基于DEM-MBD耦合法的水稻壤土旋耕功率预测模型开发

《Computers and Electronics in Agriculture》：Development of a power prediction model for rotary tillage in paddy loam field using DEM-MBD coupling method

本文提出了一种集成环境温度与接触压力补偿的低电压棉花电阻测量电路，通过分段测量方法实现2 kΩ至200 GΩ的宽范围电阻测量（信噪比SNR达44.161 dB）。该设计解决了不同回潮率（MR）棉花高低阻值精准测量的技术难题，为棉花采收、加工及储运过程中的实时水分监测提供了安全经济的新型解决方案。

　　

Highlight

本研究创新性地开发了适用于棉花回潮率（MR）传感的低电压宽量程电阻测量电路，其核心突破在于通过分段测量架构实现了2 kΩ至200 GΩ的跨尺度电阻检测，并集成温度与压力补偿模块以提升测量精度。

Section snippets

基于电阻法的回潮率传感原理

棉花回潮率（MR）定义为棉花所含水分质量与其干重之比，计算公式为：

MR = (m - m₀)/m₀ × 100%

其中m为棉花干前质量，m₀为干后质量。电阻法通过检测棉花电导率与MR的相关性实现水分传感——微量水分变化即可引起电阻值数量级波动，但高阻值段易受温度与接触压力影响，需通过补偿机制优化测量可靠性。

开关特性分析

为优化电阻测量前端的多通道切换性能，本研究对比了继电器、双极型晶体管（BJT）、光耦及金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）四种拓扑结构。实验表明（图8a），输入电压（V_in）与待测电阻（R_x）呈负相关，高阻值段存在显著电压衰减，而光耦以2.101 pA漏电流、稳定切换特性及卓越抗噪能力成为最优解。

Conclusion

本研究提出的低电压电阻测量电路通过分段测量策略与补偿模块协同工作，实现了宽范围电阻精准测量（平均相对误差1.285%）。其创新点包括：

（1）针对多通道切换需求完成开关器件优选；

（2）建立MR预测模型（R2=0.985，RMSE=0.322%），在4%-13% MR范围内绝对误差<0.34%，为棉花产业智能化监测提供关键技术支撑。