土壤水分是陸地表層對(duì)水分的一種基本儲(chǔ)存形式,制約著陸地與大氣之間的平衡,影響著氣候的分布。更重要的是,土壤水分是植物能夠進(jìn)行良好生長(zhǎng)的重要前提。植物若要健康生長(zhǎng),必然要通過根系來主動(dòng)吸收土壤中的水分、有機(jī)化合物等,從而轉(zhuǎn)化為自身能夠吸收的物質(zhì)。目前,土壤水分的測(cè)量方式主要以探針式為主,將探頭直接插入土壤中,實(shí)現(xiàn)土壤水分的單點(diǎn)測(cè)量。探針長(zhǎng)度一般為30cm,如果要實(shí)現(xiàn)更深土壤層面而的水分測(cè)量,則需要挖開土壤,將傳感器垂直插入土壤的剖面層上。此方法雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤剖面層水分含量的測(cè)量,但在測(cè)量方式上不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,更會(huì)破壞土壤的土質(zhì)。針對(duì)該問題,本文提出了一種陣列式電容傳感器測(cè)量土壤水分的方法,在傳統(tǒng)土壤水分單點(diǎn)測(cè)量的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤不同剖面層水分的測(cè)量。本文首先分析了電容式傳感器測(cè)量土壤水分的原理,根據(jù)土壤的介電模型,土壤濕度含量的高低直接影響著介電常數(shù)的數(shù)值大小,從而引起電容值的變化�；谶@一原理,設(shè)計(jì)了陣列式電容傳感器,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤剖面水分的測(cè)量�；谒O(shè)計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu),建立了傳感器的數(shù)學(xué)模型,以有限元分析法來求解傳感器測(cè)得的電容值。利用Maxwell建立了傳感器的仿真模型,獲得了電...

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 土壤水分測(cè)量的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 土壤水分測(cè)量的國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 土壤水分測(cè)量的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
2 陣列式電容傳感器土壤水分測(cè)量方法
    2.1 電容法測(cè)量土壤水分的原理
        2.1.1 電容式傳感器
        2.1.2 土壤介電模型
        2.1.3 電容式傳感器探測(cè)土壤水分原理
    2.2 陣列式電容傳感器的結(jié)構(gòu)方案
    2.3 本章小結(jié)
3 陣列式電容傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
    3.1 陣列式電容傳感器的有限元分析
        3.1.1 數(shù)學(xué)模型的建立
        3.1.2 傳感器在Maxwell中的模型建立
        3.1.3 模型仿真結(jié)果分析
    3.2 陣列式電容傳感器參數(shù)對(duì)靈敏度的影響分析
        3.2.1 電極軸向?qū)挾葘?duì)傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.2 電極間距對(duì)傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.3 電極半徑對(duì)傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.4 電極軸向間隔對(duì)傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.5 電極片厚度對(duì)傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.6 小孔對(duì)傳感器電容靈敏度值的影響
    3.3 傳感器最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.4 本章小結(jié)
4.電容傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    4.1 電容傳感器設(shè)計(jì)
        4.1.1 電極材料的選擇
        4.1.2 信號(hào)傳輸線的選擇
        4.1.3 傳感器的整體封裝
    4.2 電容信號(hào)的檢測(cè)方法
        4.2.1 電容信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)方案
        4.2.2 微弱電容信號(hào)檢測(cè)芯片的選擇
    4.3 硬件檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
        4.3.1 硬件電路組成
        4.3.2 STC89C52 單片機(jī)
        4.3.3 電容采集芯片
        4.3.4 硬件采集電路
    4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        4.4.1 測(cè)量系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)
        4.4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    4.5 本章小結(jié)
5.陣列式電容傳感器土壤水分測(cè)量實(shí)驗(yàn)與分析
    5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建及測(cè)試
        5.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        5.1.2 硬件電路測(cè)試
        5.1.3 傳感器測(cè)試
    5.2 樣品制備
        5.2.1 測(cè)試設(shè)備
        5.2.2 樣品的烘干處理
        5.2.3 不同含水量土壤樣品的配置
    5.3 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        5.3.1 傳感器測(cè)量范圍的實(shí)驗(yàn)測(cè)定與分析
        5.3.2傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
    5.4 傳感器的性能測(cè)試
        5.4.1測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        5.4.2 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)與分析
        5.4.3 穩(wěn)定性分析
    5.5 土壤剖面水分的測(cè)量實(shí)驗(yàn)
    5.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)與改進(jìn)措施
    5.7 本章小結(jié)
6.總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)



本文編號(hào)：3775295