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第1章 绪论 1

1.1我国水资源概况及精准节水灌溉的意义 1

1.1.1水资源概述 1

1.1.2人类长期面临的水资源问题 2

1.2灌溉控制技术的范畴及其发展现状 9

1.2.1灌溉控制技术的范畴 9

1.2.2我国灌溉控制技术现状及发展 10

1.3按植物生命需水状况精准节水灌溉控制技术概况 11

第2章 土壤、植物以及水之间的关系 13

2.1引言 13

2.2土壤 14

2.2.1土壤质地及分类 15

2.2.2土壤结构及分类 17

2.2.3土壤容重、孔隙度及湿度 19

2.3植物 21

2.3.1植物成长 21

2.3.2植物结构 22

2.4水 22

2.4.1水和土壤 23

2.4.2水和植物 27

2.5小结 29

第3章 水分采集方法 30

3.1引言 30

3.2土壤水分采集方法 30

3.2.1烘干法 31

3.2.2瓶筒法测量土壤含水量 32

3.2.3中子衰减法测量土壤含水量 33

3.2.4张力计式土壤水分传感器 34

3.2.5近红外反射法测量土壤含水量 37

3.2.6介电法速测土壤含水量 38

3.3植物茎体水分采集方法 43

3.3.1直接法 44

3.3.2间接法 45

3.4小结 47

第4章 水分传感器的理论基础及测量方法 48

4.1引言 48

4.2土壤水分传感器的理论基础及测量方法 48

4.2.1土壤水分介电测量的理论基础 48

4.2.2土壤水分介电测量的通用模型 49

4.2.3电极化和介电常数 52

4.2.4介电弛豫和德拜方程 53

4.2.5测试频率的确定 56

4.2.6基于驻波率（SWR）原理的快速测量方法 57

4.2.7基于传输线阻抗原理的快速测量方法 60

4.2.8基于电磁场理论的分析方法 62

4.3植物茎体水分传感器的理论基础及测量方法 64

4.3.1植物茎体的宏观构造及水分分布变异 64

4.3.2植物茎体水的存在形式及水分分布变异 66

4.3.3植物的介电特性 68

4.3.4植物茎体含水率与介电常数的标定关系 72

4.4小结 74

第5章 水分传感器的结构研究 76

5.1引言 76

5.2土壤水分传感器结构研究 76

5.2.1单针式结构 77

5.2.2两针式结构 78

5.2.3三针式结构 79

5.2.4平行四针式结构 84

5.3植物茎体水分传感器结构研究 89

5.4BD-Ⅰ型土壤水分传感器探头结构设计 90

5.4.1四针等长土壤水分传感器探头的特征阻抗模型 90

5.4.2四针不等长土壤水分传感器探头的特征阻抗模型 92

5.4.3 BD-Ⅰ型土壤水分传感器探头阻抗模型的实验验证 93

5.5 BD-Ⅱ型植物茎体水分传感器探头结构设计 95

5.6传感器总体电路设计 97

5.6.1超高频信号源的设计 98

5.6.2检波电路的设计 104

5.6.3显示仪表电路的设计 105

5.6.4电池充电电路 106

5.7小结 107

第6章 传感器性能分析研究 108

6.1引言 108

6.2传感器的能量分布及测量敏感度分析 108

6.2.1空间敏感度的定义 108

6.2.2 BD-Ⅱ型水分传感器测量敏感度分析 114

6.2.3 BD-Ⅰ型水分传感器探头的测量敏感度分析 123

6.3 BD-Ⅰ型传感器性能分析研究 129

6.3.1测量数据的处理方法 130

6.3.2 BD-Ⅰ型传感器的静、动态特性 132

6.3.3 BD-Ⅰ型传感器的一致性分析 133

6.3.4 BD-Ⅰ型传感器测量结果受土壤质地影响的分析 139

6.3.5 BD-Ⅰ与TDR、FD型传感器性能对比分析 140

6.3.6用BD-Ⅰ型传感器监测作物土壤墒情 144

6.4 BD-Ⅱ型传感器性能分析研究 145

6.4.1有机溶液介电常数测量实验 145

6.4.2烘干标定实验 154

6.4.3植物体积含水率实时测量实验 162

6.5小结 164

第7章 精准节水灌溉控制系统体系 165

7.1引言 165

7.2精准节水灌溉控制系统网络组成 166

7.2.1基于现场总线式灌溉控制系统 166

7.2.2几种常用的总线控制网络 168

7.2.3基于Zigbee无线传感器网络的精准灌溉控制系统 176

7.3小结 182

第8章 按植物生命需水状况精准节水灌溉控制技术应用实例 183

8.1引言 183

8.2系统设计 184

8.2.1设计思想 184

8.2.2系统组成 185

8.2.3系统的生物学依据 185

8.2.4系统工作原理 186

8.2.5系统硬件设计 187

8.2.6灌溉监测控制器 188

8.2.7系统监控器 189

8.2.8系统控制结构 190

8.2.9系统控制轮灌区的划分原则 191

8.2.10灌溉小区土壤含水率预设值的整定 191

8.2.11系统运行参数 191

8.3工程实施 194

8.3.1区域划分 194

8.3.2传感器的埋设 195

8.3.3控制线缆埋设和喷头安装 196

8.4实际运行及结果分析 197

8.5小结 198

参考文献 199