Kapacitatīvie augsnes sensori ir viena no visizplatītākajām metodēm mūsdienu augsnes mitruma mērīšanā (parasti pieder pie frekvenču domēna reflektometrijas (FDR) veida). Galvenais princips ir netieši iegūt augsnes tilpuma mitruma saturu, izmērot tās dielektrisko konstanti. Tā kā ūdens dielektriskā konstante (aptuveni 80) ir daudz augstāka nekā citiem augsnes komponentiem (aptuveni 1 gaisam un aptuveni 3–5 augsnes matricai), kopējās augsnes dielektriskās konstantes izmaiņas galvenokārt ir atkarīgas no mitruma satura.
Tās galvenās iezīmes ir šādas:
I. Galvenās stiprās puses un priekšrocības
1. Zemas izmaksas un viegli popularizēt
Salīdzinot ar augstas precizitātes laika domēna reflektometrijas (TDR) sensoriem, kapacitatīvajiem sensoriem ir zemākas elektroniskās komponentes un ražošanas izmaksas, kas ļauj tos plaši pielietot scenārijos, kuros nepieciešama liela mēroga izvietošana, piemēram, viedajā lauksaimniecībā un dārza apūdeņošanā.
2. Īpaši zems enerģijas patēriņš
Pašām kapacitatīvajām mērīšanas shēmām ir ļoti zems enerģijas patēriņš, un tās ir ļoti piemērotas ilgtermiņa lauka uzraudzībai un lietu interneta lietojumprogrammām, ko darbina baterijas un saules paneļi. Tās var darboties nepārtraukti mēnešiem vai pat gadiem ilgi.
3. To var nepārtraukti uzraudzīt ilgu laiku
Salīdzinot ar žāvēšanas metodi, kurai nepieciešama manuāla darbība, kapacitatīvos sensorus var aprakt augsnē, lai veiktu nepārtrauktu, automātisku datu vākšanu bez uzraudzības, un tie var uztvert augsnes mitruma dinamisko izmaiņu procesu, piemēram, apūdeņošanas, nokrišņu un iztvaikošanas ietekmi.
4. Kompakts izmērs un viegli uzstādāms
Sensori parasti ir konstruēti kā zondes. Vienkārši izurbiet caurumu mērīšanas pozīcijā un ievietojiet zondi vertikāli augsnē, minimāli bojājot augsnes struktūru.
5. Laba stabilitāte un nav radioaktivitātes
Atšķirībā no neitronu skaitītājiem, kapacitatīvajiem sensoriem nav nepieciešami radioaktīvi avoti, tie ir droši lietošanā un tiem nav nepieciešama īpaša atļauja vai aizsardzība.
6. Integrējams un inteliģents
To ir ļoti viegli integrēt ar datu savācējiem un bezvadu pārraides moduļiem (piemēram, 4G/LoRa/NB-IoT), lai izveidotu pilnīgu augsnes mitruma monitoringa tīklu. Lietotāji var attālināti skatīt datus reāllaikā, izmantojot mobilo tālruni vai datoru platformas.
II. Ierobežojumi un izaicinājumi
Mērījumu precizitāti ietekmē vairāki faktori
Augsnes tekstūras ietekme: Kalibrēšanas līknes māla, smilšmāla un smilšainai augsnei atšķiras. Sensori parasti tiek kalibrēti ar standarta smiltīm un augsni, kad tie tiek izvadīti no rūpnīcas. Tieša lietošana dažādas tekstūras augsnēs radīs kļūdas.
Augsnes elektrovadītspējas (sāļuma) ietekme: Tas ir viens no galvenajiem kapacitatīvo sensoru kļūdu avotiem. Sāls joni augsnē var traucēt elektromagnētiskajiem laukiem, izraisot augstākas izmērītās vērtības. Sāļā augsnē mērījumu precizitāte ievērojami samazināsies.
Augsnes sablīvēšanās un porainības ietekme: Mērījumu rezultātu precizitāti ietekmē tas, vai zonde cieši saskaras ar augsni un vai augsnē ir lielas poras vai akmeņi.
