一种基于边缘场效应土壤水分传感器研究

摘要

一种基于边缘场效应土壤水分传感器研究课题是国家自然科学研究基金“非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究”的子课题。本文针对我国目前田间水分传感器只能测量表层土壤水分的现状，以介电理论应用于土壤水分测量机理为切入点，研制出一种可以实时测量剖面土壤含水量的管式土壤水分传感器。 本文设计的管式水分传感器主要包括两部分，基于边缘场效应土壤水分传感器和基于霍尔开关原理深度传感器。土壤水分传感器由竖直埋入土壤中的PVC套管和放置于套管中的探头两部分组成。利用超高频网络分析仪研究传感器的阻抗特性，优化土壤水分传感器电路，并进一步分析了套筒壁厚度及传感器几何结构对测量结果的影响，从而得出结论：套筒壁厚应尽可能限定在3mm以内，金属环的环距限制在15mm之内。深度传感器的最大量程为120cm，精度为10cm。 本文还设计了与传感器配套使用的智能型土壤水分手持仪表。该仪表通过读取传感器数据并进行相应运算，从而得到土壤含水量。 为了验证传感器的性能，本文设计了三个试验：有机标定液体试验、不同容积含水量土样试验以及穿层试验。第一个试验表明，传感器满足土壤从干质到饱和的测量需要；第二个试验证明，本文所定义的归一化频偏指数与容积含水量之间满足线性变换关系，相关指数R2=0.9538；第三个试验验证了传感器测量土壤水分含量纵向分布的能力。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章介电理论与FD测量原理分析

第三章基于边缘场效应土壤水分传感器设计

第四章试验结果与分析

第五章智能型土壤水分手持仪表开发

第六章总结与展望

参考文献

致谢

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