Датчик влажности почвы

Прибор для измерения содержания воды в почве

Датчики влажности почвы измеряют объемное содержание воды в почве . ^[1] Поскольку прямое гравиметрическое измерение свободной влажности почвы требует извлечения, высушивания и взвешивания образца, датчики влажности почвы измеряют объемное содержание воды косвенно, используя некоторые другие свойства почвы, такие как электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость или взаимодействие с нейтронами , в качестве показателя содержания влаги.

Соотношение между измеренным свойством и влажностью почвы должно быть откалибровано и может меняться в зависимости от факторов окружающей среды, таких как тип почвы , температура или электропроводность . Отраженное микроволновое излучение зависит от влажности почвы и используется для дистанционного зондирования в гидрологии и сельском хозяйстве. Переносные зондовые приборы могут использоваться фермерами или садоводами.

Датчики влажности почвы обычно относятся к датчикам, которые оценивают объемное содержание воды. Другой класс датчиков измеряет другое свойство влажности в почвах, называемое потенциалом воды ; эти датчики обычно называются датчиками потенциала воды почвы и включают в себя тензиометры и гипсовые блоки.

Технологии

Технологии, обычно используемые для косвенного измерения объемного содержания воды (влажности почвы), включают:

Рефлектометрия в частотной области (датчик влажности почвы FDR): измерение импеданса путем подачи измерительной частоты в несколько сотен МГц на короткие стержни, образующие линию передачи.
Так называемые емкостные датчики используют открытый конденсатор, образованный большой площадью печатной платы, как часть колебательного контура. Они похожи на датчики FDR, но работают ниже 1 МГц и более подвержены факторам шума.
Рефлектометрия во временной области (датчик влажности почвы TDR): диэлектрическая проницаемость определенного элемента объема вокруг датчика определяется путем измерения скорости распространения сигнала вдоль короткой однопроводной линии передачи.
Передача во временной области (датчик влажности почвы TDR): как и в случае с TDR, измеряется скорость распространения сигнала по короткой линии передачи, при этом на одном конце находится отправитель, а на другом — получатель. ^[2]
Нейтронные влагомеры : замедлительные свойства воды для нейтронов используются для оценки содержания влаги в почве между источником и детекторным зондом.
Удельное сопротивление почвы: измерение того, насколько сильно почва сопротивляется потоку электричества между двумя электродами, можно использовать для определения содержания влаги в почве.
Гальванический элемент : количество присутствующей воды можно определить на основе напряжения, которое производит почва, поскольку вода действует как электролит и производит электричество. Технология, лежащая в основе этой концепции, — гальванический элемент. ^[3]

Приложение

Сельское хозяйство

Измерение влажности почвы важно для сельскохозяйственных приложений, чтобы помочь фермерам более эффективно управлять своими системами орошения . Зная точные условия влажности почвы на своих полях, фермеры не только могут в целом использовать меньше воды для выращивания урожая, но и могут повысить урожайность и качество урожая за счет улучшения управления влажностью почвы во время критических стадий роста растений. ^{[ необходима цитата ]}

Ландшафтное орошение

В городских и пригородных районах, ландшафтах и жилых газонах используются датчики влажности почвы для взаимодействия с контроллером орошения. Подключение датчика влажности почвы к простым часам орошения превратит его в «умный» контроллер орошения, который предотвращает циклы орошения, когда почва уже влажная, например, после недавнего дождя. ^[4]

На полях для гольфа используются датчики влажности почвы для повышения эффективности систем орошения, чтобы предотвратить чрезмерный полив и вымывание удобрений и других химикатов в почву. ^{[ необходима цитата ]}

Исследовать

Датчики влажности почвы используются в многочисленных исследовательских приложениях, например, в сельскохозяйственной науке и садоводстве, включая планирование орошения, климатических исследованиях или науках об окружающей среде , включая исследования переноса растворенных веществ , а также в качестве вспомогательных датчиков для измерения дыхания почвы . ^[5]

