经典外文翻译底土的土壤结构和饱和导水率毕业论文.docx

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经典外文翻译底土的土壤结构和饱和导水率毕业论文

英文原文：

Low-costprogrammablepulsegeneratorforparticletelescopecalibration

Abstract

Inthispaperwepresentanewcalibrationsystemforparticletelescopesincludingmultipulsegeneratoranddigitalcontroller.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.

Fig1

2PPGdescription

ThedesignofthePPGisdividedintotwofunctionalmodules:

digitalelectronicsandanalogelectronics,whoseblockdiagramsareenclosedindashedboxesshowninFig2.ThedataarrivingatthedigitalmodulefromthePCaresentto12bitDAC.TheDACoutputvoltagesaretransformedintheanalogmoduleintosuitablepulses,readytobeintroducedintothetestinputoftherelateddetectorchannelofthetelescope.

AnaloganddigitalmodulesaredescribedwithsomedetailinSections2.1and2.2.InSection2.3wedescribesomenoiseproblemsrelatedwiththemicrocontroller,andthewaywefoundtosolvethem.

2.1Analogmodule

Thismodulemustbecapableofproducingsignalpulsessimilartothosegeneratedinthedetectorsbythepassageofenergeticchargedparticles,whoseshapecanbedescribedbythefollowingfunction:

（1）

TherelevantsignalparametersarethepulseheightoramplitudeA,therisetime

andthefalltime

（hereexpressedas1/etimesratherthan10-90%times）.Usingsemiconductordetectors,typicalvaluesfor

and

areapproximately5nsand10us,respectively.

Ourparticulartelescopehasfourdetectors,thereforefouralmostsimultaneouspulseswithdifferentamplitudes

havetobegeneratedforeachsimulatedevent.Theseamplitudesaresentbythedigitalmoduletotheanalogmodule,togetherwithastartpulse（seeFig2）.Thecommunicationisperformedthroughacouplercircuitforisolationpurposes.Thestartsignalissenttoareferencepulsegenerator,whichgeneratesapulseofconstantamplitude,riseandfalltimes.Oneoftheinputsofeachmultiplieristhisreferencepulse,andtheotherisoneoftheDACamplitudesignals.Thus,everymultiplieractsasamodulator:

whenthereferencepulsearrives,themultipliergeneratesasimilarpulsewhoseamplitudeistherespectivevoltagegivenbythedigitalmodule.

Thereferencepulsegeneratoristhemostcriticalelementinthesystem,becauseanynoiseinthereferencepulsewillbepresent（andnotindependently）ineachoftheoutputsignals.ThecoreofthiselementisthecircuitshowninFig3.Beforeastartpulsearrivestothereferencepulsegenerator,thecapacitor

ischargedatvoltage

ultra-precision,guaranteedlong-termdriftvoltagereferencehasbeenusedforthispurpose（MAX677BCPP）.Oncethecapacitor

presentstablevoltageandastartpulseisgenerated,thiscapacitorisconnectedto

switchingtherelay

.Inordertoavoidthecharacteristicglitchesofthemechanicrelays,amercuryrelayhasbeenused.Mikhailov[2]haspointedoutrecentlythelimitedpulserate（~100pps）achievablewithmercuryrelays,butwefocusesonmodulatingthepulseamplituderatherthanreachingahighpulserate.When

isconnectedto

theequationsdescribingtheevolutionofthecircuitofFig3arethefollowing:

（2）

Thesolutionofthislinearsystemwiththeconditions

and

givesanoutputpulse

withthefunctionalform

（1）andamplitude

.Thoughtheriseandfalltimesdependonresistorandcapacitorvaluesthroughacomplicatedalgebraicexpression,for

（conditionfulfilledhere）thefollowingapproximateexpressionshold:

（3）

Thevaluesandcharacteristicsofcapacitors,resistorsandreferencevoltagearegiveninTable1;forthesevalues

nsand

.Theshape,riseandfalltimeofthereferencepulseareshowninFig4.

Fig4.Oscilloscopeimagesofthereferencepulserise（left）andfall（right）flanges.Thequotedvaluesofriseandfalltimereferto10-90%oftheamplitude.Thevaluesof

and

inthetextreferto1/eoftheamplitude.

