ระบบตรวจวัดความชื้นดินแบบไร้การสัมผัสด้วยคลื่นความถี่สูง
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ระบบตรวจวัดความชื้นดินนำเสนอการประยุกต์ใช้กำลังงานการสะท้อนของ 2 คลื่นความถี่ เพื่อตรวจวัดและแยกระดับความชื้นดินแบบไร้การสัมผัส โดยอาศัยคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันของดินแต่ละระดับความชื้นที่ส่งผลต่อกำลังงานการสะท้อนของคลื่นความถี่ เพื่อนำข้อมูลระดับกำลังงานการสะท้อนเทียบกับความชื้นมาวิเคราะห์และตัดสินใจ ระบบตรวจวัดประกอบด้วยภาคส่งและรับ ภาคส่งทำหน้ากำเนิดกำลังงานความถี่ที่ 2.4 และ 2.45 กิกะเฮิรตซ์ โดยสวิตช์การส่งออกครั้งละ 1 ความถี่ และส่งออกกำลังงานด้วยสายอากาศแพทช์ที่ได้รับการออกแบบตัวที่ 1 ในส่วนของภาครับทำหน้าที่รับกำลังงานการสะท้อนกลับจากดินตัวอย่าง โดยใช้สายอากาศแพทช์ตัวที่ 2 และกำลังงานความถี่ที่ได้รับถูกเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงด้วยวงจรตรวจจับกำลังงาน จากนั้นเปลี่ยนเป็นข้อมูลดิจิตอลขนาด 10 บิต และประมวลผลด้วยบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ การตรวจวัดดินทำทั้งหมด 8 ระดับ ที่ความชื้น 0% 5% 10% ถึง 35% ให้แรงดันการสะท้อนของสองความถี่เฉลี่ยอยู่ที่ 8.06 8.68 9.07 ถึง 11.94 มิลลิโวลต์ ตามลำดับ สังเกตได้ว่าเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้นส่งผลให้กำลังงานการสะท้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างมีความสัมพันธ์และให้ค่าความผิดพลาดสูงสุดอยู่ที่ 3.18% ค่าความไวไม่น้อยกว่า 3 มิลลิโวลต์ต่อ 5 เปอร์เซ็นต์ความชื้น ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานเฉลี่ยอยู่ที่ 0.179 แสดงให้เห็นว่าระบบมีเสถียรภาพและมีความสามารถในการตรวจวัดความชื้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Article Details
เอกสารอ้างอิง
Susha Lekshmi, S. U., Singh, D. N. and Baghini, M. S., 2014, A critical review of soil moisture measurement, Measurement, 54: 92–105.
Majcher, J., Kafarski, M., Wilczek, A., Woszczyk, A., Szypłowska, A., Lewandowski, A., Szerement, J. and Skierucha, W., 2020, Application of a monopole antenna probe with an optimized flange diameter for TDR soil moisture measurement, Sensors, (20): 1-13.
Wang, Y., Peng, J., Song, X., Leng, P., Ludwig, R. and Loew, A., 2018, Surface soil moisture retrieval using optical/thermal infrared remote sensing data, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 56(9): 5433 - 5442.
Xu, K., Sheng, Q., Zhang, X., Li, P. and Chen, S., 2015, Design and calibration of the unilateral sensitive soil moisture sensor, IEEE Sensors Journal, 15(8): 4587-4594.
Badr A. E. and Abuarab, M. E., 2013, Soil moisture distribution patterns under surface and subsurface drip irrigation systems in sandy soil using neutron scattering technique, Irrig. Sci., v31:317–332.
Zreda, M., Shuttleworth, W. J., Zeng, X., Zweck, C., Desilets, D., Franz, T. and Rosolem, R., 2012 COSMOS: the Cosmicray Soil Moisture Observing System, Hydrology Earth System Sci., 16: 4079–4099.
Boonpong, A. Poonprasert T. and Picha, R., 2011, Neutron scattering and X ray scattering, Thailand Institute of Nuclear Technology, Available Source: http://nkc.tint.or.th/nkc54/content-01/nstkc54-045.html, May 25 2011 (in Thai)
Burton, L., Jayachandran, K. and Bhansari, S., 2020, The real-time revolution for in situ soil nutrient sensing, Journal of the Electrochemical Society,167(3): 1-8.
