基于微波多普勒效应的颗粒肥料质量流量测量系统研究
发布时间：2023-06-01 20:25
本文根据农业生产中对颗粒肥料的施播量测量的需求,以微波多普勒效应为基本原理,设计了颗粒肥料流量检测系统。通过研究微波多普勒信号的频率、浓度与颗粒肥料质量流量的关系,对多普勒信号进行滤波去噪、频带细化、阈值谱峰搜寻等算法分析,优化系统,实现微波多普勒法在农业施肥中的应用。通过施肥作业中颗粒肥料流量的实时监测,为精量施肥提供理论与数据支持,对促进精量施肥机械化自动化发展具有重要意义。本文从理论分析、算法研究、模型改进及试验处理等方面,对颗粒肥料质量流量测量进行了深入的研究。1.对三种颗粒肥料进行物理力学特性分析以磷酸二铵、尿素和氮钾复合肥为研究对象,通过实验测得肥料颗粒的物理特性和力学特性。三种颗粒肥料球形度均为80%以上,出厂时颗粒肥含水率最高不超过2.35%,颗粒密度最高为1.53g/cm3,容积密度最高为1.67g/cm3,休止角最大为38.5°。颗粒肥料的含水率与刚度系数和破碎力成反比。2.构建多普勒回波信号与颗粒肥料的下落速度、排肥管道颗粒浓度的关系根据多普勒回波信号中所包含的频率及能量信息特征,得到频率与颗粒肥料下落速度、功率与排肥管...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 颗粒物料流量测量方法
1.2.2 多普勒信号频谱分析算法
1.2.3 微波多普勒信号滤波去噪方法
1.2.4 微波多普勒信号频率解算及谱峰搜寻算法
1.3 存在的问题
1.4 主要研究内容
1.5 技术路线
2 颗粒肥料物理和力学性质试验
2.1 试验材料及方法
2.2 颗粒肥物理力学特性测定
2.2.1 颗粒肥的形状及几何平均等效粒径的测定
2.2.2 颗粒肥含水率的测定
2.2.3 颗粒肥密度的测定
2.2.4 颗粒肥休止角的测定
2.2.5 颗粒肥料刚度系数的测定
2.3 本章小结
3 微波多普勒颗粒肥料流量测量
3.1 微波多普勒效应原理
3.2 颗粒肥料质量流量的计算
3.2.1 颗粒肥料质量流量定义
3.2.2 颗粒肥料质量流量测量方法
3.3 颗粒肥料速度测量原理
3.3.1 微波多普勒频率
3.3.2 微波多普勒信号频谱分析算法
3.3.3 Zoom-FFT对颗粒肥料速度的分析
3.4 颗粒肥料浓度测量原理
3.4.1 微波多普勒功率
3.4.2 微波多普勒信号功率谱估计
3.5 微波多普勒颗粒肥料测量系统设计
3.5.1 颗粒肥料质量流量检测系统结构
3.5.2 系统硬件结构
3.6 本章小结
4 基于经验模态分解(EMD)的微波多普勒信号小波阈值滤波去噪
4.1 经验模态分解(EMD)
4.1.1 经验模态分解原理
4.1.2 时空滤波分析
4.1.3 IMF的模态混叠分量识别
4.2 微波多普勒信号模态混叠分量的小波去噪
4.2.1 小波变换的基本原理
4.2.2 模态混叠分量的小波阈值去噪
4.3 微波多普勒信号重构
4.4 基于EMD-Wavelet方法的微波多普勒信号滤波去噪
4.4.1 微波多普勒信号的EMD分解
4.4.2 模态混叠分量的确定
4.4.3 EMD与小波阈值去噪结果分析
4.5 本章小结
5 微波多普勒信号的频率解算及阈值谱峰搜寻算法
5.1 频谱分析过程中的误差
5.2 复调制细化算法
5.3 窗函数的选择
5.4 Zoom-FFT细化谱阈值谱峰搜寻
5.4.1 阈值谱峰搜寻及阈值设置
5.4.2 颗粒肥料下落速度测量
5.4.3 颗粒肥料质量流量功率谱密度计算
5.5 本章小结
6 颗粒肥料质量流量台架试验
6.1 单通道颗粒肥流量测量
6.1.1 速度测量试验
6.1.2 浓度计算
6.1.3 混合颗粒肥料质量流量测量
6.2 多路颗粒肥料流量测量
6.2.1 试验设备