Простые датчики для садоводов

Относительно дешевые и простые устройства, не требующие источника питания, доступны для проверки того, достаточно ли влаги растениям для роста. После того, как зонд будет вставлен в почву примерно на 60 секунд, измеритель покажет, является ли почва слишком сухой, влажной или мокрой для растений. ^{[ необходима цитата ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Arnold, James E. "Soil Moisture". NASA . Получено 15 июня 2015 г. Влажность почвы трудно определить, она означает разные вещи в разных дисциплинах. Например, понятие влажности почвы у фермера отличается от понятия у управляющего водными ресурсами или синоптика. Однако, как правило, влажность почвы — это вода, которая удерживается в промежутках между частицами почвы. Поверхностная влажность почвы — это вода, которая находится в верхних 10 см почвы, тогда как влажность почвы в корневой зоне — это вода, которая доступна растениям, которая, как правило, считается находящейся в верхних 200 см почвы.^{[ мертвая ссылка ‍ ]}
^ Blonquist, JM (апрель 2005 г.). "Датчик передачи во временной области с характеристиками производительности TDR" (PDF) . Journal of Hydrology . 314 ( 1– 4): 235– 245. Bibcode :2005JHyd..314..235B. doi :10.1016/j.jhydrol.2005.04.005. Архивировано (PDF) из оригинала 19 октября 2016 г. . Получено 31 января 2016 г. .
^ Gaikwad, Pramod (2015). «Датчик типа гальванической ячейки для анализа влажности почвы». Аналитическая химия . 87 (14): 7439– 7445. doi :10.1021/acs.analchem.5b01653. PMID 26098202.
^ Кевин Хандрек. Хорошие сады с меньшим количеством воды , Csiro Publishing, 2008 ISBN 0643094709 страницы 79-81
^ Decagon Devices "Список рецензируемых публикаций с использованием датчиков влажности почвы Decagon. Архивировано 04.03.2016 в Wayback Machine ". Получено: 20 июля 2015 г.

Внешние ссылки

Вессель-Боте, Вайхермюллер (2020): Методы полевых измерений в почвоведении Новое практическое руководство по измерениям в почве объясняет принципы работы различных типов датчиков влажности (независимо от производителя), их точность, области применения и порядок установки таких датчиков, а также тонкости полученных таким образом данных. Также рассматриваются другие параметры почвы, связанные с сельскохозяйственными культурами.
Компендиум по содержанию влаги в почве (объяснение датчиков содержания влаги в почве)
Мониторинг орошения с помощью датчиков влажности почвы
Практический обзор влажности почвы в 2010 году
When2Water Sensors Учебные пособия по использованию датчиков и тензиометров при планировании орошения

[1] Arnold, James E. "Soil Moisture". NASA . Получено 15 июня 2015 г. Влажность почвы трудно определить, она означает разные вещи в разных дисциплинах. Например, понятие влажности почвы у фермера отличается от понятия у управляющего водными ресурсами или синоптика. Однако, как правило, влажность почвы — это вода, которая удерживается в промежутках между частицами почвы. Поверхностная влажность почвы — это вода, которая находится в верхних 10 см почвы, тогда как влажность почвы в корневой зоне — это вода, которая доступна растениям, которая, как правило, считается находящейся в верхних 200 см почвы.^{[ мертвая ссылка ‍ ]}

[2] Blonquist, JM (апрель 2005 г.). "Датчик передачи во временной области с характеристиками производительности TDR" (PDF) . Journal of Hydrology . 314 ( 1– 4): 235– 245. Bibcode :2005JHyd..314..235B. doi :10.1016/j.jhydrol.2005.04.005. Архивировано (PDF) из оригинала 19 октября 2016 г. . Получено 31 января 2016 г. .

[3] Gaikwad, Pramod (2015). «Датчик типа гальванической ячейки для анализа влажности почвы». Аналитическая химия . 87 (14): 7439– 7445. doi :10.1021/acs.analchem.5b01653. PMID 26098202.

[4] Кевин Хандрек. Хорошие сады с меньшим количеством воды , Csiro Publishing, 2008 ISBN 0643094709 страницы 79-81

[5] Decagon Devices "Список рецензируемых публикаций с использованием датчиков влажности почвы Decagon. Архивировано 04.03.2016 в Wayback Machine ". Получено: 20 июля 2015 г.