【經(jīng)典外文翻譯】-底土的土壤結(jié)構(gòu)和飽和導(dǎo)水率畢業(yè)論文

英文原文：Low-costprogrammablepulsegeneratorforparticletelescopecalibrationAbstractInthispaperwepresentanewcalibrationsystemforparticletelescopesincludingmultipulsegeneratoranddigitalcontroller.Thecalibrationsystemgeneratessynchronizedpulsesofvariableheightforeverydetectorchannelonthetelescope.ThecontrolsystemisbasedonacommercialmicrocontrollerlinkedtoapersonalcomputerthroughanRS-232bidirectionalline.Theaimofthedeviceistoperformlaboratorycalibrationofmulti-detectortelescopespriortocalibrationataccelerator.Thistaskincludesevaluationoflinearityandresolutionofeachdetectorchannel,aswellascoincidencelogic.TheheightsofthepulsessenttothedetectorsareobtainedbyMonteCarlosimulationoftelescoperesponsetoaparticlefluxofanydesiredgeometryandcomposition.ElsevierScienceB.V.Allrightsreserved.Toassureacorrectinterpretationofdataobtainedwithscientificinstrumentsonboardsatellites,aswellastocomparethesedatawiththoseofsimilarinstruments,athoroughpre-flightcalibrationisrequired.Forsolarandcosmicrayparticletelescopes,thiscalibrationisusuallycarriedoutintwosteps:first,acalibrationofeachindividualdetectorusingradioactivesourcesandstandardnuclearinstrumentation(NIMorCAMACmodules),followingbyafinaltestofthewholetelescopeperformedinaparticleacceleratorsite.Thesuccessofcalibrationonacceleratorrequiresthat,priortotheexperiences,alldetectorsandelectronicsparameter(polarizationvoltages,amplifiergainsandshapingtimes,thresholds,etc.)havenearlydefinitivevalues.Hereweproposeacheapandsimplepre-calibrationprocedurebasedonanewsystemthatwehavecalledProgrammablePulseGenerator(PPG).ThePPGdevelopedinourlaboratoryhasbeendesignedforaspecificinstrument,afour-detectorcosmicraytelescope,butitcaneasilybemodifiedforsimilarexperiments.Thestandardcalibrationprocedureforindividualdetectorsandtheirelectronicchainsconsistsofintroducingpulsesofknownamplitudescomingfromapulsegenerator,togetherwiththepulsesreleasedinthedetectorbyparticlescomingfromaradioactivesource.However,thesestandardpulsegeneratorsdopresentseverallimitations:Thepulseamplitudemustbesetmanually.Thus,togeneratethepulsesthatdifferentparticleswithdifferentenergieswouldreleaseonthedetectors,itisnecessarytochangethepulseheightseverytime.Standardpulsegeneratorsonlyprovideoneoutputsignal,soeitherseveralmodulesareneededtocalibrateacompletetelescope,oritisnecessarytosplitthesingleoutputinordertogetseveralsignals.Itisdifficulttocheckthecoincidencelogicbecausethefoursignalsarenotindependent.Toovercomethesedifficulties,pulsegeneratorsofprogrammableamplitudeandratehavebeenproposed.Abdel-Aal[1]presentedaprogrammablerandompulsegeneratorwheretheheightandseparationofindividualpulsesarecontrolledbysoftware.Butinhisschemethepulsesarereleaseddirectlyfromadigital-to-analogconverter(DAC),thushavingthetemporalcharacteristicsoftheDACoutput.Ourpurposeistogeneratevariableheightanalogpulseswithsimilarshapetothatreleasedbynucleardetectors.Thelow-costPPGpresentedhereisintendedtointroduceeverydetectorchannel，thepulsesreleasedbyanyparticlefluxsupposedtobeencounteredbytheinstrumentonrealexperiments(inourcase,onouterspaceenvironment).Theproposedpre-calibrationschemeissketchedinthediagramofFig1.Forabignumberofsimulatedevents,theenergysignalsreleasedatthedifferentdetectorsofthetelescopearestoredonapersonalcomputer(PC).Foreachindividualevent,theenergysignaldataaresentthroughabidirectionalRS-232-ClinetothePPG,whichtransformstheresultsofthesimulationintorealpulsesandsendsthemtotherealinstrument.Fig12PPGdescriptionThedesignofthePPGisdividedintotwofunctionalmodules:digitalelectronicsandanalogelectronics,whoseblockdiagramsareenclosedindashedboxesshowninFig2.ThedataarrivingatthedigitalmodulefromthePCaresentto12bitDAC.TheDACoutputvoltagesaretransformedintheanalogmoduleintosuitablepulses,readytobeintroducedintothetestinputoftherelateddetectorchannelofthetelescope.AnaloganddigitalmodulesaredescribedwithsomedetailinSections2.1and2.2.InSection2.3wedescribesomenoiseproblemsrelatedwiththemicrocontroller,andthewaywefoundtosolvethem.2.1AnalogmoduleThismodulemustbecapableofproducingsignalpulsessimilartothosegeneratedinthedetectorsbythepassageofenergeticchargedparticles,whoseshapecanbedescribedbythefollowingfunction:(1)TherelevantsignalparametersarethepulseheightoramplitudeA,therisetimeandthefalltime(hereexpressedas1/etimesratherthan10-90%times).Usingsemiconductordetectors,typicalvaluesforandareapproximately5nsand10us,respectively.Ourparticulartelescopehasfourdetectors,thereforefouralmostsimultaneouspulseswithdifferentamplitudeshavetobegeneratedforeachsimulatedevent.Theseamplitudesaresentbythedigitalmoduletotheanalogmodule,togetherwithastartpulse(seeFig2).Thecommunicationisperformedthroughacouplercircuitforisolationpurposes.Thestartsignalissenttoareferencepulsegenerator,whichgeneratesapulseofconstantamplitude,riseandfalltimes.Oneoftheinputsofeachmultiplieristhisreferencepulse,andtheotherisoneoftheDACamplitudesignals.Thus,everymultiplieractsasamodulator:whenthereferencepulsearrives,themultipliergeneratesasimilarpulsewhoseamplitudeistherespectivevoltagegivenbythedigitalmodule.Thereferencepulsegeneratoristhemostcriticalelementinthesystem,becauseanynoiseinthereferencepulsewillbepresent(andnotindependently)ineachoftheoutputsignals