基于双光谱土壤水分测量仪的设计研究

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1、4基于双光谱十壤水分测量仪的设计研究用埋入土壤的热电线电阻变化进行土壤水分快速测量的研究；Belender和GardnerKirknam分别在1950年和1952年提出了利用中子衰减法来快速测量土壤含水量；在二十世纪四十年代，Anderson探讨了采用音频电桥来快速测量土壤含水量；1976年，Top【18】和David首先将时域反射法引入土壤水分快速测量的研究，并逐步形成为一种比较完善的土壤水分快速测量系统；1983年，Hainsworth【19j等人开始探讨利用X射线来快速测量土壤湿度的可行性；同年，wheeler【20】等人则探讨利用通过两点布设Y射线来监测数小时灌溉的水分

2、运动状况：1991年，Whalleyt【2l】在实验室内用近红外的方法来快速测量土壤含水量，并取得了一定的研究成果，后来，日本学者在这方面进行了大量的研究，并研制成功了近红外土壤水分传感器。近几年来，我国在土壤水分快速测量技术方面的研究也有了一定的进展，从用传统的烘干方法测量土壤含水量逐步发展为用快速、无损伤技术来测量土壤含水量。国家对此研究投入了大量的人力物力，无论是在国家自然科学基金、国家“九五"攻关课题还是在国家“863”项目等重大科研项目中都有立项，力图寻找一种适合中国国情的、价廉物美的、便携式土壤水分快速测量技术，这对我国土壤水分快速测量技术的发展起到了很大的推动作用

3、。早在二十世纪七十年代末期，西安电子科技大学就开发了SVJ一3型微波水分测定仪，同时，兰州大学、南京大学也对此进行了探索性研究：1960年前后，我国开始进行实验室条件下利用Y射线透视法测量土壤含水量；巫新民【22】、王伟【231等人从1982年就开始进行利用阻抗方法测量土壤含水量的研究；到了二十世纪末期，中国农业大学电气信息学院王一鸣【24墩授等人研制成功了基于驻波率原理的快速土壤水分测量仪，在土壤水分快速测量技术方面取得了重大突破，缩短了我国土壤水分快速测量技术与国际先进水平的差距。1．3近红外水分检测方法的提出与意义在测定土壤含水量的诸多方法中，烘干法和瓶筒法简单直观，但是

4、测量时间很长且采样时会干扰田间土壤水分的连续性，影响土壤水分运动；中子仪法可以在原地的不同深度上周期性的反复测定而不破坏土壤，但是仪器的垂直分辨率较差，表层测量困难，且辐射危害健康；现在比较常用的是频域反射仪法和技术更先进的时域反射仪法，虽然他们技术成熟，精度高，便于携带的优点，但价格很高，很难得以推广。所以寻求一种精度高、可靠性强、快速性好、适合实时测量的土壤水分传感技术己成为当务之急。近红外分析技术(N工R)是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人"，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。与传统分析技术相

5、比，近红外光谱分析技术具有诸多优点，它能在几分钟内，仅通过对被测样品完成一次近红外光谱的采集测量，即可完成其多项性能指标的测定(最多可达十余项指标)。光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；分析过程中不消耗其它材料或破坏样品：分析速度快、重现性好、成本低。近年来，近红6基于双光谱土壤水分测量仪的设计研究考建议。第二章系统设计原理72．1近红外光谱分析的理论依据近红外吸收光谱分析法和反射光谱分析法【25，26，27】是光谱分析中最主要的两种分析方法。在实际应用中，近红外光谱往往包含了诸如吸收、散射、漫反射、折光指数、反射光的偏振等多种多样的信息，因此，近红外光谱的分析是相当复杂的。

6、吸收定律和漫反射定律是在近红外光谱分析中两条最基本的分析定律，是近红外光谱分析的理论基础。2．1．1吸收定律2．1．1．1朗伯一布格定律【28】一束辐射通量为九的光，平行单色垂直入射，通过吸收介质，若该吸收介质的表面是互为平行的平面，且它内部是各向同性的、均匀的、不发光不散射的，则透射辐射(光)通量织，随吸收介质的光路长度b的增加而按指数减少。其关系可用下式表示：屯=九水P嘞(2—1)式中：九为透射辐射(光)通量；九为入射辐射通量；b为光路长度；e为自然对数的底；k为线性吸收系数。2．1．1．2比尔定律旧1一束光平行单色垂直入射，通过一定光路长度的吸收介质，它的透射辐射(光)通

7、量随介质中吸收物质浓度的增加而按指数减少。并由下式表示：丸=丸串P一咖(2—2)丸=‰jI=P一即(2—3)式中，七。和后。，为质量线性吸收系数和摩尔线性吸收系数，在给定试验条件下是常数；p为质量密度；c为物质的量浓度。2．1．1．3朗伯一布格定律和比尔定律的加和性一束平行单色垂直入射，通过几种彼此不起反应的物质所组成的吸收介质时，若该吸收介质的入射、出射面是互为平行的平面，且它内部是各向同性的、均匀的、不发光不散射的，则该吸收介质总的吸光度等于几种特征吸光度的总和。2．1．1．4通用吸收定