طراحي، ساخت و آزمون استاتيكي حسگر خازني رطوبت سنج خاك قابل نصب روي فروسنج افقي چندنوكي

Design, Development and Static Evaluation of Soil Moisture Capacitance Sensor Mountable on Multiple-tip Horizontal Penetrometer

در اين پژوهش يك حسگر خازني دوحلقه اي قابل نصب روي فروسنج هاي افقي چندنوكي طراحي و ساخته شد. اندازه و شكل ميدان الكتريكي اطراف حسگر با هدف مطمئن شدن از عدم تداخل ميدان هاي حسگرهاي نصب شده روي دو پراب فروسنج با استفاده از المان محدود تخمين زده شد. سپس، عملكرد حسگر در سطوح مختلف رطوبت حجمي ارزيابي گرديد. بيشترين شعاع خاكي كه در ميدان الكتريكي حسگر قرار مي گيرد، در خاك كاملا مرطوب برابر با 30 ميلي متر از مركز آن است؛ لذا، بكارگيري حسگر در تركيب با فروسنج هايي كه در فاصله 10 سانتي متري از يكديگر قرار دارند، موجب تداخل ميدان الكتريكي حسگرها نمي شود. افزايش رطوبت حجمي، موجب كاهش ولتاژ خروجي حسگر (0/91=R2) مي شود. حسگر خازني ابزاري مناسب براي اندازه گيري رطوبت خاك در محدوده صفر تا حداشباع است كه مي تواند در تركيب با فروسنج افقي چندنوكي، به وسيله اي براي اندازه گيري همزمان مقاومت و رطوبت خاك در چند عمق به طور مستقل مبدل شود.

In this study, a two-ring capacitive sensor mountable on multiple-tip horizontal penetrometers has been developed. The size and shape of the electric field around the sensor was estimated to ensure that the sensor fields are not interfered with the adjacent probes of the multiple-tip penetrometer using finite element. The sensor function was then evaluated at different levels of volumetric moisture. The maximum radius of the soil located in the sensor’s electric field is 30 mm in the wetted soil. So the usage of the sensor in combination with the penetrometers at distance of 10 cm from each other would not cause the interference of the electric fields of the sensors. Increasing volumetric moisture reduces the output voltage of sensor (R2=0.91). The developed capacitive sensor is a suitable devise for measuring soil moisture in the range of 0-PL which can be used to measure simultaneously resistance and soil moisture in several depths independently in combination with multiple-tip horizontal penetrometers.