摘要：针对木本植物越冬期茎干冻结信息难以原位、在线监测的问题,本研究依据茎干冻结过程中水冰比例变化与茎干阻抗的关系,研制茎干体积含冰量的原位、在线检测传感器。驻波测量频率及电路仿真结果表明,采用100 MHz信号激励源,电路能够有效表征茎干阻抗中电抗分量的变化;植物冻结过程中的阻抗变化分析表明,基于茎干阻抗变化表征体积含冰量的变化是可行的;探头电磁空间分布仿真结果表明,传感器有效测量区域为0~10 cm;静动态特性分析表明,传感器测量范围为0~100%,分辨率为0.05%,测量精度为±1.76%,稳定性良好,动态响应时间为0.172 s,功耗为0.25 W;室内外实验表明,传感器可以有效追踪茎干内体积含冰量的动态变化及受冻害胁迫程度,反映植物越冬期水冰转化的日周期生理特征,可为植物含冰量监测和不同纬度下人工林的抚育提供技术支撑。

摘要：谷物水分的快速测量对谷物准确测产、粮食快速收储、精准农业实施具有重要意义。针对联合收获机动态作业条件下小麦水分检测稳定性差、测量精度低等问题,基于小麦介电特性原理,设计一种联合收获机水分在线检测装置,提出一种动态连续取样、静态间歇测量的新方法,实现了联合收获机作业条件下,在线快速稳定检测小麦含水率。在线检测装置由机械动态取样部分、电机控制模块、传感器模块、数据采集模块、卫星定位模块和显示终端组成。其中传感器模块包括水分传感器、温度传感器和料位传感器。开展了静态验证试验和田间动态验证试验。试验结果表明,静态条件下,含水率在线检测误差在3%以内;在田间动态变化条件下,建立了基于介电常数和温度因子的水分检测模型,实测值和检测值相关系数达到0.92,在线检测误差小于5%。采用动态连续采样、静态间歇测量的方法显著提高了含水率在线检测的精度,为实现小麦精准生产提供了一种快速测量手段。

摘要：本文基于等效电路模型,对空气探头与填充探头测量生物组织高频介电特性的差异开展研究,为生物组织介电特性高频测量方法学提供参考。在100 MHz~2 GHz频段采用两种类型探头对不同浓度NaCl溶液进行测量。结果显示:由于测量时液体容易侵入探头内腔,空气探头测量计算结果的准确性与可靠性要低于填充探头,特别是被测物的介电系数,且NaCl溶液浓度越高误差越高。通过对探头终端进行覆膜可以阻止液体侵入,在一定程度上可提高测量准确度。但随着频率的降低,膜对测量的影响增大,测量准确性也随之降低。研究结果表明:空气探头尽管尺寸设计简单且容易定标,但在实际测量中与传统等效电路模型存在差异,实际使用时需要重新对模型进行修正。填充探头与等效电路模型匹配度较高,因此具有较好的测量准确性和可靠性。

摘要：【目的】稻田农药使用为稻田作业中至关重要的一环,精准施药对于农业生产、环境及水资源保护等方面具有重要意义。通过以稻田常用农药稻瘟灵作为研究对象,设计农药含量实时监测装置以实现稻田水体稻瘟灵含量的远程实时监测,为水体相关农药快速检测提供科学理论依据。【方法】采用介电特性与LoRa技术开发了一种稻田水体稻瘟灵含量的实时在线监测装置。装置的硬件部分包括硬件电路与结构组件。该装置的硬件电路以STM32单片机作为主控,相关模块包括激励信号源模块、检测与信号采集模块、输入输出模块;结构组件由太阳能面板、主控电路盒、支撑部件和检测探头盒4个部分组成,采用监测站式安装工作。软件部分以MDK 5.0为开发环境,采用C语言开发设计。程序主要由初始化程序、AD9859扫频程序、数据采集程序、LibSVM程序、串口发送程序、LoRa配置程序和LCD显示程序组成。试验对幅值比、相位差、幅值比原始电压、相位差原始电压4种数据经CARS(competitive adaptive reweighted sampling)特征提取后建立了SVR回归预测模型。【结果】对该装置进行了试验性能验证,以稻田水体作为空白水样,依次添加稻瘟灵原液后得到被测样本。在25℃的试验温度下,针对0~44 mg/L质量浓度的23个低浓度稻瘟灵溶液样本进行检测。其中以幅值比建立的预测模型决定系数R^(2)高达0.9959,RMSE仅为2.433 mg/L,且4种预测模型R2都在0.99以上。通过对频率点特征提取,使得单次检测仅需30 min,可实现快速、简便、准确的测量稻瘟灵含量。【结论】该装置对于稻田水体稻瘟灵含量具有较高精度的检测,单次检测速度较快,稳定性高。同时设备具有全天候工作能力,配合LoRa物联网可实现远程在线实时监测。

