土壤含水量的準(zhǔn)確測定是農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的重要研究內(nèi)容之一。土壤含水量測定方法很多，其中頻域介電傳感器以其成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)自動化等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為土壤水分自動化監(jiān)測的主要設(shè)備。然而，土壤頻域介電傳感器的測量精度和適應(yīng)性還有待提高，其原因主要是土壤頻域介電特性的復(fù)雜性，因此開展土壤頻域介電特性研究不僅能豐富土壤介電特性理論，對提高土壤頻域介電傳感器精度和適應(yīng)性等都有重要意義。 本文研究了土壤極化機(jī)理，分析了探頭結(jié)構(gòu)對土壤介電常數(shù)測量的影響，確定了一種10mm間距、28mm長的7針探頭，應(yīng)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，對4種土壤進(jìn)行了LF～UHF（1MHz～3GHz）頻段介電特性研究，分析了不同質(zhì)地、不同含水量、不同溫度和不同含鹽量情況下的復(fù)介電常數(shù)和表觀介電常數(shù)頻譜特性，研究了1M～3GHz頻段內(nèi)土壤極化弛豫過程和機(jī)理，確定了土壤水分介電測量的理想頻段；研究了溫度、鹽分等對土壤混合極化、傳導(dǎo)電流的影響，分析了土壤不同測量頻段的極化特點(diǎn)及完全干燥土壤的介電噪聲等問題。在上述研究基礎(chǔ)上，結(jié)合電磁測量理論，開發(fā)了75MHz新型土壤水分傳感器，經(jīng)過測試，其精度和適應(yīng)性較高，具有很好的應(yīng)用潛力。本文研究主要結(jié)論如下...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究的意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 土壤含水量測定常用方法
        1.2.2 介電法量測技術(shù)國外研究進(jìn)展
        1.2.3 介電法量測技術(shù)國內(nèi)研究進(jìn)展
    1.3 本文研究內(nèi)容
    1.4 研究技術(shù)路線
第二章 土壤介電理論基礎(chǔ)及測量系統(tǒng)
    2.1 介質(zhì)極化的概念
    2.2 極化機(jī)理及類型
    2.3 土壤理化及其介電特性
        2.3.1 土壤理化特性
        2.3.2 干燥土壤的介電特性
        2.3.3 土壤水的物理特性
        2.3.4 土壤中水的存在形式及極化特性
        2.3.5 土壤中水的介電特性
    2.4 土壤混合極化模型基礎(chǔ)
    2.5 電磁場中的介電損耗
        2.5.1 復(fù)介電常數(shù)
        2.5.2 介電弛豫
        2.5.3 頻率、溫度對介電損耗的影響
    2.6 介電測量系統(tǒng)
        2.6.1 介電測量系統(tǒng)理論基礎(chǔ)
        2.6.2 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
    2.7 介電測量數(shù)學(xué)模型
    2.8 本章小結(jié)
第三章 探頭結(jié)構(gòu)對介電測量的影響及其優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.1 探頭設(shè)計(jì)的理論模型
        3.1.1 雙導(dǎo)線結(jié)構(gòu)模型
        3.1.2 同軸線結(jié)構(gòu)模型
    3.2 探頭電磁場分布及敏感區(qū)域分析
        3.2.1 不同結(jié)構(gòu)探頭的電磁場分析
        3.2.2 七針探頭測量敏感區(qū)域分析及數(shù)值計(jì)算
        3.2.3 探頭連接件阻抗匹配設(shè)計(jì)
    3.3 探針結(jié)構(gòu)對土壤介電常數(shù)測量的影響
        3.3.1 探針間距對土壤介電譜測量的影響
        3.3.2 探針長度對土壤介電譜測量的影響
    3.4 本章小結(jié)
第四章 土壤頻域介電特性測量和分析
    4.1 土壤介電特性測量的試驗(yàn)方法
        4.1.1 土壤含水量的表示方式
        4.1.2 試驗(yàn)所用土樣的制備
        4.1.3 試驗(yàn)測量儀器的準(zhǔn)備
    4.2 土壤介電常數(shù)測量誤差控制分析
    4.3 土壤含水量對介電特性的影響
        4.3.1 土壤復(fù)介電常數(shù)實(shí)部與土壤含水量的關(guān)系分析
        4.3.2 土壤復(fù)介電常數(shù)虛部與土壤含水量的關(guān)系分析
        4.3.3 土壤表觀介電常數(shù)與土壤含水量的關(guān)系分析
        4.3.4 干燥土壤介電噪聲現(xiàn)象及分析
    4.4 土壤質(zhì)地對介電特性的影響規(guī)律
        4.4.1 土壤復(fù)介電常數(shù)與土壤質(zhì)地的關(guān)系分析
        4.4.2 土壤表觀介電常數(shù)與土壤質(zhì)地的關(guān)系分析
    4.5 土壤溫度對介電特性的影響規(guī)律
        4.5.1 土壤復(fù)介電常數(shù)與溫度的關(guān)系分析
        4.5.2 土壤表觀介電常數(shù)與溫度的關(guān)系分析
    4.6 土壤鹽分對介電特性的影響規(guī)律
        4.6.1 土壤復(fù)介電常數(shù)與含鹽量的關(guān)系分析
        4.6.2 土壤表觀介電常數(shù)與含鹽量的關(guān)系分析
    4.7 本章小結(jié)
第五章 土壤含水量頻域測量模型建立
    5.1 土壤含水量介電測量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒑头治?br>    5.2 不同模型計(jì)算土壤含水量的比較分析
    5.3 弛豫頻率法測量土壤含水量的方法
    5.4 本章小結(jié)
第六章 土壤水分頻域傳感器研制
    6.1 電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
    6.2 電路原理及制作
    6.3 傳感器調(diào)試及測試
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論和建議
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 進(jìn)一步研究的建議
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介



本文編號：3779909