土壤剖面含水量监测仪的试验与研究.ppt

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土壤剖面含水量监测仪的试验与研究

土壤剖面含水量监测仪 的试验与研究 答 辩 人:郭胜君 导 师:王卫星教授 专业名称:农业电气化与自动化 内 容 前言 土壤电导测量方法的研究 土壤剖面含水量监测系统的设计 相关性试验与分析 监测系统可行性试验的设计与分析 结论与讨论 1、前言 1.1、研究的意义 土壤水分含量的快速监测对于科学地控制调节土壤水分状况,进行节水灌溉、实现科学用水和灌溉自动化都有着重要的意义。 现有的土壤水分快速测量方法都存在着一些缺陷。 TDR、FDR和SWR 1.2、研究的目的 研究土壤电导和土壤含水量在一定条件下的定量关系,从而可以构建一个通过测量土壤电导间接实时测量土壤剖面含水量的监测仪。 1.3 理论依据 2001年,中国科学院的刘广明、杨劲松应用不同盐分含量土壤,进行了土壤电导率与土壤含盐量关系得试验研究,获得了不同含盐量土壤的电导率随水分含量变化的规律,并且建立了土壤含盐量与土壤电导率及水分含量的二维方程。 中国农业大学的孙宇瑞以壤土为研究对象,对土壤这三个参数作了相关性的试验,得出当土壤含水量在15%~30%之间变化时,土壤电导率的变化最为显著且近似呈线性关系;当土壤含水量超过30%以后,它的影响明显减少,这是因为土壤含水量已接近饱和限度的缘故。 西北农林科技大学的马孝义等研究发现尽管土壤电导率变化相当大,但对同一质地、容重、结构和含盐量的土壤,其电导率与土壤体积含水量呈幂函数关系 。 2、土壤电导测量方法的研究 2.1、电极的材料选取与形状设计 选用了金属铜片作为电极材料。 采用弧形电极结构 2.2、土壤电导测试电路的设计 2.2.1 转换电路的选择 2.2.2、双极性脉冲间歇电压激励信号 2.2.3 程控放大器电路与程序设计 程控放大器选择AD526。本监测系统采用的是两片AD526级联的方式,放大倍数为1、4、16、64、256。 2.3、激励信号的对比试验 2.4 两种土壤下的验证试验 3、土壤剖面含水量监测系统的设计 3.2 基于ARM7数据采集器的设计 4、相关性试验与分析 4.1 不同土壤相同压实程度的试验数据分析 做幂函数的回归分析: 红壤: 型砂: 4.2 单一土壤不同密度的试验分析 试验对象为红壤。质量固定为1706.8g,体积设定为3种,分别为1600ml、1400ml和1200ml。 4.3 相关试验的结论 在压实程度一定条件下单一土壤的含水量和电导存在乘幂关系。 对于压实程度基本不变的单一土壤,可以通过测量土壤电导来间接测量土壤含水量。 5、监测系统可行性试验的设计与分析 5.1、ML2X传感器的标定试验 ML2X传感器的ADC值和体积含水量之间线性关系为: 5.2 入渗试验 5.2.1 试验装置 5.2.2 试验现象与结果 5.2.3 入渗试验的对比分析 ML2X的探针长度是60mm,ML2X传感器测量的是60mm高度内土壤的平均含水量。 自制传感器只要25mm内的土壤水分发生变化,就将使测量结果发生变化。 第2、3层测量均值与ML2X测量值的对比分析 5.3、蒸发试验 第2、3层测量均值与ML2X测量值的对比 第四层的测量值与ML2X的对比 6、结论与讨论 6.1 结论 (1)和二极脉冲法相比,双极性脉冲间歇电压法能更好的避免极化效应。 (2)用PVC-U塑料管做成了简易廉价的探头,并设计了与之相应的转换电路、存储电路和显示电路,实现了对土壤多层电导的在线监测。 (3)相关性试验表明:对于压实程度基本不变的土壤,电导和含水量之间存在幂函数关系,可以通过对电导的测量来实现对土壤含水量的间接测量。 (4)入渗和蒸发试验表明:本监测系统可以实时反映土壤在入渗和蒸发过程中的水分变化趋势。和ML2X传感器相比,本监测系统测量值的波动相对较大,但可以更快反映水分的变化。 6.2 讨论 (1)本研究得出的结论全部是在试验室内试验得到的,实际中田间的情况会比较复杂,需进行田间标定。 (2)在研究含盐量对土壤电导和含水量相互关系得影响上,由于时间关系,只对两种土壤红壤和型砂做了试验,还不能确切的知道含盐量的影响程度,需增加土壤类型重复试验。 (3)在入渗和蒸发试验中,用来对比测量结果的ML2X传感器测量的范围比较宽,对比的结果还有待验证。 (4)在入渗和蒸发试验中没有考虑温度对测量结果的影响。 (5)没有对电极材料的抗氧化和腐蚀性作试验研究,不知道探头长期埋设在土壤中的使用寿命。 致 谢 首先,衷心地感谢我的导师王卫星教

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