摘要：微波辅助TBM破岩是一种非常有潜力的提高硬岩隧道破岩效率的新型破岩技术。为研究常温和高温条件下岩石对微波的吸收能力,采用同轴传输/反射法测试原理设计了一套变温岩石介电特性测试系统,采用该系统对隧道施工中玄武岩、砂岩和花岗岩3种常见岩石进行了实验。结果表明:该系统能够准确地测量变温条件下岩石的介电特性,工业频率对岩石介电特性参数的影响不大,温度对岩石介电特性参数有一定的影响;常温和变温条件下,3种岩石介电常数虚部ε″和损耗正切tanθ的关系均为玄武岩>砂岩>花岗岩,3种岩石微波加热的升温规律和介电特性的规律保持一致;对岩石进行介电特性测试和升温规律分析,提前预判岩石对微波的吸收能力,可选择性地对具有良好微波破岩效果的隧道实行微波辅助机械破岩。

摘要：为了研究常温和高温条件下岩石对微波的吸收能力,根据同轴传输/反射法测试原理设计了一套变温岩石介电特性测试装置。该装置主要包括矢量网络分析仪、加热测温系统、测试平台、测试校准件和软件系统。该装置通过加热系统实现20~600℃范围隧道施工中岩石样本加热,以控制矢量网络分析仪测量被测材料的反射参数,结合定制的算法分析处理,得到材料介电常数,磁导率,损耗角正切。采用该装置对隧道施工中花岗岩、砂岩和玄武岩3种常见岩石进行了测试,并对测试结果进行了分析。应用结果表明:玄武岩介电特性明显优于红砂岩和花岗岩,玄武岩地层施工更适合采用微波辅助破岩。915和2 450 MHz频率下介电特性测试对测量结果基本无影响。该装置功能丰富,可用于开展隧道施工区间岩样介电特性测试,为筛选良好微波吸收性能路段提供试验平台。

摘要：针对谷物水分传感器安装困难的问题,基于边缘电容效应设计一种同心圆平面电容式水分传感器探头。通过建立仿真模型,分析可行性,并通过试验研究探头结构变化对探头测量灵敏度和测量范围的影响,最终确定探头尺寸结果的最优组合。当电极的极间距与宽度的比值为5、驱动电极的数量为1时,传感器探头的灵敏性和测量范围最优。以小麦为研究对象,试验表明小麦含水率与输出电容值之间存在二次线性回归,并研究温度对输出电容的影响,建立水分检测模型,在温度为-5℃~40℃、含水率为10%~30%内,相关系数R2为0.997,均方根误差RMSE为0.359。所设计的传感器探头可以满足不同时期小麦含水率测量精度需求,为小麦水分检测提供一种新的传感器探头形式及设计方法。

摘要：以直流充/放电电路、温度传感器DS18B20和等臂电桥电路分别检测小杂粮的电容、温度和容积密度;以C51为程序开发语言,设计了一种基于介电特性的小杂粮含水率检测仪。以小米为对象,应用自制仪器研究了含水率、温度和容积密度对电容的影响规律;建立了描述电容与含水率、温度关系的数学模型;并对模型的可靠性进行了验证。检验了所设计的小杂粮检测仪在基于电容和温度预测小米含水率方面的可行性。结果表明,在湿基含水率11%～19%、温度5～40℃的范围内,该检测仪的测量精度为±0.5%,响应时间小于3 s。

摘要：目的研究不同的纳米结构对Fe3O4纳米材料微波吸收性能的影响。方法采用水热法和高温碳热还原法,获得了纳米纺锤体、纳米管和开口空心球结构的三种磁性Fe3O4纳米材料,采用XRD、SEM和矢量网络分析仪研究了其物相、形貌和电磁特性。结果在这三种结构纳米Fe3O4材料中,空心球结构具有最小的介电常数和最高的波阻抗匹配系数,其磁损耗表现出双共振特性,且在7.5~14.3 GHz范围内,Fe3O4开口空心球的衰减系数明显高于另外两种结构的Fe3O4纳米材料,有利于拓宽材料的微波吸收带宽。在1.8~3.0 mm厚度范围内,Fe3O4开口空心球的反射损耗带宽均大于其他两种结构,在2.2 mm厚度下达到了5.0 GHz的有效吸收带宽(90%吸收),覆盖的频率范围为7.3~12.3 GHz。结论Fe3O4开口空心球由于特殊的结构而产生的双磁共振特性,增强了材料的微波衰减能力和阻抗匹配特性,其微波吸收能力明显优于纳米纺锤体和纳米管。经过超结构设计,可以实现宽带微波吸收。

摘要：一些铁电铌酸盐具有优良的电光性能和非线性光学性能,因此该类化合物的人工合成、结构与性能的研究受到了重视,其中钨青铜结构的系列晶体(例如SBN、KNSBN、SCNN)在材料的制备和器件的设计方面都取得了很大进展,它们在实时全息存储、集成光学与光信号处理等领域具有广泛的应用前景[1].