.ThecoreofthiselementisthecircuitshowninFig3.Beforeastartpulsearrivestothereferencepulsegenerator,thecapacitorischargedatvoltage,ultra-precision,guaranteedlong-termdriftvoltagereferencehasbeenusedforthispurpose(MAX677BCPP).Oncethecapacitorpresentstablevoltageandastartpulseisgenerated,thiscapacitorisconnectedtoswitchingtherelay.Inordertoavoidthecharacteristicglitchesofthemechanicrelays,amercuryrelayhasbeenused.Mikhailov[2]haspointedoutrecentlythelimitedpulserate(~100pps)achievablewithmercuryrelays,butwefocusesonmodulatingthepulseamplituderatherthanreachingahighpulserate.Whenisconnectedto,theequationsdescribingtheevolutionofthecircuitofFig3arethefollowing:(2)Thesolutionofthislinearsystemwiththeconditionsandgivesanoutputpulsewiththefunctionalform(1)andamplitude.Thoughtheriseandfalltimesdependonresistorandcapacitorvaluesthroughacomplicatedalgebraicexpression,for(conditionfulfilledhere)thefollowingapproximateexpressionshold:(3)Thevaluesandcharacteristicsofcapacitors,resistorsandreferencevoltagearegiveninTable1;forthesevaluesnsand.Theshape,riseandfalltimeofthereferencepulseareshowninFig4.Fig4.Oscilloscopeimagesofthereferencepulserise(left)andfall(right)flanges.Thequotedvaluesofriseandfalltimereferto10-90%oftheamplitude.Thevaluesofandinthetextreferto1/eoftheamplitude.Thereferencepulsegeneratormustpresentverygoodtimestabilityagainsttemperatureandpowersupplyvariations,aswellasnoiseimmunity.Inordertomeettheserestrictions,specialcomponentshavebeenused,andthereferencepulsegeneratorhasbeenplacedinsideaFaradaycupwiththeaimofisolatingitfromtherestofthesystem.Inordertorespondtothehigh-frequencycomponentsofthereferencepulse(risetime~5ns),themultiplierAD834,whichpresents4nstransitiontime,hasbeenchosen.Theoutputrangeprovidedbythemultipliers0-1000mV,andtheoutputsignalsofeverydetectorchannelaredigitizedby0-4096bitADC.Thus,everymultiplieroutputmustbeadjustedtocoverthecorrespondingADCrange.Thisrequirementisfulfilledbysuitablepiattenuators,thatmatchthePPGoutputandtestinputcharacteristicimpedances,whileadaptingtheoutputandinputranges.Theseattenuatorscanbeeasilychangedtomatchanydetectorchannel.中文翻譯：底土的土壤結(jié)構(gòu)和飽和導(dǎo)水率摘要飽和導(dǎo)水率，是在從耕作層和底土中采集來的土壤樣品上衡量的。自然產(chǎn)生的土壤容重的范圍，是通過對不同年份有或沒有輪軌的不同作物取樣而得來的。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，對耕作層來說，的對數(shù)與容重之間存在著相當(dāng)好的線性關(guān)系。然而，對于底土，的價值通常在于能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)耕作層的回歸線。底土的這種過度的導(dǎo)水率，是由于水力傳導(dǎo)的生物過程，尤其是源渠道的存在。耕作層較低的滲透系數(shù)，相對于底土，是由于這些生物過程被耕作破壞。已經(jīng)提出了一種簡單的模型，在這種模型中，土壤質(zhì)地和渠道根源都分別有利于的整體價值。我們可以得到這樣的結(jié)論，底土耕作通過潛在的環(huán)境危害可能導(dǎo)致的嚴(yán)重降低，除非它是定期重復(fù)的。