Kalita, H., Palaparthy, V. S., Shojaei Baghini, M. and Aslam, M., 2016, Graphene quantum dot soil moisture sensor, Sensors and Actuators B, 233: 582–590.
Pandey, G., Weber, R. J. and Kumar, R., 2018, Agricultural Cyber-Physical System: In-Situ Soil Moisture and Salinity Estimation by Dielectric Mixing, IEEE Access, 6:43179-43191.
Curtis, J. O., 2001, Moisture effects on the dielectric properties of soils, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39(1): 125-128.
Bouksila, F., Persson, M., Berndtsson, R. and Bahri, A., 2008, Soil water content and salinity determination using different
dielectric methods in saline gypsiferous soil, Hydrological Sciences Journal, 53 (1):253-265.
Lakhankar, T., Krakauer, N. and Khanbilvardi, R., 2009, Applications of microwave remote sensing of soil moisture for agricultural applications, International Journal of Terraspace Science and Engineering, 2(1): 81-91.
Salam, A., Vuran, M. C. and Irmak, S., 2019, Di-sense: In Situ real-time permittivity estimation and soil moisture sensing using wireless underground communications, Computer Networks, 151: 31-41.
Bhat, A. M., Rao, B. H. and Singh, D. N., 2007, A generalized relationship for estimating dielectric constant of soils," Journal of ASTM International, 4(7): pp.1-12.
Orangi, A., Narsilio, G. A. and Ryu, D., 2019, A laboratory study on non-invasive soil water content estimation using capacitive based sensors, Sensors, 19(3): 1-29.
Zhen, X., Changjun, S., Hua, Y. and Shirui, Z.,2014, Research and design of soil water content sensor based on high-frequency capacitive, Sensors & Transducers, 26(Special Issue): 56-60.
Yao, Y.-S., Zheng, J.-L., Chen, Z.-S., Zhang, J.-H. and Li, Y., 2016, Field measurements and numerical simulations of temperature and moisture in highway engineering using a frequency domain reflectometry sensor, Sensors, 16(857): 1-18.
You, K. Y., Lee, C. Y., Then, Y. L., Chong, S. H. C., You, L. L., Abbas, Z. and Cheng, E. M., 2013, Precise moisture monitoring for various soil types using handheld microwave sensor meter, IEEE Sensors Journal, 13(7): 2563-2570.
Rezaei, M., Ebrahimi, E., Naseh, S. and Mohajerpour, M., 2012, A new 1.4-GHz soil moisture sensor, Measurement, 45(7):1723–1728.
Suchorab, Z., Widomski, M. K., Logod, G., B-Hunek, D. and Majerek, D., 2018, A noninvasive TDR sensor to measure the moisture content of rigid porous materials, Sensor, 18(11): 1-20.
Luciani, G., Berardinelli, A., Cresentini. M., Romani, A., Tartagni, M. and Ragni, L., 2017, Non-invasive soil moisture sensing based on open-ended waveguide and multivariate analysis, Sensors and Actuators A: Physical, 265: 236-245.
Franceschelli, L., Bernardinelli, A., Cressentini, M., Iaccheri, E., Tartagni, M. and Ragni, L., 2020 A non-invasive soil moisture sensing system electronic architecture: A real environmental assessment, Sensors, 20(21): 1-18.
Bindlish, R., Jackson, T., Sun, R., Cosh, M., Yueh, S. and Dinardo, S., 2009, Combined passive and active microwave observations of soil moisture during CLASIC, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,6(4): 644-648.
Kim, Y. and van Zyl, J. J., 2009, A time-series approach to estimate soil moisture using polarimetric radar data, Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 47(8): 2519-2527.
Shekhar, S., Prakash R. and Vidyarthi, A., 2021, Investigation of NavIC and GPS multipath phase for soil moisture studies, Journal of Graphic Era University, 9_2:183–194.
Leekul, P. and Chaisaeng, P., 2019, Non-contact moisture content monitoring of growing media in bonsai pot by using radio wave frequency at 2.5 GHz, Journal of Industrial Technology : Suan Sunandha Rajabhat University, 7(1): 21-30. (in Thai)
Pozar, D. M., 2012, Microwave engineering, 4th Ed., John Wiley & Sons, USA.
Kaiser, D. R., Reinert, D. J., Reichert J. M. and Minella, J. P. G., 2010, Dielectric constant obtain from TDR and volumetric moisture of soil in southern Brazil, Revista Brasileira de Ciência do Solo, 34:649-658.
