BGT хөрсний чийгийн мэдрэгч_ Ажлын зарчим, зэрэглэлийн ялгаа ба практик хэрэглээ

1. Оршил: Хөрсний чийгийн хэмжилтийн үндсэн ойлголтууд

Хөрсний чийг нь ургамлын өсөлт, усалгааны үр ашиг, экологийн тэнцвэрт байдалд нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм. Гэсэн хэдий ч 'хөрсний чийгийн мэдрэгч' гэсэн нэр томъёо нь хөрсний усны агууламж ба хөрсний усны чадавхи гэсэн хоёр ялгаатай параметрийг хэмжиж чаддаг тул өвөрмөц чанаргүй байдаг. Тэдний ялгааг ойлгох нь зөв мэдрэгчийг сонгох үндэс суурь юм.

Хөрсний усны агууламж гэдэг нь хөрсөн дэх усны эзлэхүүн буюу жингийн хувийг илэрхийлдэг бөгөөд үүнийг газар дээр нь хэмжихэд эзлэхүүний усны агууламж (VWC) гэж нэрлэдэг. Энэ нь хөрсөн дэх усны хэмжээг шууд харуулдаг тул усны тоон үнэлгээ шаардлагатай хувилбаруудад тохиромжтой. Хөрсний усны потенциал нь эсрэгээрээ хөрсний усны молекулуудын хөрсний тоосонцортой наалдсанаас хамаардаг хөрсний усны энергийн төлөв байдлыг тодорхойлдог. Энэ нь ургамал ус шингээхэд хүндрэлтэй байгааг илтгэж, ургамлын усны нөөц, хөрсний усны хөдөлгөөнийг урьдчилан таамаглахад тохиромжтой.

Зах зээл нь энгийн залгах төрлийн төхөөрөмжөөс эхлээд микропроцессортой нэгдсэн электрон мэдрэгч хүртэлх өргөн хүрээний хөрсний чийг мэдрэгчийг санал болгодог. Энэ олон янз байдал нь ялангуяа найдвартай, нийтлэх боломжтой судалгааны өгөгдөлд мэдрэгч сонгоход ихэвчлэн төөрөгдөл үүсгэдэг. Энэхүү нийтлэл нь хэрэглэгчдэд мэдээлэлтэй сонголт хийхэд туслах зорилгоор нийтлэг мэдрэгч технологи, тэдгээрийн шинж чанар, практик хэрэглээг системтэйгээр эрэмбэлдэг.

2. Хөрсний чийгийн мэдрэгчийн ангилал ба ажиллах зарчим

Хөрсний чийгийн мэдрэгчийг хэмжилтийн зарчим, масштабаар ангилж болно. Талбай эсвэл талбайн тодорхой байршилд хэмжилт хийдэг in-situ мэдрэгч нь хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Нийтлэг төрлүүдэд эсэргүүцэл мэдрэгч, диэлектрик нэвтрүүлэх мэдрэгч (TDR, FDR, багтаамж), нейтрон мэдрэгч, COSMOS мэдрэгч орно. Эдгээрийн дотроос эсэргүүцэл ба диэлектрик мэдрэгч нь хамгийн түгээмэл бөгөөд тэдгээрийн ажиллах зарчмуудыг доор дэлгэрэнгүй харуулав.

2.1 Эсэргүүцлийн мэдрэгч

Эсэргүүцлийн мэдрэгч нь хоёр электродын хооронд хүчдэлийн зөрүү үүсгэж, хөрсөөр бага хэмжээний гүйдэл гүйх боломжийг олгодог. Гүйдэл нь хөрсний усан дахь ионуудаар дамждаг тул мэдрэгч нь хөрсний эсэргүүцэл эсвэл цахилгаан дамжуулах чанарыг хэмжих замаар усны агууламжийг тодорхойлдог. Онолын хувьд хөрсний усны агууламж нэмэгдэхийн хэрээр эсэргүүцэл буурдаг. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь хөрсний ионы концентраци тогтмол хэвээр байна гэсэн чухал таамаглал дээр тулгуурладаг бөгөөд энэ нь бодит нөхцөлд ихэвчлэн зөрчигддөг.

