活立木茎干水分实时无损获取方法及应用研究
发布时间：2021-11-20 13:53
植物水分生理信息与植物的非生物与生物胁迫密切相关,更好地获取林区植物水分生理信息有助于农林业的健康发展。为实现林区活立木茎干水分的全季节性连续监测,克服林区恶劣环境对监测设备的不利影响,本文提出了一种活立木茎干水分实时无损获取方法,并将其应用到植物的非生物与生物胁迫分析中。本文的主要研究内容、方法与结论包括:（1）针对木本植物心材以外区域茎干水分的实时无损测量需求,本文提出了基于驻波比法的活立木茎干水分测量方法。在此基础上,首先设计了传感器的测量电路,确定了传感器100MHz的测量频率,组装了可用于野外测量的传感器。随后通过茎干模拟实验,确定了传感器的敏感范围（轴向53mm,径向20mm）,拟合了传感器对相关因子（包括介电常数、电导率、温度、茎干直径）的标定方程,验证了传感器对溶液冰点检测的可行性。最后基于烘干法分析了传感器的测量误差（平均误差为0.008cm3 cm-3）。（2）由于林区数据采集系统受到存储空间和运行功耗的限制,本文提出了基于压缩感知的林区数据采集方法。首先在软件上分别对基于DFT、DCT、学习字典的压缩感知算法进行了性能分析,当稀疏度K一定时,数据压缩比从大到小依次...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
／?０?－－?＼导管??ｉｃｐ＾??形成层??图２．２茎干的微观结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｔｅｍ??２．１．２活立木茎干结构的介电模型??活立木茎干组织的化学成分及其复杂，但可将其视作固相、液相和气相三相混合??的多孔介质，其介电特性可以用表观介电常数来表征。对于活立木茎干组织，固相成??分主要为纤维素，其相对介电常数一般小于３，液相成分主要为水分，其常温下的相??对介电常数为８１，气相成分主要为空气，其相对介电常数约为１。相对于固相和气相??成分，液相成分的相对介电常数起到主导作用，即活立木茎干组织的表观介电常数主??要由茎干含水量决定（Ｕｌａｂｙ、Ｊｅｄｌｉｃｋａ，?１９８４）。因此，可以通过测量活立木茎干组织??的特征阻抗，进而得到茎千组织的表观介电常数，最后结合相关的标定模型计算出茎??１２??
对于体积为ｒ的活立木茎干组织，假定其固相、液相和气相成分的体积分别为??Ｇ、ｆ、Ｆｇ，对应的相对介电常数分别为＆、ｑ、有研宄表明，通用电阻电容的??并联电路可以表征三相物质的介电特性（孙宇瑞，２０００），因此，可用如图２．３所示的??等效电路模型表征活立木茎干组织的介电特性。??ｎ?ｃｇ?ｎＣｌ?ｎ?ｃｓ??（￣）？［Ｊ?风丁??图２．３茎干组织三相等效电路模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｓｔｅｍ?ｔｉｓｓｕｅ??由图２．３可知，三相物质的阻抗可以表示为：??Ｚ．＾Ｒ，＋ＪＷＣＳ?（２－１）??Ｚ丨＝Ｒ丨?＋?ｊｗＣ丨?（２－２）??Ｚｇ＝Ｒｇ＋ｊｗＣｇ?（２－３）??式中ｚ，、ｚ，、ｚｓ分别表示固相、液相和气相物质的阻抗；＆、Ａ、＆分别表示固相、??液相和气相物质的电阻；Ｃｐ?ｃ，、ｃｇ分别表示固相、液相和气相物质的电容。三相物??质的等效总阻抗为：??Ｚ?＝?（Ｒｓｌ／Ｒ丨ＩＩＲＪ＋ｊｗＨ＋Ｃ丨＋ＣＪ?（２－４）??结合相对介电常数与电容的关系模型：??Ｃ??Ｓｒ＝Ｊ￣?（２－５）??式中Ａ为几何系数，取决于电极的几何尺寸；＆为真空介电常数??Ｕｏ＝８．８５ｘＫＴｌ２Ｆ／／７Ｚ），联立式（２－４）与（２－５）可得：??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于铱星通信技术的地面森林管护系统研究[J]. 赵燕东,黄欢,颜小飞,于文华. 农业机械学报. 2016(01)
[2]基于GSM与ZigBee的环境监测与采集系统[J]. 戴建,史志才,吴飞,王昌志,江凤. 自动化与仪表. 2015(09)
[3]基于铱星通信技术的土壤墒情远程监测网络研究[J]. 刘卫平,高志涛,刘圣波,陶鑫,赵燕东. 农业机械学报. 2015(11)
[4]基于GPRS通信的远程土壤墒情自动监测系统设计[J]. 牛广文. 自动化与仪器仪表. 2015(02)
[5]基于ARM和GPRS的远程土壤墒情监测预报系统[J]. 陈天华,唐海涛. 农业工程学报. 2012(03)
[6]基于驻波原理的短探针小麦茎水分传感器[J]. 刘贺,赵燕东. 农业工程学报. 2011(11)
[7]基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统[J]. 胡培金,江挺,赵燕东. 农业工程学报. 2011(04)
[8]物联网在中国现代农业中的应用[J]. 朱会霞,王福林,索瑞霞. 中国农学通报. 2011(02)
[9]乔木茎体水分传感器探针结构实验[J]. 王海兰,白陈祥,赵燕东. 农业机械学报. 2009(01)
[10]北方和温带森林生态系统的蒸腾耗水[J]. 张彦群,王传宽. 应用与环境生物学报. 2008(06)
博士论文
