基于微波检测和软件无线电方法的植物水分检测研究及实现

• 作 者: 宁杨
• 机 构: 云南大学
• 出 处: 云南大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 微波检测 谐振腔微扰法 数字变频 植物水分检测

我国是世界上水资源极度缺乏的国家之一，农业又是用水第一大户，因此发展节水农业十分迫切。精灌技术作为节水农业的一个分支，它根据农作物的实际需求实施精确灌溉，而要实现精确灌溉，首先就要做到及时掌握植物的缺水信息。本文正是以此为出发点，通过对微波检测技术、微波谐振腔微扰原理以及软件无线电体系结构等内容进行了研究并设计了一个基于上述理论的植物水分检测系统。通过分析采集到的微波谐振曲线相关参数，建立谐振参量和对应植物的水分含量的关系，进而实现植物水分的检测。该方法与传统检测方法相比除具有精度高，可靠性好，抗干扰能力强等优点外，还宜于实现无损、快速检测。　　
本文首先介绍了微波检测技术的原理和方法，详细阐述了谐振腔微扰法的实现原理。利用有限元分析软件ANSYS，建立了圆柱形谐振腔模型，对谐振腔微扰法进行了仿真验证，研究了圆柱形谐振腔中主要模式的电磁场分布情况，在此基础上设计了一个采用TM010模式的圆柱形微波谐振腔作为检测植物水分的传感器。　　
通过借鉴软件无线电的体系结构，完成了系统整体方案的设计。系统以BF561DSP为核心，通过SPI接口控制扫频电路产生一个扫频信号输入谐振腔，模拟下变频模块将采集自谐振腔的信号经过混频处理后，信号频率降低至模拟中频，随后送入数字中频模块AD6652完成A/D转换和数字下变频(DDC)，得到的数字基带信号，最后由DSP完成信号的解调、分析并把结果显示在LCD屏上。　　
本论文的研究为实现植物水分含量的准确、快速、无损检测提出了一条有效的技术途径，并有助于实现精确灌溉，以达到节约用水、提高农作物产品质量的目的。而且该系统具有使用方便、可靠性好，抗干扰能力强等诸多优点，具有很强的实用价值和市场价值。　　
此外，本论文的研究内容也为食品、医药、烟草、化工、冶金等工农业生产领域中物料水分、密度或介电常数的测量提供了有利的理论依据和有效的实现方案，有较好的参考和应用价值。