2.2 Диэлектрик нэвтрүүлэх мэдрэгч (TDR, FDR, багтаамж)

Диэлектрик мэдрэгч нь усны агууламжийг тодорхойлохын тулд хөрсний цэнэгийг хадгалах чадварыг (диэлектрик тогтмол) хэмждэг. Хөрсний бүрэлдэхүүн хэсэг (хатуу бодис, ус, агаар) тус бүр нь өвөрмөц диэлектрик тогтмолтай: агаар 1, хөрсний хатуу бодис 3-6 орчим, ус 80 хүртэл өндөр байна. Хөрсний хатуу бодисын хэмжээ харьцангуй тогтвортой байдаг тул хөрсний диэлектрик дамжуулалтын өөрчлөлт нь ус, агаарын агууламжийн өөрчлөлтийг голчлон тусгаж, VWC-ийг үнэн зөв хэмжих боломжийг олгодог.

Төрөл бүрийн диэлектрик мэдрэгч нь янз бүрийн хэмжилтийн аргыг ашигладаг.

• TDR (Time-Domain Reflectometry) мэдрэгч : Дамжуулах шугамын дагуу ойсон цахилгаан долгионы аялах хугацааг хэмжинэ. Аяллын хугацаа нь хөрсний диэлектрик тогтмол, улмаар VWC-тэй хамааралтай байдаг. TDR дохио нь янз бүрийн давтамжийг агуулж, хөрсний давсжилтаас үүсэх алдааг бууруулдаг.

• FDR (Frequency-Domain Reflectometry) мэдрэгч : Цахилгаан хэлхээний резонансын давтамжийг хэмжихэд хөрсийг конденсатор элемент болгон ашиглана. Резонансын давтамж нь хөрсний диэлектрик дамжуулалтаар өөрчлөгдөж, дараа нь VWC болж хувирдаг.

• Багтаамж мэдрэгч : Хөрсний багтаамжийг (цэнэг хадгалах багтаамж) шууд хэмжиж, VWC-д тохируулна. Өндөр давтамжийн багтаамж мэдрэгч нь ионы туйлшралаас зайлсхийж, хөрсний давсжилтын нөлөөллийг багасгадаг.

2.3 Нейтрон мэдрэгч ба COSMOS мэдрэгч

Нейтрон мэдрэгч нь хурдан нейтрон ялгаруулдаг бөгөөд хөрсний усан дахь устөрөгчийн атомуудтай мөргөлдөх үед удааширдаг. Мэдрэгч нь усны агууламжийг тодорхойлохын тулд удаан нейтронуудын тоог хэмждэг. Энэ нь хэмжилтийн хэмжээ ихтэй, давсжилтад мэдрэмтгий биш боловч цацрагийн гэрчилгээ шаарддаг тул тасралтгүй хэмжилт хийх боломжгүй.

COSMOS мэдрэгч нь том талбайд (800 метрийн диаметр) усны дундаж хэмжээг хэмжихэд сансрын цацрагийн нейтроныг ашигладаг. Эдгээр нь автоматжуулсан, хөрс мэдрэгчтэй холбоо барих асуудалд өртдөггүй бөгөөд хиймэл дагуулын зайнаас тандан судлах өгөгдлийг баталгаажуулахад тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь үнэтэй бөгөөд хэмжилтийн хэмжээ нь муу тодорхойлогддог.

3. Судалгааны зэрэглэлийн болон судалгааны бус түвшний мэдрэгчүүдийн ялгаа

Бүх хөрсний чийг мэдрэгч нь судалгааны стандартад нийцдэггүй. Гол ялгаа нь нарийвчлал, тогтвортой байдал, хүрээлэн буй орчны нөлөөлөлд тэсвэртэй байдал зэрэгт оршдог бөгөөд мэдрэгчийн төрөл, дизайн нь гол хүчин зүйл юм.

3.1 Эсэргүүцлийн мэдрэгч яагаад судалгааны зэрэгтэй байдаггүй вэ?

