基质多参数便携式检测仪研制

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1、基质多参数便携式检测仪研制ResearchandDevelopaPortableTestingInstrumentwithMulti-ParametersofSoillessSubstrate姓2013年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名

2、：照认讪2013年6月13Et学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于不保密团学位论文作者签名：盟承元2纠多年多月侈日⋯⋯笥'矽纱年多月侈日江苏大学硕士学位论文摘要基质栽培已越来越成为设施园艺的一个重要发展趋势。但是目前对基质理化性状检测的仪器设备缺乏，成为精准化基质栽培中的一个重要制约因素。本文以设计低成本基质多参

3、数便携式检测仪为目标，通过分析现有土壤含水量、电导率(EC)和pH传感器原理，综合考虑技术与成本等因素，分别研制了适合测量基质含水量、电导率和pH的传感器，并结合单片机技术开发出基质多参数便携式检测仪。主要研究内容及结果如下：1．基质含水量传感器设计根据介电理论，基于基质组成成分——基质颗粒、水和空气的介电常数的差异性，设计了一种电容式基质含水量传感器。传感器探头为基于印刷电路板(PCB)技术加工而成的同面散射场结构。采用ANSYS软件仿真分析探头灵敏度、敏感深度随极距与极宽之比(口膨)的变化规律，得到口／6在0．8—1之间取值时，探头性能较优。推导出基质含水量传感器

4、声参数标定模型，提出卢模型的两点标定方法。采用谐振法设计电源、谐振、分频和频伏转化(州)电路，测量探头等效电容。通过泥炭、珍珠岩和醋糟含水量测定试验，结果表明：口模型能较好地描述输出电压信号与基质含水量之间的关系，最小相关系数尺2=O．9554；除珍珠岩外，两点标定口参数的测量误差均小于0．025；泥炭、醋糟容重变化引起的测量误差小于0．025。2．基质电导率传感器设计根据电流一电压“四端法"测电导率原理，采用Wenner组态分布模式下的探针结构制作电导率探头。电路上，采用交流正弦波电压信号为激励，通过在电路中串接精密电阻并测得其两端电压，换算得到“四端法”中所需的电

5、流参数。此方法避免了“四端法”中设计高稳定、高精度恒流源激励的需要，并可消除直流激励引起电极极化的系统误差。通过在不同EC溶液中标定试验，结果表明：溶液EC与两路电压输出信号之比存在很好的线性关系，相关系数只2：0．9924。3．锑电极pH传感器设计基质多参数便携式检测仪研制根据锑pH电极敏感机理与全氟磺酸树脂(Nafion)修饰膜选择性透过特性，提出一种由双层膜修饰的锑pH电极。在CHl660C电化学工作站测试平台上对此种电极性能测试，结果表明：电极输出电势E与pH值线性度好，相关系数尺2=0．997；具有响应快、回差小、抗干扰能力强等优点。结合Ag／AgCl参考电

6、极，设计了以具有极高输入阻抗芯片INAll6提取两电极电势差电路为主的pH传感器电路。4．基质多参数便携式检测仪研制采用上述研制的三种传感器，结合凌阳SPCE061A单片机、显示屏、键盘等器件，搭建基质多参数便携式检测仪的硬件系统；在ix'nSPIDE2．0单片机开发环境中开发其配套软件，完成检测仪样机软硬件调试。在温室土槽基质中测试表明：检测仪样机运行稳定、可靠；含水量检测最大误差．0．012，电导率检测最大误差0．10ms／cm，pH检测最大误差．0．097。此检测仪在基质栽培中具有广阔有的应用前景。关键词：基质，含水量，电导率，pH，检测仪U江苏大学硕士学位论文

7、ABSTRACTInthispaper,itaimedtodesignaportableandmulti-parameterstesterforsoiilesssubstrate．Throughtheanalysisofexistingsoilmoisturecontent，electricalconductivity(EC)andpHsensorprinciplesrespectively,watercontent，ECandpHsensorsweredeveloped，consideringthetechnicalandcostfactors，w