Temperatūras ietekme: Dielektriskā konstante mainās atkarībā no temperatūras. Augstas kvalitātes sensoriem ir iebūvēti temperatūras sensori kompensācijai, taču kompensācijas efekts ir ierobežots.
2. Nepieciešama kalibrēšana uz vietas
Lai iegūtu augstas precizitātes mērījumu rezultātus, īpaši specifiskos augsnes tipos, parasti ir nepieciešama kalibrēšana uz vietas. Tas nozīmē, ka tiek savākti augsnes paraugi, faktiskais mitruma saturs tiek mērīts ar standarta žāvēšanas metodi un pēc tam salīdzināts ar sensoru rādījumiem, lai izveidotu lokalizētu kalibrēšanas vienādojumu. Šis ir izšķirošs solis, lai nodrošinātu datu precizitāti, taču tas arī palielina lietošanas izmaksas un tehnisko slieksni.
3. Mērījumu diapazons ir relatīvi lokāls
Sensora mērījumu diapazons ir ierobežots ar ierobežotu augsnes tilpumu ap zondi (t. i., sensora “jutīgo zonu”). Šī zona parasti ir ļoti maza (daži kubikcentimetri), tāpēc mērījumu rezultāts atspoguļo “punkta” informāciju. Lai izprastu augsnes mitruma apstākļus visā laukā, ir jāizveido vairāki punkti.
4. Ilgtermiņa stabilitāte un novirze
Ja zonde ilgstoši tiek aprakta augsnē, tās metāls var novecot elektrolītiskās korozijas vai ķīmiskas iedarbības dēļ, izraisot mērījumu vērtību novirzi. Nepieciešama regulāra pārbaude un atkārtota kalibrēšana.
III. Piemērojamie scenāriji un atlases ieteikumi
Ļoti piemēroti scenāriji
Viedā lauksaimniecība un precīzā apūdeņošana: augsnes mitruma dinamikas uzraudzība, laistīšanas laika un ūdens daudzuma noteikšana, ūdens taupīšanas un ražošanas palielināšanas nodrošināšana.
Ainavu apzaļumošana un golfa laukuma uzturēšana: automatizēto apūdeņošanas sistēmu galvenie sensori.
Zinātniskā pētniecība: Pētījumi tādās jomās kā ekoloģija, hidroloģija un meteoroloģija, kuriem nepieciešama ilgstoša un nepārtraukta augsnes mitruma uzraudzība.
Ģeoloģisko katastrofu agrīnā brīdināšana: uzraugiet augsnes mitrumu nogāzēs un ceļu gultnēs, lai brīdinātu par zemes nogruvumu riskiem.
Situācijas, kurās nepieciešama piesardzība lietošanā:
Apgabalos ar augstu sāļumu un augstu sārmu saturu augsnē: ja vien netiek izmantoti speciāli izstrādāti un kalibrēti modeļi, datu ticamība ir zema.
Metroloģiskās sertifikācijas scenārijos ar ārkārtīgi augstām absolūtās precizitātes prasībām: šajā laikā var būt nepieciešams apsvērt dārgākus TDR sensorus vai tieši izmantot žāvēšanas metodi.
Vienkārši sakot, kapacitatīvie augsnes sensori ir “izmaksu ziņā efektīvs” risinājums. Lai gan laboratorijas līmenī tie, iespējams, nesniedz absolūti precīzas vērtības, tie var ļoti labi atspoguļot augsnes mitruma relatīvās izmaiņas un modeli no sausas līdz mitrai. Lielākajā daļā ražošanas un pārvaldības lēmumu tam jau ir liela vērtība. Pareiza to īpašību izpratne un laba kalibrēšana ir atslēga uz to efektīvu izmantošanu.
Lai iegūtu plašāku informāciju par augsnes sensoriem, lūdzu, sazinieties ar Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Uzņēmuma tīmekļa vietne:www.hondetechco.com
Publicēšanas laiks: 2025. gada 1. decembris