植物块茎电阻层析成像仿真研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
电子农业是一个新兴的学科交叉研究领域,它越来越多的受到各国政府和相关科研人员的关注。将先进的电子测量及过程控制技术应用到农业生产中,对作物的生长状态进行监测,对于农业新品种培育,植物的精细种植等均具重要意义。
     本论文提出了土壤环境下植物块茎生长状态监测用电阻层析成像(ERT)系统,分析了电极材料和电极阵列对ERT系统的影响,以及土壤环境对电极和激励源的要求,为适合土壤环境的ERT系统深入研究提供了理论依据。
     基于COMSOL软件对土壤环境下电阻成像系统敏感场的建立进行了仿真。针对相邻激励模式和相对激励模式下的电学敏感场的电势和电流密度分布进行分析,得到各自特点和其适用的不同土壤环境特点,研究了块茎位置,块茎大小,块茎个数对于土壤敏感场的影响。
     论文给出了针对土壤环境下敏感场测量的交流阻抗模型,并对敏感场模型进行分析。分析了激励频率和土壤电阻对电极和测量结果的影响,从而为电极设计提供指导作用。
     通过有限元分析和COMSOL软件仿真求解出ERT系统正问题,给出节点电位和边界电压,仿真建立了ERT系统正问题求解过程,并仿真其电压测量过程,为图像重建工作打下了基础。
     对等位线反投影法进行了分析和数学描述,利用MATLAB和VC++混合编程实现了该算法,同时通过加权和增加网格剖分的密度实现了对等位线反投影法的优化,分析了不同情况下图像重建的效果,以及等位线反投影法适合的激励模式和可能对图像重建造成影响的因素。
'Electronic Agriculture'is a new cross-discipline and is more and more focused by governments and relevant institutes. It is important that the advanced electronic measurement and process control technology are applied into agricultural production for the monitoring of plant tuber growing status, cultivation of new kinds of seeds, the fine cultivation of plant and so on.
     The ERT system used for monitoring the growth status of plant tuber in soil environment was designed in the dissertation. Effects of the electrode material and electrode array on ERT system, the demands of electrodes and exiciting sourace in soil were analyzed. It can provide the theoretical evidence for the further study of ERT system in soil environment.
     The simulation of sensitive field of ERT system in soil environment was complted using COMSOL software. The distributions of potential and electrical current density of electrical sensitive field in the condition of the opposite and adjacent exciting mode were analyzed. The influences of soil sensitive field caused by tuber position, size and number were studied according to the different soil characteristics.
     The AC impedance model in the soil environment was given and analyzed in the dissertation. Exciting frequency and soil resistance affect the electrodes and measuring results were analyzed.Thus, it could provide guidance for the electrodes design.
     The forward problem of ERT system was simulated employing the finite element analysis and COMSOL software.The node potential and boundary voltage were established and the solving process of forward problem in ERT system was given. Foundation of image reconstruction was built.
     The back projection method has been studied and the mathematical description was given. The algorithm was relized and optimized useing MATLAB and VC++. The results of image reconstruction were analyzed under the different conditions.
引文
[1]王勇 湖北省农业信息化发展战略研究[D]硕士论文 2004
    [2]丁晓蕾 马铃薯在中国传播的技术及其社会分析[J]中国农史,2005年第三期12-20
    [3]唐国贤发展马铃薯深加工食品是粮食安全的可行举措[J] 新疆农业科技
    [4]徐苓安、邓湘、董峰,电层析成像技术在生产过程中的应用[C],东北大学学报(自然科学版)—第6届全国多相流检测技术会议专辑,Vol.21,S1,2000,Page(s).1-5.
    [5]李海青、黄志尧等编著,特种检测技术及应用[M],浙江大学出版社,2000.
    [6]Dickin F.J.Hoyle B.S. Tomography Imaging of Industrial Process Equipment[C].Techniques and Application. IEEE Proceedings-G.1992.139(l).Page(s).72-82
    [7]李海青 黄志尧 特种检测技术及应用[M].杭州。浙江大学出版社2000 Page(s)132-133
    [8]马艺馨 徐苓安 姜常珍等电阻层析成像技术的研究[J]仪器仪表学报2001.22(2)Page(s)195-213
    [9]张兆田 熊小芸 杨五强过程层析成像概述[J]中国体视学与图像分析2005.10(3)Page(s)145-148
    [10]任超世 李章勇 王妍等电阻抗断层成像应用基础与临场应用的一些研究进展[J] 中国生物医学工程学报 2010年4月29卷2期Page(s)300-304
    [11]谭超董峰过程层析成像与多相流测量应用[J]仪器仪表用户 2001年1月VOL7Page(s)3-6
    [12]魏颖 王师 赵进创 电阻层析成像技术的研究现状与应用发展趋势[J]信息与控制2000年29卷4期Page(s)340-346
    [13]董峰 崔晓会 电阻层析成像技术的发展[J]仪器仪表学报2003年24期(4)Page(s)703-705
    [14]Cillierts J.J,Xie W,Neethlings.J et,al Electrical resistance tomography using a bi-directional current pulse technique[J].Mearsurement Science and Technology 200114(8)Pages997-1001
    [15]M.Wang, Y. X. Ma, N. Holliday, et al., A high-performance EIT System[J], IEEE Sensors Journal,2005,5(2):289-29964.
