土壤是植物賴以生存的基礎(chǔ),在農(nóng)林業(yè)中具有重要作用,土壤的含水率和土壤的緊實(shí)程度對(duì)于植物的生長發(fā)育有直接影響,現(xiàn)有的傳感器或者儀器大多是對(duì)土壤含水率或者土壤緊實(shí)度的單一測量,由于土壤含水率和土壤緊實(shí)度之間具有較大的耦合作用,單一測量會(huì)存在較大偏差。針對(duì)于基于圓錐指數(shù)法的土壤緊實(shí)度測量中,由于無法消除摩擦力在圓錐儀貫入土壤過程中造成貫入速度不均勻而導(dǎo)致的測量精度不高的難題,論文在基于圓錐指數(shù)法的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性的加入加速度的同步測量,從而消除圓錐儀在使用過程中由于貫入的快慢不一引起的誤差,提高測量精度。在上述的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究基于駐波率法的雙金屬環(huán)式土壤水分測量,并設(shè)計(jì)了一種土壤緊實(shí)度及水分復(fù)合測量裝置。論文開始介紹了土壤的緊實(shí)度及水分測量的相關(guān)研究,并從測量原理出發(fā),分別介紹其測量方法。針對(duì)于土壤緊實(shí)度測量選擇得到業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可的圓錐指數(shù)法,在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新性的加入加速度同步測量。針對(duì)于土壤水分測量,在前人研究基礎(chǔ)上采用駐波率法的金屬雙環(huán)式結(jié)構(gòu),并進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后,本文根據(jù)已經(jīng)選擇的測量方法,分別對(duì)土壤緊實(shí)度及土壤水分測量進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì),完成各部分的硬件設(shè)計(jì)之后,將所有的硬件集合起來完成整個(gè)電路板并進(jìn)行結(jié)構(gòu)兼容性的設(shè)計(jì),形成整個(gè)復(fù)合傳感器。之后對(duì)復(fù)合傳感器的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),按照ASAE(American Society for Acoustic Ecology,美國農(nóng)業(yè)工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)),采用12.83mm的圓錐直徑,用CATIA軟件進(jìn)行建模并繪制工程圖紙加工。最后開展了一系列試驗(yàn)用于檢測復(fù)合傳感器的性能,包括標(biāo)定試驗(yàn)、靜態(tài)特性試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)、對(duì)比試驗(yàn)等,試驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合傳感器線性擬合決定系數(shù)在0.96以上,測量精度誤差在±2%以內(nèi),動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于1s,測量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性和相關(guān)儀器性能一致,但使用更方便,價(jià)格更低廉,為農(nóng)林業(yè)發(fā)展及生態(tài)的檢測保護(hù)提供了一種有效手段。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP212;S152;S237
【部分圖文】：

目前國際上廣泛采用土壤圓錐指數(shù)法對(duì)土壤的緊實(shí)度進(jìn)行量化。從原始的手動(dòng)貫??入到如今的電子測量，圓錐儀得到了快速發(fā)展。目前商業(yè)化的手持式圓錐儀主要以美??國的Ｓｐｅｃｔｕｒｍ公司的ＳＣ－９００型（圖１－１）、澳大利亞的ＭｉｃｒｏＣＰ型（圖１－２）系列產(chǎn)??品最為常見，并有相應(yīng)軟件做數(shù)據(jù)處理。??＾?＇氣??圖１－１?ＳＣ－９００緊實(shí)度儀?圖１－２?ＭｉｃｒｏＣＰ緊實(shí)度儀??Ｆｉｇ．?１－１?ＳＣ－９００?Ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ?ｍｅｔｅｒ?Ｆｉｇ．?１－２?Ｍｉｃｒｏ?ＣＰ?Ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ?ｍｅｔｅｒ??國內(nèi)最初使用先獲取樣本再進(jìn)行試驗(yàn)測量的方法。７０年代初期研究設(shè)計(jì)了型號(hào)??為ＳＲ－２的用于測量土壤緊實(shí)的儀器。１９８１年，第一代工兵圓錐儀在南京工程兵學(xué)院??設(shè)計(jì)制造并命名為Ｉ型，并于１９８４年推出第二代。之后的一年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研宄??設(shè)計(jì)了新式圓錐儀，并在１９８７年進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化，對(duì)比于以前的土壤圓錐??儀，其使用單板計(jì)算機(jī)獲取和處理數(shù)據(jù)，可是手動(dòng)貫入的方式仍舊影響測量精度，而??且記錄的數(shù)據(jù)需要大量時(shí)間進(jìn)行整理（蘇顯添，１９８５）。羅錫文等于１９９６年研制了可??勻速的電動(dòng)機(jī)式電測圓錐儀，提高了測量精度，該儀器采用逐個(gè)點(diǎn)測量，而不是連續(xù)??測量（羅錫文

