Precīzās lauksaimniecības un vides monitoringa jomās augsnes apstākļu izpratne virzās no "neskaidras uztveres" uz "precīzu diagnozi". Tradicionālie viena parametra mērījumi vairs neatbilst mūsdienu lauksaimniecības lēmumu pieņemšanas prasībām. Tādēļ daudzparametru augsnes sensori, kas var vienlaikus un precīzi uzraudzīt augsnes mitrumu, pH līmeni, sāļumu un galvenās barības vielas, kļūst par "Šveices armijas nazi", lai atklātu augsnes noslēpumus un panāktu zinātnisku pārvaldību. Šajā rakstā tiks padziļināti aplūkots, kā šī tehnoloģija tiek realizēta.
I. Galvenais tehniskais princips: Kā "zondēt vairākus objektus ar vienu adatu"?
Daudzparametru augsnes sensori ne tikai apvieno vairākus neatkarīgus sensorus. Tā vietā tie darbojas koordinēti, izmantojot ļoti integrētu sistēmu, galvenokārt izmantojot šādus fizikālos un ķīmiskos pamatprincipus:
Laika domēna reflektometra/frekvences domēna reflektometra tehnoloģija – augsnes mitruma uzraudzība
Princips: Sensors izstaro elektromagnētiskos viļņus un mēra to izmaiņas pēc izplatīšanās augsnē. Tā kā ūdens dielektriskā konstante ir daudz augstāka nekā citām vielām augsnē, augsnes kopējās dielektriskās konstantes izmaiņas ir tieši saistītas ar tilpuma ūdens saturu.
Realizācija: Mērot elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumu vai frekvences izmaiņas, augsnes mitrumu var tieši, ātri un precīzi aprēķināt. Šī ir viena no pašlaik visizplatītākajām un uzticamākajām augsnes mitruma mērīšanas metodēm.
Elektroķīmiskās uztveršanas tehnoloģija – pH vērtības, sāls satura un jonu uzraudzība
pH vērtība: Tiek izmantoti jonu selektīvi lauka efekta tranzistori vai tradicionālie stikla elektrodi. Jutīgā plēve uz tās virsmas reaģē uz ūdeņraža joniem augsnes šķīdumā, radot potenciālu starpību, kas saistīta ar pH vērtību.
Sāļums: Augsnes sāļuma līmeni tieši atspoguļo augsnes šķīduma elektrovadītspējas mērīšana. Jo augstāka ir EK vērtība, jo lielāka šķīstošo sāļu koncentrācija.
Barības vielas: Šī ir daļa ar vislielākajiem tehniskajiem izaicinājumiem. Galvenajām barības vielām, piemēram, slāpeklim, fosforam un kālijam, progresīvie sensori izmanto jonu selektīvus elektrodus. Katram ISE ir selektīva reakcija uz specifiskiem joniem (piemēram, amonija jonu NH₄⁺, nitrāta jonu NO₃⁻ un kālija jonu K⁺), tādējādi novērtējot to koncentrācijas.
Optiskā uztveršanas tehnoloģija – nākotnes zvaigzne barības vielu uzraudzībā
Princips: Tādas metodes kā tuvā infrasarkanā spektroskopija vai lāzera inducēta sabrukšanas spektroskopija. Sensors izstaro augsnē noteikta viļņu garuma gaismu. Dažādas augsnes sastāvdaļas absorbē, atstaro vai izkliedē šo gaismu, veidojot unikālu "spektrālo pirkstu nospiedumu".
Īstenošana: Analizējot šo spektrālo informāciju un apvienojot to ar sarežģītu kalibrēšanas modeli, vienlaikus var atgriezeniski iegūt vairākus parametrus, piemēram, augsnes organisko vielu un slāpekļa saturu. Šī ir jauna veida bezkontakta un reaģentu nesaturoša noteikšanas metode.
II. Sistēmu integrācija un izaicinājumi: Inženierzinātņu gudrība, kas slēpjas aiz precizitātes
Iepriekš minēto tehnoloģiju integrēšana kompaktā zondē un tās ilgtermiņa stabilas darbības nodrošināšana rada ievērojamas problēmas:
Sensoru integrācija: Kā racionāli izvietot katru sensorvienību ierobežotā telpā, lai izvairītos no savstarpējas interferences starp elektromagnētiskajiem signāliem un jonu mērījumiem.