Эсэргүүцлийн мэдрэгч нь хямд, нэгтгэхэд хялбар, бага чадалтай тул гэрийн цэцэрлэгжүүлэлт эсвэл шинжлэх ухааны үзэсгэлэнгийн төслүүдэд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч тэд гурван чухал шалтгааны улмаас судалгааны шаардлагыг хангаж чадахгүй байна:

1. Давсны мэдрэмж : Хөрсний ионы концентраци нь одоогийн урсгалд шууд нөлөөлдөг. Усны тогтмол агууламжтай байсан ч давсжилтын өөрчлөлт (бордоо, усалгааны ус эсвэл хөрсний төрлөөс) мэдрэгчийн заалтыг эрс өөрчилдөг. Шалгалт тохируулгын муруйнууд нь хөрсний цахилгаан дамжуулах чанарт бага зэрэг өөрчлөлт орсон тохиолдолд дарааллаар шилжиж болно.

2. Нарийвчлал муу : Шалгалт тохируулга нь хөрсний онцлог шинж чанартай бөгөөд мэдрэгч нь цаг хугацааны явцад муудаж, найдваргүй өгөгдөлд хүргэдэг.

3. Хязгаарлагдмал хэрэглэх боломж : Тэд зөвхөн 'нойтон' ба 'хуурай' нөхцлүүдийг ялгах боломжтой бөгөөд судалгаанд шаардлагатай VWC-ийн тоон мэдээллийг өгөхгүй.

3.2 Судалгааны түвшний мэдрэгчийн шинж чанар

Судалгааны түвшний мэдрэгчүүд нь үндсэндээ диэлектрик дээр суурилсан (TDR, FDR, багтаамж) дараах шинж чанаруудтай:

1. Өндөр давтамжийн хэмжилт : 50 МГц ба түүнээс дээш давтамжтай ажилладаг мэдрэгчүүд нь ионы туйлшралыг багасгаж, давсжилтын хөндлөнгийн оролцоог бууруулдаг. Бага давтамжийн диэлектрик мэдрэгчүүд (жишээлбэл, хямд кГц давтамжийн мэдрэгч) нь эсэргүүцэл мэдрэгчтэй адил ажилладаг бөгөөд судалгааны чанартай биш юм.

2. Нарийвчилсан шалгалт тохируулга : Хөрсний тусгай тохируулгын тусламжтайгаар тэд VWC хэмжилтийн нарийвчлалд 2-3% хүрдэг. Бөөн нягтрал, шаврын агууламж зэрэг хүчин зүйлүүд нь тохируулгад бага зэрэг нөлөөлдөг бөгөөд үүнийг дэвшилтэт дизайнаар багасгаж болно.

3. Тогтвортой байдал, бат бөх байдал : Эдгээр нь удаан хугацааны туршид гүйцэтгэлийг хадгалж, тасралтгүй хэмжилтийг дэмждэг бөгөөд талбайн хүнд нөхцөлд тэсвэртэй байдаг.

4. Стандартчилагдсан гүйцэтгэл : Эдгээр нь эрдэм шинжилгээний шүүмжлэгчдийн хүлээн зөвшөөрсөн найдвартай, хуулбарлах боломжтой өгөгдлийг гаргадаг. Өндөр чанарын диэлектрик мэдрэгч нь хөрсний чийгийн хэмжилтийн алтан стандарт болох TDR-тэй дүйцэхүйц үр дүнг өгдөг нь судалгаагаар батлагдсан.

4. Мэдрэгчийг сонгох, суурилуулах гол хүчин зүйлүүд

4.1 Мэдрэгчийг сонгох шалгуур

Сонголтыг дараах хүчин зүйлсийг харгалзан хэрэглээний хэрэгцээнд үндэслэн хийх ёстой.

Мэдрэгчийн төрөл	Давуу тал	Сул талууд	Хамгийн тохиромжтой програмууд
Эсэргүүцэл	Бага зардал, бага эрчим хүч, хялбар нэгтгэх	Нарийвчлал муу, давсжилтад мэдрэмтгий, богино наслалт	Гэрийн цэцэрлэгжүүлэлт, нойтон/хуурай үндсэн хяналт
TDR	Өндөр нарийвчлалтай, давсжилтын мэдрэмжгүй, эрдэм шинжилгээний хувьд хүлээн зөвшөөрөгдсөн	Нарийн төвөгтэй суурилуулалт, өндөр эрчим хүчний хэрэглээ, үнэтэй	Лабораторийн судалгаа, одоо байгаа системтэй урт хугацааны хээрийн судалгаа
Багтаамж	Өндөр нарийвчлал, хялбар суурилуулалт, бага эрчим хүч, зардал багатай	Өндөр түвшинд давсжилт мэдрэмтгий (>8 дС/м)	Талбайн олон цэгийн хяналт, усалгааны хуваарь, бага эрчим хүчний систем
Нейтрон датчик	Хэмжилтийн хэмжээ их, давсжилтын мэдрэмжгүй	Үнэтэй, цацрагийн гэрчилгээ шаардлагатай, цаг хугацаа их шаарддаг	Өндөр давсжилттай хөрс, одоо байгаа гэрчилгээтэй шаварлаг шавар
КОСМОС	Том хэмжээний хэмжилт, автоматжуулсан, хиймэл дагуулын өгөгдлийг баталгаажуулах	Хамгийн үнэтэй, тодорхойгүй хэмжилтийн хэмжээ	Бүс нутгийн усны агууламжийн дундаж, хиймэл дагуулын мэдээллийн газрын үнэнийг тогтоох