    [16]魏颖电阻层析成像技术(ERT)及其在两相流测量中的应用研究[D]沈阳 东北大学 2001
    [17]X.Deng, F.Dong, L.J.Xu,et al.The Design of a dual-plane ERT System for Cross Correlation Measurement of Bubbly Gas/Liquid Pipe Flow[J].Measurement Science and Technology,2001,12(8):1024-1031.
    [18]徐光杰,电阻层析成像场域的三维仿真[J],清华大学学报,2005第45卷 第二期Page(s)231-234
    [19]MahmutG.Drahor任政委译电阻率层析成像技术在滑坡调查中的应用——土耳其研究实例[J]水文地质工程地质技术方法动态 2009VOL4 Page(s) 16-24
    [20]Terenzio ZenoneA,B,G Preliminary use of ground-penetrating radar and electrical resistivity tomography to study tree roots in pine forests and poplar plantations.[J] Functional Plant Biology,2008,35,1047-1058
    [21]Xie C.G.Review of image reconstruction methods for process tomography[C].In proceeding of ECAPT'93 Karlsluhe Germany,1993 Page(s)115-119
    [22]张宝芬 彭黎辉 姚丹亚 过程层析成像技术[J]石油工业技术监督2001 17卷(6)Page(s)12-15
    [23]吴新杰 气固两相流参数(流型、速度及其分布)测量方法研究[D]沈阳 东北大学 2000
    [24]Hua Yunlong, Zhang Wei, Dong Wumin, The role of mechanics in agriculture modernization[J], Advance in Mechanics.Vol.28, No.3,1998, pp.289-298.
    [25]韩秀峰 梁春波 石瑛 大垄栽培条件下的土壤环境与马铃薯产量[J]中国马铃薯200620(3)Page(s)135-139
    [26]朱教君 徐大勇 康宏章 沙质林地土壤阻抗系数测量方法[J]生态学杂志 200524(2)Page(s)222-227
    [27]谭超 电阻层析成像系统及两相流测量的研究[D].天津.天津大学 2006
    [28]林磊 莫玉龙 侯卫东 电阻抗层析成像系统的设计及实现[J]计算机工程200228(7)Page(s)75-127
    [29]黄海波 基于双极性脉冲电流激励的ERT系统的研制及其在两相流测量中的应用研究[D]杭州 浙江大学 2004
    [30]余建飞 詹约章Q235钢在酸性土壤中的电化学阻抗谱特征[J]湖北电力201034(6)Page(s)25-27
    [31]马艺馨 电阻层析成像技术及其在气/液两相泡状流检测中的应用[D].天津.天津大学 2009
    [32]P.Hua, E.J.Woo, J.G.Webter, et.Using compound electrodes electrical impedance tomography [J], IEEE Transactions ong Biomedical Engineering,1993,40(1)29-34
    [33]Sansen Willy,Geeraerts Ben,et.Electical impedance tomography systems based on voltage drive.[J]Clinical physics and physiological measurement vol:13 Suppl A page(s):39-42
    [34]何为 罗辞勇 徐征等 电阻抗成像原理[M]北京科学出版社 2008
    [35]马艺馨,郑之初,ERT系统相邻与相对激励模式的研究[J].东北大学学报2000.21 (1)Page(s)173-176
    [36]邹璐 电阻层析成像系统仿真建模研究[D]北京清华大学 2002
    [37]魏颖 夏靖波 王师 电阻层成像敏感场的仿真计算[J]东北的大学学报200021 (4)Page(s)372-375
    [38]马慧 王刚等COMSOL Multiphysics基本操作指南和常见问题解答[M]北京 人民交通出版社 2009
    [39]邹奇章 车载式土壤电导率测量系统的开发[D]北京中国农业大学 2006
    [40]康跃虎 王凤新 刘士平 滴灌调控土壤水分对马铃薯生长的影响[J]农业工程学报200420(2)Page(s)66-72
    [41]徐桂芝等 生物医学电阻抗成像技术[M]北京 机械工业出版社2010
    [42]龚晓明葛红花刘蕊等碳钢和纯铜在实验土壤中的腐蚀研究[J]上海电力学院学报200925(6)Page(s)552-556
    [43]A.McNaughtan.K.Meney.B.Grieve.Electrochemical Issues in Impedance Tomography [J]. 1st World Congress on Industrial Process Tomography,Buxton,Greater Manchester,1999 Page(s)344-347
    [44]崔晓会 电阻层析成像算法研究及其应用软件设计[D]天津 天津大学2005 Page(s)12-14
    [45]Kimmo Karhunen,Aku Seppanen,Anssi Lehikoinen,Electrical Resistance Tomography imaging of concrete [J]. Cement and Concrete Research 2010(40)Page(s)137-145
    [46]S.A.Razzak,S Barghi,J.-X.Zhu Application of electrical resistance tomography on liquid-solid two-phase flow characterization in an LSCFB riser[J].Chemical Engineering Science.2009(64)2851-2858
    [47]丁永维 董峰 电阻层析成像技术图像重建算法概述[J]仪器仪表用户200613(6)Page(s)120-121
    [48]刘国强 编著 医学电磁成像[M]北京科学出版社 2006
    [49]Hua E, Woo E. J., Webster J. G, et al. Finite element modeling of electrode-skin contact impedance in electrical impedance tomography. [J]IEEE Transactions on Biomedical Engineering,1993,40(4)Page(s)335—343.

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700