6.2.2 车载终端人机界面
6.2.3 多路排肥一致性试验
6.2.4 排肥管空堵试验
6.3 本章小结
7 系统设计与田间试验
7.1 测量系统总体结构
7.2 试验时间、地点、内容
7.3 试验材料及施肥作业
7.4 试验结果
7.4.1 作业面积的统计
7.4.2 施肥量统计分析
7.4.3 排肥管空堵情况试验
7.5 本章小结
8 结论与创新
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3826990
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 颗粒物料流量测量方法
1.2.2 多普勒信号频谱分析算法
1.2.3 微波多普勒信号滤波去噪方法
1.2.4 微波多普勒信号频率解算及谱峰搜寻算法
1.3 存在的问题
1.4 主要研究内容
1.5 技术路线
2 颗粒肥料物理和力学性质试验
2.1 试验材料及方法
2.2 颗粒肥物理力学特性测定
2.2.1 颗粒肥的形状及几何平均等效粒径的测定
2.2.2 颗粒肥含水率的测定
2.2.3 颗粒肥密度的测定
2.2.4 颗粒肥休止角的测定
2.2.5 颗粒肥料刚度系数的测定
2.3 本章小结
3 微波多普勒颗粒肥料流量测量
3.1 微波多普勒效应原理
3.2 颗粒肥料质量流量的计算
3.2.1 颗粒肥料质量流量定义
3.2.2 颗粒肥料质量流量测量方法
3.3 颗粒肥料速度测量原理
3.3.1 微波多普勒频率
3.3.2 微波多普勒信号频谱分析算法
3.3.3 Zoom-FFT对颗粒肥料速度的分析
3.4 颗粒肥料浓度测量原理
3.4.1 微波多普勒功率
3.4.2 微波多普勒信号功率谱估计
3.5 微波多普勒颗粒肥料测量系统设计
3.5.1 颗粒肥料质量流量检测系统结构
3.5.2 系统硬件结构
3.6 本章小结
4 基于经验模态分解(EMD)的微波多普勒信号小波阈值滤波去噪
4.1 经验模态分解(EMD)
4.1.1 经验模态分解原理
4.1.2 时空滤波分析
4.1.3 IMF的模态混叠分量识别
4.2 微波多普勒信号模态混叠分量的小波去噪
4.2.1 小波变换的基本原理
4.2.2 模态混叠分量的小波阈值去噪
4.3 微波多普勒信号重构
4.4 基于EMD-Wavelet方法的微波多普勒信号滤波去噪
4.4.1 微波多普勒信号的EMD分解
4.4.2 模态混叠分量的确定
4.4.3 EMD与小波阈值去噪结果分析
4.5 本章小结
5 微波多普勒信号的频率解算及阈值谱峰搜寻算法
5.1 频谱分析过程中的误差
5.2 复调制细化算法
5.3 窗函数的选择
5.4 Zoom-FFT细化谱阈值谱峰搜寻
5.4.1 阈值谱峰搜寻及阈值设置
5.4.2 颗粒肥料下落速度测量
5.4.3 颗粒肥料质量流量功率谱密度计算
5.5 本章小结
6 颗粒肥料质量流量台架试验
6.1 单通道颗粒肥流量测量
6.1.1 速度测量试验
6.1.2 浓度计算
6.1.3 混合颗粒肥料质量流量测量
6.2 多路颗粒肥料流量测量
6.2.1 试验设备
6.2.2 车载终端人机界面
6.2.3 多路排肥一致性试验
6.2.4 排肥管空堵试验
6.3 本章小结
7 系统设计与田间试验
7.1 测量系统总体结构
7.2 试验时间、地点、内容
7.3 试验材料及施肥作业
7.4 试验结果
7.4.1 作业面积的统计
7.4.2 施肥量统计分析
7.4.3 排肥管空堵情况试验
7.5 本章小结
8 结论与创新
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3826990
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