4.2 Суурилуулалтын шилдэг туршлага

Агаарын цоорхой, хөрсний хүрэлцэхгүй байдал нь алдааны гол шалтгаан болдог тул зөв суурилуулалт нь мэдрэгчийн нарийвчлалд маш чухал юм. Гол удирдамжид дараахь зүйлс орно.

1. Сайтын сонголт : Мэдрэгчийг өндөр цэгүүд, хонхорууд, эргэх дугуйны замаас зайлсхийж, төлөөлөх газруудад байрлуул. Усалгааны хуваарь гаргахын тулд үр тарианы үндэс бүсийн гүний 1/3 ба 2/3 хэсэгт хосыг суулгана.

2. Суурилуулах арга : Мэдрэгчийг хөрсөнд перпендикуляр байлгахын тулд үйлдвэрлэгчээс санал болгосон багаж хэрэгслийг (жишээлбэл, цооног суурилуулах хэрэгсэл) ашиглана уу. Хэт том нүх гаргахаас зайлсхийх; агаарын цоорхойг арилгахын тулд зохих нягтралыг ашиглана. Хөрсний бүтцийг өөрчилдөг тул хөрсний зутан хэрэглэж болохгүй.

3. Олон гүн ба олон байршилд байрлуулах : Орон зайн хэлбэлзлийг, ялангуяа холимог хөрстэй талбайд мэдрэхийн тулд олон гүн, байршилд мэдрэгч суурилуул.

5. IoT-ээр хангагдсан хөрсний чийгийн мэдрэгч бүхий системүүд

Орчин үеийн хөрсний чийгийн хяналт нь IoT технологид тулгуурлан мэдээлэл цуглуулах, алдааг хойшлуулах зэрэг уламжлалт сорилтуудыг даван туулах болно. IoT-д суурилсан системүүд (жишээ нь, үүлэнд суурилсан платформууд) судалгааны ажлын урсгалыг оновчтой болгохын тулд мэдрэгч, өгөгдөл бүртгэгч, програм хангамжийг нэгтгэдэг.

5.1 IoT системийн үндсэн давуу талууд

• Алсын зайнаас өгөгдлийн менежмент : Excel, R, эсвэл MatLab дээр дүн шинжилгээ хийх зорилгоор татан авалтыг дэмждэг хөтөчөөр дамжуулан бодит цагийн өгөгдөлд хандах. Алсын тохиргоог хийснээр ойр ойрхон газар дээр очих шаардлагагүй болно.

• Алдааны дохиолол : Аномалийн (жишээ нь, мэдрэгчийн эвдрэл, зорилтот хүрээнээс гарсан өгөгдөл) тухай өдөр тутмын имэйлийн дохиолол нь алдааг цаг тухайд нь олж засварлах боломжийг олгодог.

• Оролцогч талуудын хамтын ажиллагаа : Үүлэн хадгалалт нь бүх эрх бүхий оролцогч талуудад өгөгдөлд байнгын нэвтрэх боломжийг олгож, байгууллага хоорондын хамтын ажиллагаа, төслийн тасралтгүй ажиллагааг хөнгөвчилдөг.

• Хялбаршуулсан байршуулалт : Залгаад тоглуулах мэдрэгч болон Bluetooth/Cloud тохиргоо нь тохиргооны нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулдаг. Нэгдсэн GPS нь сайтын хяналтыг хялбаршуулдаг.