關(guān)鍵詞：容重，源渠道，底土，耕作介紹飽和土的滲透系數(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)都具有重要意義。飽和導(dǎo)水率，控制水滲透到土壤中，特別是在長期內(nèi)。較低價值的與土壤表面的沖水，厭氧（降低）的土壤條件，徑流，洪水和侵蝕等有關(guān)。特別重要的是耕種層下方土壤層的，這一層我們稱之為“底土”。在很多情況下，這一層已被來自重型車輛以及對底部的耕作(如犁)的綜合壓力所壓實。在波蘭，主要耕作的深度通常是25cm。“耕作層”(0-25厘米深)和“底土”(>25厘米深)往往具有相同的粒度分布，因此他們的水力特性可以直接進(jìn)行比較。理論土壤中的水電導(dǎo)率類似于一個電阻網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電性。當(dāng)有明顯不同的運輸方式時，土壤可以作為一種簡單的并行電阻網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示。圖1通過微觀，中觀和宏觀結(jié)構(gòu)孔隙對土壤的電阻模擬。在這種情況下，電流是水流的模擬。當(dāng)所有樣品具有相同的大小時，電導(dǎo)與電導(dǎo)率成正比。在這種情況下，電導(dǎo)率是加法因子，總電導(dǎo)率可以表示為：(1)本文中所述的波蘭土壤粘土含量低，并且宏觀結(jié)構(gòu)的特征，如干燥裂縫，通常不會發(fā)生。因此，我們可以假設(shè)，并只考慮前兩個條件。由于K的取值范圍廣，我們繪制其取對數(shù)后的圖(以10為底)(2)土壤和實驗方法土樣從波蘭四個不同的地點采集。關(guān)于采集地和土壤成分的信息見表1。從耕作層中采集的樣本通常從10-16厘米深度區(qū)間內(nèi)收集，從底土中采集的樣本通常是在30-36厘米深度區(qū)間內(nèi)收集。表1實驗土壤地點A和D位于我們研究所(永格)中的實驗站點內(nèi)，而地點B和C是私立的，為一個商業(yè)農(nóng)場。沒有使用壓實處理。相反，已發(fā)現(xiàn)的不同密度的土壤作為一個在不同時期抽樣，使用不同作物輪作以及采用其他管理措施的結(jié)果出現(xiàn)。飽和導(dǎo)水率的測量，使用了下降頭法(哈特格和浩1992年)。的樣品直徑8厘米并有8厘米的長度。凈容重的測量是在從100cm3不銹鋼筒中收集的樣本中進(jìn)行的。結(jié)果四個不同試驗點的飽和滲透系數(shù)的測量值如圖2所示。這些圖上的每個點代表了的10個相似值的幾何平均數(shù)，并且，容重樣品的四個近似值的算術(shù)平均值是從一個很小的范圍(約1平方米)內(nèi)收集的。之所以使用幾何平均值，是因為這些值在實驗誤差之內(nèi)已經(jīng)被證明是對數(shù)正態(tài)分布的，并且這個結(jié)論也已經(jīng)被貝克和鮑馬(1976)發(fā)現(xiàn)。log和的典型平均值及其變化在表2中給出。這里必須注意，因為取的是近似值，體積密度的S.E.值是S.D.值的一半;然而，對于log0，其S.E.值大約是S.D.值的三分之一。隨著容重的增加，已被經(jīng)常耕種的農(nóng)業(yè)表層的土壤在飽和導(dǎo)水率的對數(shù)中呈現(xiàn)線性下降趨勢。這可以表示為：(3)其中對于不同土壤a和b取不同的經(jīng)驗值。回歸線如圖2所示。a和b的系數(shù)的值是通過對表3中實驗土壤耕作層作回歸得到的。圖2在四個試驗點中測量值的飽和導(dǎo)水率的值。表土中的測量值顯示為實心正方形，而底土的測量值用空心圓圈顯示。表2log和容重的典型平均值，它們的變化用其標(biāo)準(zhǔn)差表示表3對于實驗土壤中的耕種層，方程(3)中a和b的系數(shù)括號中的值是標(biāo)準(zhǔn)誤差，不確定：也不適用。土壤下層有一個相似的粒子規(guī)模分布，這些地方的水力傳導(dǎo)值通常比方程(3)中相關(guān)表土的值大。圖2說明了這一點，其中底土的值(如空心圓圈所示)大多高于相應(yīng)耕作層表土的回歸線。對于已調(diào)查過的波蘭沙質(zhì)土壤，我們將“過剩的”水力傳導(dǎo)歸咎于中間毛孔，這通常是以源渠道的形式存在的。我們已經(jīng)通過用實測值減去由方程(3)結(jié)合表3提供的系數(shù)得出的預(yù)測值來調(diào)查這個“過剩的”水力傳導(dǎo)。這可以得到。在這些計算中，通過方程(1)和方程(2)，我們使用的值而不是。的“過剩的”的值與土壤B,C及D的值結(jié)合后再進(jìn)行計算，因為可用的值數(shù)量有限。合并后的值的對數(shù)分布可擬合為正態(tài)分布。由此產(chǎn)生的概率圖如圖3所示。這個正態(tài)分布有的一個均值及的一個標(biāo)準(zhǔn)差。夏皮羅-威爾克的一個常態(tài)測試表明，這些數(shù)據(jù)可給出并且這些數(shù)據(jù)分布在0.05的范圍內(nèi)(夏皮羅和威爾克，1965年)。圖3表土中(ms-1)“過?！敝祵?shù)的正常概率圖我們可以通過增加微結(jié)構(gòu)電導(dǎo)率，以及根據(jù)方程(1)和方程(2)得到的假設(shè)的微結(jié)構(gòu)電導(dǎo)率，典型土壤來看看這個公式的含義。對于微觀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性，我們可以使用方程(3)并結(jié)合表3給出的平均系數(shù)。對于微觀結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率，我們可以使用圖3所示的正態(tài)分布所給出的平均值。這可以產(chǎn)生如圖4所示的圖形。圖4底土中微觀和中觀結(jié)構(gòu)的假設(shè)例子對不同容重的飽和導(dǎo)水率的影響。陰影區(qū)域顯示，如果中孔（如根通道）被摧毀，滲透系數(shù)可能