مبدأ عمل مستشعر درجة حرارة ورطوبة التربة لمراقبة رطوبة التربة

مبدأ عمل مستشعر درجة حرارة ورطوبة التربة لمراقبة رطوبة التربة

تُعدّ التربة أحد الموارد الطبيعية التي يعتمد عليها الإنسان للبقاء، وهي أساس نمو النباتات وتطورها. وترتبط حالة التربة ارتباطًا وثيقًا ببقاء المجتمع البشري وتكاثره. فإلى جانب النباتات المزروعة مائيًا، تُعدّ رطوبة التربة المصدر الرئيسي لامتصاص النباتات للماء. كما يرتبط ذوبان وامتصاص الأسمدة المختلفة في التربة، وتحلل المواد العضوية وتحولها، ارتباطًا وثيقًا بمحتوى رطوبة التربة.

يُعدّ محتوى رطوبة التربة المعيار الأساسي لقياسها، أي النسبة المئوية لوزن التربة إلى وزن الرطوبة. ويُعتبر قياس محتوى الماء في التربة وفهم احتياجات المحاصيل المائية ذا أهمية بالغة للإنتاج الزراعي. تشمل الطرق الحالية لقياس رطوبة التربة: طريقة الوزن الجاف، وطريقة قياس التوتر السطحي، وطريقة المقاومة، وطريقة النيوترونات، وطريقة أشعة غاما، وطريقة نسبة الموجة الموقوفة، والطريقة البصرية، وقياس الانعكاس الزمني (TDR)، وطريقة التذبذب عالي التردد (FDR)، وغيرها. ومن بين هذه الطرق، تُعدّ طريقة الوزن الجاف وطريقة المقاومة من أكثر الطرق شيوعًا وبساطة.

طريقة التجفيف:

تُعدّ طريقة التجفيف من أكثر الطرق شيوعًا لقياس رطوبة التربة، وهي طريقة معيارية أيضًا. وتتلخص في أخذ كمية محددة من التربة من الحقل، ثم وضعها في فرن عند درجة حرارة 105 درجة مئوية حتى تجف. ويُشترط في طريقة التجفيف أن يكون وزن التربة ثابتًا قبل التجفيف وبعده مرتين. وتُمثل نسبة الرطوبة المفقودة بعد التجفيف محتوى رطوبة التربة. وتُحسب هذه النسبة باستخدام الصيغة التالية: محتوى رطوبة التربة = (الوزن قبل التجفيف / الوزن بعد التجفيف) × 100%، حيث يُمثل الوزن قبل التجفيف وزن التربة بعد التجفيف، أي الفرق بين الوزن قبل التجفيف ووزن التربة بعد التجفيف.

طريقة المقاومة:

تعتمد طريقة قياس المقاومة على مقاومة الجبس والنايلون والألياف الزجاجية، وغيرها، والتي ترتبط بمحتواها المائي. عند وضع هذه المواد الوسيطة مع الأقطاب الكهربائية في تربة رطبة، وبعد فترة من الزمن، يصل محتواها المائي إلى حالة التوازن. ونظرًا للعلاقة بين المقاومة والمحتوى الرطوبي، فقد قمنا مسبقًا بمعايرة علاقة معينة بين المقاومة والنسبة المئوية، ومن ثم يمكننا استخدام هذه المكونات للحصول على قراءات الرطوبة ضمن نطاق امتصاص يتراوح بين 1 و15 ضغطًا جويًا.

تُعدّ القيمة المقاسة بطريقة التجفيف دقيقة، لكنها تعاني من ضعف الأداء في الوقت الفعلي. وللحصول على قياس سريع، يُمكننا استخدام مستشعر درجة حرارة ورطوبة التربة. إذ تُوفّر تقنيتا قياس الانعكاس الزمني (TDR) أو التذبذب عالي التردد (FDR) في هذا المستشعر معلومات أكثر دقة حول محتوى رطوبة التربة في الوقت الفعلي.

