[01654692]基于驻波率原理的土壤水分测量技术的研究

中国是世界上人均占有水资源最贫乏的国家之一，同时水资源浪费现象又非常严重，节水装备技术是保证节水农业实施的关键技术，而土壤水分的快速、准确、方便的测定是亟待解决的关键问题。研制实时性好、成本低、可靠性强、精度高的土壤水分传感器对于发展中国节水灌溉技术以及精细农业中“精细灌溉”的实现、农作物生长管理系统研究等都有着重要的现实意义。土壤是由空气、土壤颗粒和水组成的多孔介质，且土壤介电特性随着频率的变化而变化，选择合适的电磁频率对于利用介电常数测量土壤水分起着关键作用，同时为减小介电损耗对测量的影响，通常测量频率选取100MHz。在这样的电磁频率下，水的介电常数约为80，土壤颗粒的介电常数约为4，空气的介电常数约为1，土壤的介电常数主要是由水来决定。因此，通过测量土壤介电常数可达到测量土壤水分的目的。测量中高频信号源产生100MHz的电磁波，沿传输线传送到土壤探针，由于探头阻抗与传输线的特征阻抗不匹配，一部分电磁波沿传输线反射回来，一部分继续沿探针传播。在传输线上入射波与反射波叠加形成驻波，使传输线上各点的电压幅值存在变化；而探针阻抗主要取决于土壤的介电常数，因此传输线上电压的变化就反映了土壤中水分的变化。利用该传感器制成的土壤水分测试仪不仅能够对各种类型的土壤进行水分测量，应用于农业生产、科研院所；还可对多种介质的水分进行有效测量，如食品粮食行业中粉状或颗粒状的介质水分的实时测量，建筑领域中搅拌料水分的监测等，而且由该构成土壤水分实时监测系统、园林灌溉自动控制系统、设施农业水分监控系统等，形成系列化的技术和产品，有着广阔的市场前景。