[1]乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D]. 王海兰.北京林业大学 2011
[2]非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究[D]. 孙宇瑞.中国农业大学 2000
硕士论文
[1]基于遥感技术的松材线虫病早期预警[D]. 马菁.北京林业大学 2012
[2]基于驻波原理的乔木茎干含水率检测方法研究[D]. 白陈祥.北京林业大学 2008
本文编号：3507462
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
／?０?－－?＼导管??ｉｃｐ＾??形成层??图２．２茎干的微观结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｔｅｍ??２．１．２活立木茎干结构的介电模型??活立木茎干组织的化学成分及其复杂，但可将其视作固相、液相和气相三相混合??的多孔介质，其介电特性可以用表观介电常数来表征。对于活立木茎干组织，固相成??分主要为纤维素，其相对介电常数一般小于３，液相成分主要为水分，其常温下的相??对介电常数为８１，气相成分主要为空气，其相对介电常数约为１。相对于固相和气相??成分，液相成分的相对介电常数起到主导作用，即活立木茎干组织的表观介电常数主??要由茎干含水量决定（Ｕｌａｂｙ、Ｊｅｄｌｉｃｋａ，?１９８４）。因此，可以通过测量活立木茎干组织??的特征阻抗，进而得到茎千组织的表观介电常数，最后结合相关的标定模型计算出茎??１２??
对于体积为ｒ的活立木茎干组织，假定其固相、液相和气相成分的体积分别为??Ｇ、ｆ、Ｆｇ，对应的相对介电常数分别为＆、ｑ、有研宄表明，通用电阻电容的??并联电路可以表征三相物质的介电特性（孙宇瑞，２０００），因此，可用如图２．３所示的??等效电路模型表征活立木茎干组织的介电特性。??ｎ?ｃｇ?ｎＣｌ?ｎ?ｃｓ??（￣）？［Ｊ?风丁??图２．３茎干组织三相等效电路模型??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｓｔｅｍ?ｔｉｓｓｕｅ??由图２．３可知，三相物质的阻抗可以表示为：??Ｚ．＾Ｒ，＋ＪＷＣＳ?（２－１）??Ｚ丨＝Ｒ丨?＋?ｊｗＣ丨?（２－２）??Ｚｇ＝Ｒｇ＋ｊｗＣｇ?（２－３）??式中ｚ，、ｚ，、ｚｓ分别表示固相、液相和气相物质的阻抗；＆、Ａ、＆分别表示固相、??液相和气相物质的电阻；Ｃｐ?ｃ，、ｃｇ分别表示固相、液相和气相物质的电容。三相物??质的等效总阻抗为：??Ｚ?＝?（Ｒｓｌ／Ｒ丨ＩＩＲＪ＋ｊｗＨ＋Ｃ丨＋ＣＪ?（２－４）??结合相对介电常数与电容的关系模型：??Ｃ??Ｓｒ＝Ｊ￣?（２－５）??式中Ａ为几何系数，取决于电极的几何尺寸；＆为真空介电常数??Ｕｏ＝８．８５ｘＫＴｌ２Ｆ／／７Ｚ），联立式（２－４）与（２－５）可得：??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于铱星通信技术的地面森林管护系统研究[J]. 赵燕东,黄欢,颜小飞,于文华. 农业机械学报. 2016(01)
[2]基于GSM与ZigBee的环境监测与采集系统[J]. 戴建,史志才,吴飞,王昌志,江凤. 自动化与仪表. 2015(09)
[3]基于铱星通信技术的土壤墒情远程监测网络研究[J]. 刘卫平,高志涛,刘圣波,陶鑫,赵燕东. 农业机械学报. 2015(11)
[4]基于GPRS通信的远程土壤墒情自动监测系统设计[J]. 牛广文. 自动化与仪器仪表. 2015(02)
[5]基于ARM和GPRS的远程土壤墒情监测预报系统[J]. 陈天华,唐海涛. 农业工程学报. 2012(03)
[6]基于驻波原理的短探针小麦茎水分传感器[J]. 刘贺,赵燕东. 农业工程学报. 2011(11)
[7]基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统[J]. 胡培金,江挺,赵燕东. 农业工程学报. 2011(04)
[8]物联网在中国现代农业中的应用[J]. 朱会霞,王福林,索瑞霞. 中国农学通报. 2011(02)
[9]乔木茎体水分传感器探针结构实验[J]. 王海兰,白陈祥,赵燕东. 农业机械学报. 2009(01)
[10]北方和温带森林生态系统的蒸腾耗水[J]. 张彦群,王传宽. 应用与环境生物学报. 2008(06)
博士论文
[1]乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D]. 王海兰.北京林业大学 2011
[2]非饱和土壤介电特性测量理论与方法的研究[D]. 孙宇瑞.中国农业大学 2000
硕士论文
[1]基于遥感技术的松材线虫病早期预警[D]. 马菁.北京林业大学 2012
[2]基于驻波原理的乔木茎干含水率检测方法研究[D]. 白陈祥.北京林业大学 2008
本文编号：3507462
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3507462.html
教材专著