目前國際上廣泛采用土壤圓錐指數(shù)法對(duì)土壤的緊實(shí)度進(jìn)行量化。從原始的手動(dòng)貫??入到如今的電子測量，圓錐儀得到了快速發(fā)展。目前商業(yè)化的手持式圓錐儀主要以美??國的Ｓｐｅｃｔｕｒｍ公司的ＳＣ－９００型（圖１－１）、澳大利亞的ＭｉｃｒｏＣＰ型（圖１－２）系列產(chǎn)??品最為常見，并有相應(yīng)軟件做數(shù)據(jù)處理。??＾?＇氣??圖１－１?ＳＣ－９００緊實(shí)度儀?圖１－２?ＭｉｃｒｏＣＰ緊實(shí)度儀??Ｆｉｇ．?１－１?ＳＣ－９００?Ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ?ｍｅｔｅｒ?Ｆｉｇ．?１－２?Ｍｉｃｒｏ?ＣＰ?Ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ?ｍｅｔｅｒ??國內(nèi)最初使用先獲取樣本再進(jìn)行試驗(yàn)測量的方法。７０年代初期研究設(shè)計(jì)了型號(hào)??為ＳＲ－２的用于測量土壤緊實(shí)的儀器。１９８１年，第一代工兵圓錐儀在南京工程兵學(xué)院??設(shè)計(jì)制造并命名為Ｉ型，并于１９８４年推出第二代。之后的一年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研宄??設(shè)計(jì)了新式圓錐儀，并在１９８７年進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化，對(duì)比于以前的土壤圓錐??儀，其使用單板計(jì)算機(jī)獲取和處理數(shù)據(jù)，可是手動(dòng)貫入的方式仍舊影響測量精度，而??且記錄的數(shù)據(jù)需要大量時(shí)間進(jìn)行整理（蘇顯添，１９８５）。羅錫文等于１９９６年研制了可??勻速的電動(dòng)機(jī)式電測圓錐儀，提高了測量精度，該儀器采用逐個(gè)點(diǎn)測量，而不是連續(xù)??測量（羅錫文

１９９９年趙燕東和孫宇瑞兩人共同研制了以傳輸線阻抗變換理論為基礎(chǔ)的土壤含水率??測量傳感器（孫宇瑞，１９９９）；?２００２年，趙燕東等提出的基于駐波原理的土壤含水率??測量及研發(fā)的ＢＤ型土壤水分傳感器（圖１－３），并得到廣泛推廣應(yīng)用（趙燕東，２００２）；??２００３年周凌云等研制了?ＴＤＲ法土壤含水率傳感器（周凌云，２００３）；?２０１１年張憲等??研制的以ＦＤＲ技術(shù)為基礎(chǔ)的土壤含水率測量裝置（張憲，２０１１）；?２０１２年郭晨等研??制的以微波諧振為基礎(chǔ)的土壤含水率測量裝置（郭晨，２０１２）；?２０１６年高志濤等研制??的基于電容法的非接觸管式土壤水分傳感器（圖卜４）（高志濤，２０１６）。??顯??圖１－３?ＢＤ型土壤水分傳感器?圖１－４管式水分傳感器??Ｆｉｇ．?１－３?ＢＤ?Ｓｏｉｌ?ｍｏｉｓｔｕｒｅ?ｓｅｎｓｏｒｓ?Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｕｂｕｌａｒ?ｓｏｉｌ?ｍｏｉｓｔｕｒｅ?ｓｅｎｓｏｒｓ??３??
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本文編號(hào)：2872153