發(fā)布時間：2023-03-30 05:29

　　土壤水分是陸地表層對水分的一種基本儲存形式,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行良好生長的重要前提。植物若要健康生長,必然要通過根系來主動吸收土壤中的水分、有機化合物等,從而轉(zhuǎn)化為自身能夠吸收的物質(zhì)。目前,土壤水分的測量方式主要以探針式為主,將探頭直接插入土壤中,實現(xiàn)土壤水分的單點測量。探針長度一般為30cm,如果要實現(xiàn)更深土壤層面而的水分測量,則需要挖開土壤,將傳感器垂直插入土壤的剖面層上。此方法雖然實現(xiàn)了對土壤剖面層水分含量的測量,但在測量方式上不僅費時費力,更會破壞土壤的土質(zhì)。針對該問題,本文提出了一種陣列式電容傳感器測量土壤水分的方法,在傳統(tǒng)土壤水分單點測量的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)對土壤不同剖面層水分的測量。本文首先分析了電容式傳感器測量土壤水分的原理,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。基于這一原理,設(shè)計了陣列式電容傳感器,以此實現(xiàn)對土壤剖面水分的測量。基于所設(shè)計的傳感器結(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...

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：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 土壤水分測量的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 土壤水分測量的國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 土壤水分測量的國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
2 陣列式電容傳感器土壤水分測量方法
    2.1 電容法測量土壤水分的原理
        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
    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)對靈敏度的影響分析
        3.2.1 電極軸向?qū)挾葘鞲衅麟娙蒽`敏度值的影響
        3.2.2 電極間距對傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.3 電極半徑對傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.4 電極軸向間隔對傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.5 電極片厚度對傳感器電容靈敏度值的影響
        3.2.6 小孔對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
    3.4 本章小結(jié)
4.電容傳感器及其測量系統(tǒng)設(shè)計
    4.1 電容傳感器設(shè)計
        4.1.1 電極材料的選擇
        4.1.2 信號傳輸線的選擇
        4.1.3 傳感器的整體封裝
    4.2 電容信號的檢測方法
        4.2.1 電容信號檢測系統(tǒng)方案
        4.2.2 微弱電容信號檢測芯片的選擇
    4.3 硬件檢測電路設(shè)計
        4.3.1 硬件電路組成
        4.3.2 STC89C52 單片機
        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
        4.4.1 測量系統(tǒng)軟件流程設(shè)計
        4.4.2 上位機軟件設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
5.陣列式電容傳感器土壤水分測量實驗與分析
    5.1 實驗系統(tǒng)搭建及測試
        5.1.1 實驗系統(tǒng)搭建
        5.1.2 硬件電路測試
        5.1.3 傳感器測試
    5.2 樣品制備
        5.2.1 測試設(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)定實驗設(shè)計
        5.3.1 傳感器測量范圍的實驗測定與分析
        5.3.2傳感器的標(biāo)定實驗
    5.4 傳感器的性能測試
        5.4.1測試實驗
        5.4.2 重復(fù)性實驗與分析
        5.4.3 穩(wěn)定性分析
    5.5 土壤剖面水分的測量實驗
    5.6 實驗結(jié)果總結(jié)與改進措施
    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



本文編號：3775295