土壤水分含量是耕地灌溉設(shè)計的重要依據(jù),耕地土壤水分的檢測對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有相當?shù)谋匾�。為尋找便利的土壤水分檢測方法,以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ),建立了基于SWR（Standing Wave Ratio）傳感器的耕地土壤水分檢測系統(tǒng)。對該水分檢測系統(tǒng)進行實地測試,其檢測結(jié)果與烘干法的差值最高為4.80%,最高值在3處取得。對降雨、蒸發(fā)情況和不同深度土壤水分綜合分析,結(jié)果表明淺層土壤受降雨蒸發(fā)影響較大,中層土壤水分變化滯后,深層土壤水分幾乎沒有變化。對一年中不同深度土壤水分活躍程度進行分析,數(shù)據(jù)顯示土壤依據(jù)水分活躍程度可分為4層。 

【文章來源】：黑龍江工業(yè)學(xué)院學(xué)報(綜合版). 2020,20(10)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

TDR傳感器示意圖

FD傳感器包括正弦波源和由阻抗相位變換電路構(gòu)成的檢測電路[10]。將相同的正弦信號作為信號源和參比，信號源進入阻抗生成電流，將探針介入阻抗后即可將其等效為相位為α的并聯(lián)容導(dǎo)電路。信號源在參比中也會形成電流，經(jīng)過相位變化后相位為β。若參比電壓最值確定，則輸出電壓直流分量為相位α與參比電壓幅度的函數(shù)。改變β即可對輸出電壓進行調(diào)整。結(jié)合式(2)可算出探針阻抗的等效容導(dǎo)，最終獲得土壤介電常數(shù)。SWR法的核心是對土壤介電常數(shù)變化引起的駐波比變化進行測量，采用類似TDR法的兩次反射駐波比進行介電常數(shù)計算。由于三種傳感器測量原理不同，其精度與測量值也會產(chǎn)生一定的差異，因此在檢測前對三種傳感器進行適用性測試，傳感器型號分別為Trim pico32 TDR傳感器、Decagon GS3 FD傳感器與BD-II SWR傳感器。首先在室內(nèi)采用標準水分法對傳感器進行標定，然后在室外降雨情況下進行耕地土壤水分測試，結(jié)果如圖2所示，可以看出三種傳感器測試準確度均較高。測試結(jié)果表明三種傳感器穩(wěn)定性均大于99.8%,TDR、FD與SWR傳感器測量準確率分別為96%、88%和90%。采用一元方差分析法對圖2中測量準確率差異進行顯著性分析，結(jié)果表明顯著性水平為0.05時，利用方差分析法分析F(兩個均方的比值分布)，F(xiàn)=1.33<F0.05(2,174)=3.06，說明三種傳感器對耕地土壤水分測試的結(jié)果不具有顯著性差異。

土壤檢測站包含太陽能電源、土壤水分傳感器、數(shù)據(jù)采集器、避雷針、GPRS無線終端等設(shè)備。土壤水分傳感器定時對不同深度、不同土層的耕地土壤進行水分檢測，數(shù)據(jù)采集器將檢測數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換與編碼、加密。加密后的數(shù)據(jù)流通過RS232串口傳輸至GPRS終端，并被打包發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，最終被遠程監(jiān)測中心接受。由于三種傳感器對土壤水分的檢測性能不具備顯著性分析，因此采用成本最低的SWR傳感器進行設(shè)計布點。選用BD-II型SWR傳感器作為土壤水分傳感器，數(shù)據(jù)采集裝置使用ATmegal28單片機，GPRS無線傳輸裝置選用AL-GPRS-5100。首先，為建立能夠測量8層土壤的水分檢測系統(tǒng)，需要對SWR傳感器進行標定。將8支SWR傳感器分別插入已配好的具有一定單位體積含水率的土壤進行重復(fù)測量，通過數(shù)據(jù)采集裝置獲取傳感器測得的電壓值。以烘干法對測試土壤含水率進行計算，并以最小二乘法對測得電壓值與土壤含水率進行線性擬合。設(shè)擬合出的標定方程為θ=k×ΔU-b，其中k、b為擬合參數(shù)，ΔU為傳感器測得電壓值。8支SWR傳感器標定參數(shù)如表1所示，可以看出8支傳感器標定擬合程度均滿足要求。在進行標定后，對土壤水分傳感器進行耕地土壤實地安裝。在需要進行土壤水分檢測的點位挖掘深度為5m的井，將垂直井整理平整。采用圖3所示的安裝方法將8支傳感器分別垂直安裝在深度為0.2m、0.5m、0.8m、1m、2m、3m、4m、5m處后回填，安裝時需保證只有連接線露在土壤外。將所有傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置連接，將寫入IP信息的GPRS模塊與數(shù)據(jù)采集裝置連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸。


本文編號：3506706