论文摘要
水分胁迫是影响植物生长最普遍的环境威胁,植物本身具有一种适应土壤水分胁迫的生理调节机制,以度过不良的生长环境,这为水分亏缺诊断提供了信号和依据。研究杨树水胁迫声发射(简称AE)信号,对于杨树的合理灌溉具有重要意义。本研究的目的是建立一套基于小波分析的杨树水胁迫AE信号处理和分析方法,并以此为基础研制杨树水胁迫声发射信号检测系统,完整记录原始声发射信号,初步研究杨树水胁迫AE信号发生规律,从而为准确的把握杨树缺水信息,实现水胁迫的自动检测与合理灌溉奠定基础。本研究在理论研究的基础上,提出了基于小波分析的杨树水胁迫AE信号信噪分离方法,通过对不同降噪方法的研究,根据相应的信噪比SNR的比较,分析出在相同条件下更适合杨树水胁迫AE信号降噪的方法。其次,本研究采用小波特征频谱分析方法对杨树与构树进行了对比研究,在此基础上利用小波能谱系数分析方法确定了各自水胁迫AE信号在各频带的能量分布情况。结果表明,这两种方法都能有效的提取声发射信号的特征,是分析杨树水胁迫AE信号的有效方法。此外,通过对硬件系统进行搭建以及结合MATLAB和LabVIEW构建一个具有信号降噪、特征提取等功能的杨树水分胁迫AE信号处理平台,实现了水胁迫AE信号处理的简单化、方便化和一体化,还利用Visual Basic开发了AE信号参数提取平台,为AE信号的参数分析提供方便。最后以黑杨与青杨的杂交品种为对象,进行AE信号监测试验及规律分析,分析结果表明,杨树水胁迫AE信号日变化模式比较稳定,且与传统水分胁迫诊断指标在水分状况的评价上基本一致,从而验证了本研究将AE信号作为杨树水分胁迫诊断指标的合理性。本研究将声发射检测及信号处理技术应用于杨树水分胁迫的具体研究,为杨树的抗旱研究提供了新的参考指标,对如何才能在严重缺水的情况下培育出优质的树木,节约更多的淡水资源具有深远的意义。
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摘要ABSTRACT1. 引言1.1 水胁迫对植物的影响1.2 植物水胁迫的诊断方法1.2.1 形态指标1.2.2 生理指标1.3 声发射技术在植物水分亏缺诊断中的应用1.3.1 声发射检测系统1.3.2 声发射信号的分类1.3.3 声发射信号处理1.3.4 声发射技术的应用1.3.5 声发射法诊断植物缺水的原理1.3.6 水胁迫声发射检测技术的发展现状1.4 本论文的研究目的及研究内容2. 声发射小波分析理论2.1 杨树水胁迫声发射信号概述2.1.1 概念2.1.2 基本特征2.2 小波变换2.2.1 基本概念2.2.2 小波变换定义2.2.3 小波基选取2.2.3.1 常用小波丛2.2.3.2 小波基选取规则2.3 Mallat算法2.3.1 基于Mallat算法的小波分解和重构2.3.2 小波分解频率范围的确定2.3.3 Mallat小波分解尺度的确定2.4 本章小结3. 系统硬件设计3.1 系统总体框图3.2 数据采集部分3.2.1 AE传感器3.2.2 AE采集卡3.2.3 土壤水分传感器3.3 信号调理器及功能3.4 信号分析设备3.5 外围设备3.5.1 电子天平3.5.2 电缆3.6 本章小结4. 杨树水胁迫AE信号处理4.1 信号的采集4.2 小波降噪4.2.1 小波降噪方法4.2.2 信噪分离的步骤4.2.3 阂值的选择及量化4.2.4 MATLAB中实现小波降噪4.3 杨树水胁迫AE信号特征分析4.3.1 特征分析的步骤4.3.2 小波特征频谱分析4.3.3 小波特征能谱系数4.3.3.1 小波特征能谱系数分析4.3.3.2 MATLAB中实现信号的小波特征能谱系数分析4.4 本章小结5. 系统软件设计5.1 软件开发与运行环境5.1.1 LabVIEW5.1.1.1 LabVIEW开发环境5.1.1.2 LabVIEW的特点5.1.2 MATLAB5.1.3 Visual Basic5.2 软件系统总体设计5.3 杨树水胁迫AE信号处理平台5.3.1 AE信号处理前而板5.3.2 框图程序5.4 AE信号参数提取5.5 本章小结6. 试验过程及结果分析6.1 试验材料与方法6.1.1 试验材料及条件6.1.2 试验方法6.2 试验结果分析6.2.1 分析参数的选择6.2.2 杨树AE信号发生模型基本特征6.2.3 AE信号与蒸腾的关系6.3 本章小结7. 结论与展望参考文献个人简介导师简介获得成果目录清单致谢附录A附录B附录C附录D附录E
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