طريقة TDR:

يُعرف هذا الأسلوب في الصين باسم "قياس الانعكاس الزمني" (TDR)، وهو طريقة لقياس رطوبة التربة طُوّرت في ثمانينيات القرن الماضي. يُعدّ هذا الأسلوب شائعًا جدًا في العديد من الدول الأجنبية، بينما في الصين، لم يُستخدم إلا في السنوات الأخيرة، إلا أنه حظي باهتمام كبير من مختلف الجهات فور ظهوره. يُعتبر نقل بيانات TDR في المجال الزمني طريقة شائعة لمراقبة رطوبة التربة بسرعة. ويعتمد مبدأ عمله على نقل شكل الموجة عبر خط نقل غير متطابق، حيث يكون شكل الموجة عند أي نقطة على خط النقل هو مجموع شكل الموجة الأصلي وشكل الموجة المنقولة. يبلغ زمن استجابة جهاز TDR حوالي 10-20 ثانية، مما يجعله مناسبًا للقياسات المتنقلة والمراقبة الثابتة.

تتميز تقنية قياس الانعكاس الزمني (TDR) باستقلالية عالية، ولا تتأثر نتائجها بشكل أساسي بالعوامل البيئية كنوع التربة وكثافتها ودرجة حرارتها. إضافةً إلى ذلك، تتميز هذه التقنية بقدرتها على قياس رطوبة التربة في ظروف التجمد، وهي ميزة لا تضاهيها الطرق الأخرى. كما أنها قادرة على رصد محتوى الماء والأملاح في التربة في آنٍ واحد، مع تطابق شبه تام بين نتائج القياسين. وهذا دليل قاطع على دقة هذه الطريقة.

طريقة FDR:

يُعرف أسلوب FDR في اللغة الصينية باسم أسلوب التذبذب عالي التردد، وقد ظهر بعد أسلوب TDR بقليل. في البداية، ونظرًا لارتفاع تكلفة أجهزة TDR، طورت شركات أجنبية مثل AquaSPY وSentek أسلوب FDR لإيجاد طريقة أبسط لقياس ثابت العزل الكهربائي للتربة. يتميز أسلوب FDR بأنه أقل تكلفة من TDR، كما أنه أسرع في القياس. بعد معايرة التربة، تكون دقة القياس عالية، ولا يتقيد شكل المجس بأي شكل، ويمكن قياس أعماق متعددة في الوقت نفسه، مما يُسهّل عملية جمع البيانات.

تعتمد طريقة FDR على مبدأ عمل النبض الكهرومغناطيسي، وتقيس السماحية الظاهرية للتربة وفقًا لتردد انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الوسط، وذلك للحصول على المحتوى المائي الحجمي للتربة.

لم يعد رصد رطوبة التربة مقتصراً على رصد رطوبة التربة الزراعية فحسب، بل أصبح ضرورياً أيضاً في العديد من المباني الهندسية مثل السكك الحديدية والطرق السريعة ومحطات الطاقة الكهرومائية والقنوات والمنازل وغيرها، حيث تُعد حالة رطوبة التربة معلومة لا غنى عنها. عندما نحتاج إلى بيانات دقيقة ووقت كافٍ، يمكننا اختيار طريقة التجفيف التقليدية. أما إذا أردنا معرفة رطوبة التربة في الوقت الفعلي، فيمكننا استخدام مستشعر رطوبة التربة. (TDR/FDR).

على مر السنين، أصبح شائعاً جداً حيث يجربه المزيد والمزيد من الناس.

تتمتع شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة بسمعة طيبة في هذا المجال، وهي المورد الرائد لحلول الاستشعار، حيث تقدم خدمات عالية الجودة في مجال حلول الاستشعار للمنازل والشركات في جميع أنحاء العالم. لمزيد من المعلومات حول مستشعرات ريكا.

تركز شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة دائمًا على وضع السوق العالمية وتفهم العوامل المهمة لتصنيع حلول أجهزة الاستشعار.

إذا بدا شيء ما جيدًا لدرجة يصعب تصديقها، فقد يكون كذلك، مما يوفر قيمة لأنظمة مراقبة البيئة تفوق تكلفتها.

تضمن لكم شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة أننا لم نتنازل أبداً عن معايير الجودة لمنتجاتنا.