Thereferencepulsegeneratormustpresentverygoodtimestabilityagainsttemperatureandpowersupplyvariations,aswellasnoiseimmunity.Inordertomeettheserestrictions,specialcomponentshavebeenused,andthereferencepulsegeneratorhasbeenplacedinsideaFaradaycupwiththeaimofisolatingitfromtherestofthesystem.

Inordertorespondtothehigh-frequencycomponentsofthereferencepulse（risetime~5ns）,themultiplierAD834,whichpresents4nstransitiontime,hasbeenchosen.

Theoutputrangeprovidedbythemultipliers0-1000mV,andtheoutputsignalsofeverydetectorchannelaredigitizedby0-4096bitADC.Thus,everymultiplieroutputmustbeadjustedtocoverthecorrespondingADCrange.Thisrequirementisfulfilledbysuitablepiattenuators,thatmatchthePPGoutputandtestinputcharacteristicimpedances,whileadaptingtheoutputandinputranges.Theseattenuatorscanbeeasilychangedtomatchanydetectorchannel.

中文翻译：

底土的土壤结构和饱和导水率

摘要

饱和导水率

，是在从耕作层和底土中采集来的土壤样品上衡量的。

自然产生的土壤容重的范围，是通过对不同年份有或没有轮轨的不同作物取样而得来的。

据研究发现，对耕作层来说，

的对数与容重之间存在着相当好的线性关系。

然而，对于底土，

的价值通常在于能发现相应耕作层的回归线。

底土的这种过度的导水率，是由于水力传导的生物过程，尤其是源渠道的存在。

耕作层较低的渗透系数，相对于底土，是由于这些生物过程被耕作破坏。

已经提出了一种简单的模型，在这种模型中，土壤质地和渠道根源都分别有利于

的整体价值。

我们可以得到这样的结论，底土耕作通过潜在的环境危害可能导致

的严重降低，除非它是定期重复的。

关键词：

容重，源渠道，底土，耕作

1介绍

饱和土的渗透系数对农业生产和环境保护都具有重要意义。

饱和导水率

，控制水渗透到土壤中，特别是在长期内。

较低价值的

与土壤表面的冲水，厌氧（降低）的土壤条件，径流，洪水和侵蚀等有关。

特别重要的是耕种层下方土壤层的

，这一层我们称之为“底土”。

在很多情况下，这一层已被来自重型车辆以及对底部的耕作（如犁）的综合压力所压实。

在波兰，主要耕作的深度通常是25cm。

“耕作层”（0-25厘米深）和“底土”（>25厘米深）往往具有相同的粒度分布，因此他们的水力特性可以直接进行比较。

2理论

土壤中的水电导率类似于一个电阻网络的导电性。

当有明显不同的运输方式时，土壤可以作为一种简单的并行电阻网络模型，如图1所示。

图1通过微观，中观和宏观结构孔隙对土壤的电阻模拟。

在这种情况下，电流是水流的模拟。

当所有样品具有相同的大小时，电导与电导率成正比。

在这种情况下，电导率是加法因子，总电导率可以表示为：

（1）

本文中所述的波兰土壤粘土含量低，并且宏观结构的特征，如干燥裂缝，通常不会发生。

因此，我们可以假设

，并只考虑前两个条件。

由于K的取值范围广，我们绘制其取对数后的图（以10为底）

（2）

3土壤和实验方法

土样从波兰四个不同的地点采集。

关于采集地和土壤成分的信息见表1。

从耕作层中采集的样本通常从10-16厘米深度区间内收集，从底土中采集的样本通常是在30-36厘米深度区间内收集。

表1实验土壤

地点A和D位于我们研究所（永格）中的实验站点内，而地点B和C是私

立的，为一个商业农场。

没有使用压实处理。

相反，已发现的不同密度的土壤作为一个在不同时期抽样，使用不同作物轮作以及采用其他管理措施的结果出现。

饱和导水率

的测量，使用了下降头法（哈特格和浩1992年）。

的样品直径8厘米并有8厘米的长度。

净容重的测量是在从100cm3不锈钢筒中收集的样本中进行的。

4结果

四个不同试验点的饱和渗透系数的测量值如图2所示。

这些图上的每个点代表了

的10个相似值的几何平均数，并且，容重样品的四个近似值的算术平均