电容传感器在栽培基质含水量检测中的应用研究

摘要

我国是一个缺水的农业大国,高效用水受到人们越来越多的关注。随着我国无土基质栽培技术的迅速推广,在栽培基质中进行精确的灌溉控制也逐渐受到重视,而精确测量栽培基质的含水量则是实现水分精确控制的重要前提。由于基质属于颗粒极不规则的散碎物料,物料紧密程度受外界影响大,水分检测难度大,且目前针对基质含水量的精确、实时动态检测的相关研究较少。基于此,本文针对基质特性并结合各水分检测传感器的优缺点,选用EC-5电容传感器为主要检测仪器,并以复配成的22种基质为检测对象,确定影响其检测精度的主要因素,最终建立补偿模型,提高了传感器的精度,实现水分的精确检测。主要结果如下:
　　 (1)以发酵后的醋糟与草炭、蛭石、珍珠岩按不同比例复配成的22种基质为研究对象,在实验室容器内和温室基质槽内进行了试验检测。结果表明,尽管EC-5传感器输出电压值均与实际体积含水量之间成线性关系,但传感器检测得到的含水量与实际值之间的差异非常大,特别是在含水量低的情况下。温室基质槽内试验与实验室容器内试验相比,其相关系数小且数据离散性大。表明该传感器用于检测基质的水分不能简单套用仪器中原有的模型,需进行修正才可用于基质水分检测中。
　　 (2)采用单因素试验方法,进行了基质温度、容重、电导率和有机质含量等试验。通过分析,筛选出了影响传感器精度的主要因素为基质温度和电导率,排除了基质容重对传感器检测结果的影响。
　　 (3)采用粒子群算法建立了基于温度和电导率影响的双因素综合水分检测补偿模型,并用重复试验数据对模型进行了验证。经过补偿以后的EC-5传感器对基质含水量的检测精度较高,可作为基质含水量检测的仪器。
　　 EC-5电容传感器经过本研究建立的补偿模型修正后,提高了传感器的测试精度,把土壤水分传感器成功地移植到基质水分检测中,为实现基质含水量快速检测做了有益的探索。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 水分快速检测技术的研究现状

1.3 课题研究的内容及技术路线

第二章 电容传感器在基质水分检测中的应用试验

2.1 基质含水量检测传感器的选择

2.1.1 基质特性分析

2.1.2 基质含水量检测仪器选择

2.2 试验材料和方法

2.2.1 基质处理的设置

2.2.2 EC-5电容传感器的校正

2.2.3 实验室容器内基质含水量检测的试验方法

2.2.4 温室栽培槽内基质含水量检测的试验方法

2.3 试验结果及分析

2.3.1 实验室容器内测量结果及分析

2.3.2 温室栽培槽内测量结果及分析

2.4 本章小结

第三章 EC-5检测基质水分的影响因素分析

3.1 基质温度对含水量检测的影响

3.1.1 温度影响的试验方法

3.1.2 温度影响的试验结果

3.2 基质容重对含水量检测的影响

3.2.1 容重影响的实验方法

3.2.2 容重影响的试验结果

3.3 基质有机质含量对含水量检测的影响

3.3.1 有机物影响的试验方法

3.3.2 有机物影响的试验结果

3.4 基质电导率对含水量检测的影响

3.4.1 电导率影响的试验方法

3.4.2 电导率影响的试验结果

3.5 本章小结

第四章 基于粒子群算法的基质含水量检测补偿模型

4.1 建模的思路

4.2 模型因素的确定

4.3 模型建立

4.3.1 模型假定条件

4.3.2 模型形式

4.3.3 补偿算法

4.3.4 在1STOPT软件中实现粒子群算法

4.3.5 模型训练与验证

4.3.6 结果分析

4.4 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文、参与科研工作