等问题,基于RC稳态响应峰值检测原理,设计了一款土壤水分传感器,并对传感器敏感区域、电学特性、标定模型、温度和电导率特性进行了测试。实验结果表明,传感器测量体积含水率平均灵敏度为12.187 mV,敏感区域为3.8 cm×2.5 cm×7.2 cm;输出信号不受供电电压影响,消耗电流仅为3~4 mA;通过在不同介电常数溶液中标定,结合TOPP经验公式,建立的指数标定模型的决定系数R^2均大于0.96;传感器温漂引起的测量误差约为0.5%,在0~2000μS/cm范围内电导率引起的最大测量误差小于4.2%,传感器最大实测误差为2.17%。 展开更多

关键词 土壤 含水率 峰值检测 传感器 设计

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太阳能供电的土壤剖面水分动态原位自动监测系统的研制 被引量：3

13

作者 向阳 于淞 +5 位作者 徐嫱 程相林 朱玉帆 劳彩莲 颜小飞 程强 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期150-157,共8页

目前,商业化的土壤水分传感器在野外观测土壤剖面含水率时仍然存在测量深度不可调节、多传感器探头之间的互换误差、野外长期监测供电困难、成本较高等问题。为此,该研究设计并研制了一种太阳能供电的可实现野外长期工作的介电管式土壤... 目前,商业化的土壤水分传感器在野外观测土壤剖面含水率时仍然存在测量深度不可调节、多传感器探头之间的互换误差、野外长期监测供电困难、成本较高等问题。为此,该研究设计并研制了一种太阳能供电的可实现野外长期工作的介电管式土壤剖面水分原位自动监测系统。该系统组成包括:传感器模块、主控模块、太阳能供电模块和参数设置软件。测量时,先将PVC管垂直安装至待测土壤中,安装过程不扰动土壤结构,主控与存储模块控制土壤含水率传感器在PVC管中上下移动测量土壤含水率,并同步记录土壤深度。此外,该系统可以根据实际需求通过PC机参数设置软件进行灵活设定测量参数(传感器测量深度、测量深度间隔和测量周期)。针对该系统的性能与测量精度开展了相关测试与观测试验,功耗测试结果表明该系统待机功率为0.35 W,工作功率为1.4 W,太阳能电池板最大输出功率为5 W,太阳能电池板和锂电池配合供电的情况下能实现长时间续航;土壤含水率传感器在砂土和粉壤土中的标定试验表明:该系统测量结果与实际土壤体积含水率高度吻合,标定曲线决定系数R2均大于0.99;经过校正后,该系统探头深度定位的标准偏差在0.2 cm以内。在两种质地土壤的滴灌试验结果表明:该系统分别在6和15 mL/min两种滴水速率下均能准确获取土壤剖面含水率的动态变化过程,为观测作物生长状态和根区水分变化、制定合理的灌溉策略以及研究并检验土壤入渗水动态模型提供了可靠的技术支持和保障。 展开更多

关键词 土壤水分 传感器 土壤剖面 低功耗 太阳能供电 原位自动监测

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电容型土壤含水率传感器的优化设计 被引量：2

14

作者 戴宇培 刘云飞 孙成忠 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第7期11-14,49,共5页

针对先前研制的电容型土壤湿度传感器测量范围小,误差大的问题,进行了优化设计,旨在拓宽测量范围,提高测量精度。在理论分析的基础上选择适当的工作频率,最终研制的传感器系统包含振荡电路、多路开关电路、高频探针、隔直检波电路、倍... 针对先前研制的电容型土壤湿度传感器测量范围小,误差大的问题,进行了优化设计,旨在拓宽测量范围,提高测量精度。在理论分析的基础上选择适当的工作频率,最终研制的传感器系统包含振荡电路、多路开关电路、高频探针、隔直检波电路、倍压整流电路以及处理器模块等,其含水率测量范围为0~60%,误差为±2%。该系统能实时测量土壤水分,分辨率高,适应性强,成本低,应用范围广。 展开更多

关键词 电容法 土壤含水率 传感器 频率选择

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一种测量土壤含水率的新型传感器

15

作者 石庆兰 赵燕东 《中国农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 1998年第6期84-85,共2页

根据时域反射技术原理，研制了测量土壤含水率的一种新型传感器。实验结果表明，其测试精度符合用户需要。

关键词 土壤含水率 传感器 测量 农田灌溉

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绿地精准灌溉控制系统设计与最优灌溉量分析" 被引量：18

16

作者 赵燕东 马扬飞 王勇志 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期46-50,56,共6页

为了提高绿地精准灌溉控制系统中两点法测量土壤墒情的测量精度,通过对土壤水分传感器一体化的研究,设计了双层复合土壤水分传感器,相比于传统的两个传感器策略,使用该复合型土壤水分传感器测量结果更加精确,且降低了能耗。为了获得绿... 为了提高绿地精准灌溉控制系统中两点法测量土壤墒情的测量精度,通过对土壤水分传感器一体化的研究,设计了双层复合土壤水分传感器,相比于传统的两个传感器策略,使用该复合型土壤水分传感器测量结果更加精确,且降低了能耗。为了获得绿地作物的最优灌溉量,确保灌溉水不浪费且能满足作物正常生长的需求,以高羊茅为例,通过实验,在综合分析高羊茅生长需求、土壤墒情和部分气象资料的基础上,得出适合于高羊茅的最优灌溉量为12 mm。 展开更多

关键词 绿地 精准灌溉 控制系统 最优灌溉量 双层复合土壤水分传感器

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