IoT системүүд нь гарын авлагын хөдөлмөр, мэдээллийн удирдлагын зардлыг бууруулснаар судлаачдад захиргааны ажил гэхээсээ илүү үндсэн судалгаанд анхаарлаа хандуулах боломжийг олгодог.

6. Усалгааны хуваарьт хөрсний чийгийн мэдрэгчийг ашиглах

Хөрсний чийгийн мэдрэгчийг ус ашиглалтын үр ашгийг дээшлүүлэх, ургацыг нэмэгдүүлэх, шим тэжээлийн шингээлтийг багасгах зорилгоор усалгааны хуваарь гаргахад өргөн ашигладаг. Энэ зорилгоор хоёр төрлийн мэдрэгчийг ихэвчлэн ашигладаг: VWC мэдрэгч ба хөрсний хурцадмал мэдрэгч.

6.1 Усалгааны хуваарь гаргах VWC мэдрэгч

VWC мэдрэгч нь хөрсөн дэх усны бодит хэмжээг хэмждэг. Усалгааны өдөөлтийг хөрсний усны хомсдолыг (SWD) тооцоолох замаар тодорхойлно.

SWD (инч) = (Талбайн багтаамж VWC × эх бүсийн гүн) - (Одоогийн VWC × эх бүсийн гүн)

Талбайн хүчин чадал (FC) нь хүчтэй усалгаа эсвэл борооны дараах 12-24 цагийн дараа VWC юм. Удирдлагын зөвшөөрөгдөх хомсдол (MAD) гэж нэрлэгддэг SWD нь боломжит усны багтаамжийн (AWC) 30-50% -д хүрэх үед ихэнх үр тариа усны дарамтанд ордог. SWD MAD-д ойртох үед усалгааг эхлүүлэх хэрэгтэй.

6.2 Усалгааны хуваарь гаргах хөрсний хурцадмал мэдрэгч

Хөрсний хурцадмал мэдрэгч нь ургамлаас ус гаргаж авахад шаардагдах энергийг хэмждэг бөгөөд үүнийг центибараар (cb) илэрхийлдэг. Хөрс хатаах үед хурцадмал байдал нэмэгддэг: 0-20 cb (нойтон), 20-50 cb (чийглэг), >50 cb (хуурай). Бүдүүн бүтэцтэй хөрсний хувьд ургацын стрессээс зайлсхийхийн тулд хурцадмал байдал 25-45 кб хүрэхээс өмнө усалгаа хийхийг зөвлөж байна.

Хөрсний хурцадмал байдлын утгыг хөрсний тусгай график ашиглан SWD болгон хувиргаж, усалгааны талаар нарийн шийдвэр гаргах боломжтой. Усалгааны дараах хэмжилтүүд нь усалгааны хүрэлцээг баталгаажуулахад тусалдаг: тэг хурцадмал байдал нь хэт их усалгааг илтгэж болох бөгөөд хурцадмал байдал өөрчлөгдөөгүй нь дутуу усалгааг илтгэнэ.

7. Дүгнэлт

Хөрсний чийг мэдрэгч нь хөдөө аж ахуй, байгаль орчны судалгаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Мэдрэгчийг зөв сонгохын тулд усны агууламж ба усны боломжит хэмжилтийг ялгах, судалгааны түвшний (диэлектрик дээр суурилсан) болон судалгааны бус (эсэргүүцэл) мэдрэгчүүдийн хоорондын ялгааг ойлгох шаардлагатай. Өндөр давтамжийн диэлектрик мэдрэгч, зөв ​​суурилуулалт, IoT интеграцчлал нь найдвартай мэдээлэл цуглуулах түлхүүр юм.

Усалгааны хуваарь гэх мэт практик хэрэглээнд мэдрэгч нь усыг хэмнэж, ургацын ургацыг сайжруулдаг өгөгдөлд суурилсан шийдвэр гаргах боломжийг олгодог. Ирээдүйн дэвшил нь мэдрэгчийн дизайныг оновчтой болгох, IoT холболтыг сайжруулах, уур амьсгалын өөрчлөлтийн судалгаа, экосистемийн менежментийн хэрэглээг өргөжүүлэхэд чиглэнэ. Эдгээр технологийг ашигласнаар хэрэглэгчид хөрсний чийгийн менежментийг илүү үр ашигтай, тогтвортой байлгах боломжтой.