Inteliģenta augsnes sensoru sistēma: Pilnīga sistēma ietver ne tikai pašu zondi, bet arī datu reģistrētāju, enerģijas pārvaldības moduli un bezvadu pārraides moduli, veidojot bezvadu augsnes sensoru tīklu, lai nodrošinātu datu vākšanu reāllaikā un attālinātu pārraidi.
Vides kompensācija un kalibrēšana: augsnes temperatūras izmaiņas var būtiski ietekmēt visus elektroķīmiskos un optiskos mērījumu rezultātus. Tāpēc visi augstas kvalitātes daudzparametru sensori ir aprīkoti ar iebūvētiem temperatūras sensoriem un izmanto algoritmus, lai veiktu reāllaika temperatūras kompensāciju nolasījumiem, kas ir galvenais datu precizitātes nodrošināšanas elements.
Uzraudzība uz vietas un ilgtermiņa stabilitāte: Sensors ir paredzēts ierakšanai augsnē ilgstošai uzraudzībai uz vietas, kas nozīmē, ka tam ir jābūt izturīgam korpusam, lai tas būtu izturīgs pret koroziju, spiedienu un sakņu traucējumiem. Kalibrēšana ir vēl viens milzīgs izaicinājums. Rūpnīcas kalibrēšana bieži vien ir nepietiekama. Lai iegūtu precīzus rādījumus, ļoti svarīga ir kalibrēšana uz vietas konkrētiem augsnes tipiem.
III. Pamatvērtības un pielietojums: kāpēc tas ir svarīgi?
Šis “vienas pieturas” augsnes monitoringa risinājums ir sniedzis revolucionāru vērtību:
Visaptverošs ieskats augsnes veselībā: vairs neskatieties uz ūdeni vai barības vielām atsevišķi, bet gan izprotiet to savstarpējās attiecības. Piemēram, zināšanas par augsnes mitrumu palīdz izskaidrot barības vielu migrācijas efektivitāti; zināšanas par pH vērtību var noteikt NPK barības vielu pieejamību.
Nodrošiniet precīzu apūdeņošanu un mēslošanu: nodrošiniet reāllaika datu atbalstu mainīgas devas tehnoloģijai, lai panāktu apūdeņošanu un mēslošanu pēc pieprasījuma, ievērojami uzlabotu ūdens un mēslojuma izmantošanas efektivitāti, samazinātu izmaksas un vides piesārņojumu.
Realizējiet patiesu reāllaika vides monitoringu: zinātniskiem pētījumiem un ekoloģiskajai aizsardzībai tas var nepārtraukti izsekot augsnes parametru dinamiskajām izmaiņām, sniedzot vērtīgus datus klimata pārmaiņu, piesārņotāju migrācijas u. c. izpētei.
IV. Nākotnes perspektīvas
Nākotnē daudzparametru augsnes sensori attīstīsies, virzoties uz augstāku integrāciju (piemēram, augsnes tenzometra funkciju integrēšanu), zemāku enerģijas patēriņu (paļaujoties uz augsnes enerģijas ieguves tehnoloģiju), lielāku intelektu (ar iebūvētiem mākslīgā intelekta modeļiem datu pašdiagnostikai un prognozēšanai) un zemākām izmaksām. Tehnoloģijām popularizējot, tās kļūs par neaizstājamu infrastruktūru viedajā lauksaimniecībā un digitālajā augsnes pārvaldībā.
Secinājums: Daudzparametru augsnes sensors ir veiksmīgi panācis galveno augsnes parametru sinhronu un precīzu uzraudzību, integrējot vairākas modernākās tehnoloģijas, piemēram, TDR/FDR, elektroķīmiju un optiku, kā arī izmantojot precīzu sistēmu integrāciju un inteliģentus algoritmus. Tas ir ne tikai tehnoloģiju kulminācija, bet arī atslēga, lai mēs varētu virzīties uz jaunu precīzās lauksaimniecības ēru, kas ir resursus taupoša un videi draudzīga.
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 29. septembris