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我国是一个缺水的农业大国，农业用水占全国总用水量的六成以上。实时、准确获取土壤水分信息，能及时了解土壤墒情，对实施合理灌溉、提高农业生产效益具有重要意义。针对目前探针式土壤水分传感器在安装时会破坏土壤结构，造成土壤扰动的现状，本文通过分析国内外土壤水分测量技术的研究进展，基于高频电场原理研究设计了一种结构比较简单，对土壤扰动较小，受土壤理化特性变异影响较小的能连续监测土壤剖面水分含量的管式土壤水分传感器。 本文的研究工作主要包括以下几方面: 首先，本文从检测土壤特定深度含水率的要求着手，设计了由事先竖直埋入土壤中的套筒与置于套筒中的金属圆环探头两部分组成的传感器基本结构。基于MC1648P芯片，设计了自制传感器的硬件系统。 其次，基于高频电场建立了传感器的土壤水分测量理论模型。使用Maxwell有限元分析软件仿真优化了传感器结构，最终选取电极轴向长度为20mm，轴向间距为10mm，电极外径19mm，通过试验确定PVC套筒壁厚为1.5mm，并选用不锈钢作为探头电极材质。 第三，以烘干法土壤体积含水率测量值为标准，通过不同体积含水率土壤情况下传感器的输出电压试验，建立了土壤剖面水分传感器水分测量静态标定数学模型U=0.6667θv2-0.4876θv+2.7614，其决定系数R2=0.9987，表明自制传感器测量结果与土壤体积含水率相关性良好。通过试验就传感器的一致性、稳定性、重复性等相关性能进行了测试。在一致性试验中，对传感器两两之间进行线性拟合，决定系数R2都在0.99以上，说明这传感器之间具有良好的一致性。在重复性试验中，传感器输出结果差别不大，最大绝对误差1.8％，说明自制传感器具有比较良好的重复性。在稳定性试验中，自制传感器在不同含水率土壤中标准差为0.00097～0.01258，说明自制传感器稳定性优异。 最后，试验分析了土壤温度、容重、测量频率变化对传感器输出电压的影响，结果表明容重变化对传感器测量结果影响较小，一般不需要重新标定。温度对传感器的输出影响较大，建立检测模型θv=55.25U2+1.26×10-5T2-0.053 UT-287.05 U+0.14T+372.97，其P值小于0.0001，表明检测模型极显著。在对土壤介电常数的频率特性进行分析的基础上，通过试验优选出传感器最佳测量频率为120MHz。将本文所设计的传感器与EC-5、烘干法进行土壤水分测量对比试验，自制传感器与烘干法测量值决定系数R12=0.9976，结果表明传感器性能良好，能准确检测土壤水分含量。将本文所设计的传感器用于测量珍珠岩水分变化，结果表明该传感器无法直接用于检测珍珠岩的水分，经过单独标定后传感器最大绝对误差从14.2％降为0.8％，表明自制传感器只有单独标定后才可以用于珍珠岩水分检测。