ساخت و ارزیابی حسگرهای پایش رطوبت خاک مبتنی بر سازه های الیافی

کمبود منابع آب در پی خشکسالی ها و مدیریت نادرست مصرف آب، توجه به ارائه راهکارهای موثر در افزایش بهره وری آب به ویژه در بخش کشاورزی را بیش از پیش ضروری ساخته است. یکی از مهمترین راهکارها در این خصوص استفاده از سامانه های پایش رطوبت خاک است. در این گونه سامانه ها، راندمان عملکرد حسگرهای رطوبتی مورد استفاده در خاک از اهمیت ویژه ای برخودار است. در این پژوهش حسگرهای رطوبتی مبتنی بر سازه های الیافی شیشه در سال ۱۳۹۹ طراحی و ساخته شدند و عملکرد آن ها در ۱۰ بافت مختلف خاک مورد بررسی قرار گرفتند. برای این منظور حسگرها به شکل بلوک های متخلخل حاوی چهار نوع ساختمان بافت مختلف از الیاف شیشه به عنوان غشاء (P۲۰۰، T۲۸۱، P۲۹۶ و P۱۸۶) طراحی شدند. نتایج بررسی های آماری نشان داد ترتیب دقت حسگرها در برآورد رطوبت خاک، P۲۰۰، T۲۹۶، P۲۸۱ و P۱۸۶ است. بر اساس شاخص RMSE حسگر مجهز به غشاء P۲۰۰ و P۱۸۶ به ترتیب با خطای ۰۵/۰ و ۰۶۵/۰ کمترین و بالاترین دقت را در برآورد رطوبت داشتند. همچنین بررسی عملکرد حسگرهای طراحی شده در ۱۰ بافت خاک نشان داد، بالاترین دقت اندازه گیری در خاک های با بافت متوسط به سمت سبک است. به طوری که در حسگر P۲۰۰ بافت خاک Sandy loam با nRMSE برابر ۰۰۴/۰، حسگر P۱۸۶ بافت خاک Loam و Sandy Loam با nRMSE برابر ۰۹۹/۰- ۰۹۷/۰، حسگر P۲۹۶ بافت خاک Loam با nRMSE برابر ۰۷۱/۰ و حسگر T۲۸۱ بافت خاک Silty Loam با nRMSE برابر ۰۷/۰ بالاترین دقت را داشتند. نتایج نشان داد که نوع غشاء بر کارایی حسگر موثر بوده و انتخاب غشاء بسته به بافت خاک پیشنهاد می شود. به غیر از غشاء P۱۸۶، سایر غشاء ها از دقت قابل قبول برخوردار بوده و هزینه کم، قابلیت ذخیره و ارسال داده های رطوبتی خاک به سامانه های پردازشی، استفاده از آن ها را در سامانه آبیاری هوشمند توصیه می نماید.

Keywords:

بافت خاک , حسگر رطوبتی , رطوبت خاک , سازه های الیافی , سیستم های پایش رطوبت