三深度土壤水分传感器的研制及试验-IngentaConnect.PDF

第 30 卷 第 12 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.12 64 2014 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2014 ·农业水土工程· 三深度土壤水分传感器的研制及试验 1,2 3 1※ 员玉良 ，盛文溢 ，孙宇瑞 （1．中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083； 2 ．青岛农业大学机电工程学院，青岛 266109 ； 3. 中国科学院智能机械研究所，合肥 230031 ） 摘 要：针对当前植物根区不同深度下土壤含水量测量存在的传感器安装困难、对原位土壤扰动大以及传感器间 一致性差等问题，该文基于阻抗法设计了一种三深度土壤水分传感器。该传感器不仅可以同时测量 3 个不同深度 的土壤含水量，并且在安装时对原位土壤扰动极小。试验标定结果显示，该传感器具有较高的精度，所测的土壤 含水量与烘干法所得的实际含水量非常吻合，决定系数 R2 和均方根误差（RMSE ，root mean square error ）分别达 3 3 到 0.996 和 0.013 cm /cm ；传感器可适用于多种不同质地的土壤，在3 种不同质地土壤中的输出灵敏度均大于 1 3 3 2 V/(cm /cm ) 。传感器的输出与土壤体积含水量呈现良好的线性关系，对黏土、砂土及壤土的决定系数 R 分别达 到 0.983、0.965 和 0.975 ；土壤水分入渗试验结果进一步表明，该传感器性能良好，3 个不同深度的传感器电极具 有较高的一致性，在壤土和砂土样本中 3 个深度传感器电极的输出，相对误差分别小于 2%和 5% 。 关键词：土壤；传感器；含水量；阻抗法；介电原理；三深度 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.12.008 中图分类号：TP212.6 ；S152.7 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2014)-12-0064-08 员玉良，盛文溢，孙宇瑞. 三深度土壤水分传感器的研制及试验[J].农业工程学报，2014，30(12)：64－71. Yun Yuliang, Sheng Wenyi, Sun Yurui. Design and experiment of soil water sensor monitoring soil moisture at three depths[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(12): 64 －71. (in Chinese with English abstract) 测量时间短、非破坏性、易维护、无放射以及低成 0 引 言 [14-15] 本等优点得到广泛应用 。 土壤水分剖面分布形式影响作物根系分布与 基于以上考虑，本文基于介电测量原理研制了 吸水状况，而作物根系与土体水量的空间分布关系, 一种可以同时测量 3 个