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农业信息感知-FDR方面的介绍

已有 618 次阅读 2019-12-28 16:14 |系统分类:科研笔记

     TDR设备受高频电子器件制约,其价格昂贵[56],且传感器因测量精度要求而无法小型化,这在很大程度上制约了TDR的应用。FDR传感器具有TDR的所有优点但其价格便宜,而且能根据测量需要,进行传感器形状的不同改变[59],故其应用越来越广泛。土壤频域特性的研究还利于分析土壤的成分和结构。土壤介电弛豫频谱蕴含了土壤的很多信息,需要研究和挖掘。

    在理论基础方面, Olhoeft [35]研究了低频多孔介质的介电特性,在此研究基础上,考虑到土中化学作用(离子运动)在低频段对介电常数的影响, Garrouch and Sharma [60]研究了饱和海水砂粒介电特性与粘土含量、含盐量、气压、水含量的关系。 Logsdon and Laird [61] Kelleners, Robinson, Shouse, Ayars and Skaggs [37]描述了粘土含量与土壤介电特性关系,指出粘粒含量会显著影响土壤极化过程,造成不同结构土壤的介电测量差别。 Roth, Schulin, Flühler and Attinger [62] Malicki et al.1996 Malicki, Plagge and Roth [63]对土壤体积密度和土壤粘土含量等对土壤介电特性的影响进行了研究。

    土壤物质的极化率和温度有关, Or and Wraith [42]Seyfried20012007), Blonquist, Jones and Robinson [65]通过商业传感器对土壤进行了不同温度的VHF波段以下电磁测量,建立了各自的温度修正模型.Bogena, Huisman, Oberdörster and Vereecken [66]Kizito, Campbell, Campbell, Cobos, Teare, Carter and Hopmans [67]提出,在土壤含水量和介电模型中计入温度参数,是提高土壤含水量检测精度的重要方法。但商业传感器本身具有很大的环境影响误差,通过商业传感器得出的结论有待进一步论证和分析。

    土壤含盐量增加了土壤电导率,增大了土壤介电损耗,这对土壤介电谱有很大影响。在100M1GHz频段,土壤介电损耗比较低,土壤体积介电常数主要与体积含水量有关,在低频,介电实部和虚部对10mS/m以上电导土壤敏感[34] Lasne, Paillou, Freeman, Farr, McDonald, Ruffie, Malezieux, Chapman and Demontoux [68]对不同含盐量土壤进行了分析,得出含水量增大时,土壤盐分对其介电谱的影响显著增加,这与Mironov, Dobson, Kaupp, Komarov and Kleshchenko [64]Aly, Bonn and Magagi [69]等人分析相同。Kizito, Campbell, Campbell, Cobos, Teare, Carter and Hopmans [67]Thompson, Gallardo, Fernández, Valdez and Martínez-Gaitán [70]研究表明,在电磁频率超过50MHz时,土壤介电谱对土壤含盐量不太敏感,这对消除土壤盐分对传感器的影响具有很好的指导意义。

    在测量频率上,Campbell [71]最早开展了1M50MHz的土壤介电研究,为土壤介电特性研究奠定重要基础。Garrouch and Sharma [60]研究了10Hz10MHz频率段土壤介电特性。Shang, Rowe, Umana and Scholte [72]使用0.3M1.3GHz电磁波对两种壤土进行了研究,得出粘粒含量和土壤介电的关系。Francisca and Rinaldi [73]对有机质土壤进行了20MHz1.3GHz频段土壤复介电常数的研究,得出了干土中进行土壤有机质测量的方法。Bekhit and Khalil [74]采用1Hz10MHz对试样进行了测试,认为频率越高,土壤介电谱受其界面极化影响变小。Wojciech and Andrzej [59]用一个双针FDR传感器测试了10500MHz频段的土壤复介电常数,论证了新传感器的测试特性。

   虽然国外围绕影响土壤介电特性的重要参数:频率、温度、含盐量等进行了大量研究,但依然存在一些问题。首先,一些研究是通过单一商业FDR传感器探头进行的,传感器结构对其影响尚未考虑。不同成果间无法对比,有失研究的参考价值。其次,一些研究是在很窄的频段内测量的,这样无法从宏观频谱上掌握不同参数对介电特性影响的一般性规律,无法确定最优测量频率和带有参数修正的介电模型。第三,不同参数对介电特性的影响及其相互作用关系尚未明确,需要进一步深入,以形成对介电机理的新的认识。

    



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