Medindo a umidade do solo - O que é refletometria no domínio do tempo

Medindo a umidade do solo - O que é refletometria no domínio do tempo

Por: Tonya Barnett, (Autor de FRESHCUTKY)

Um dos principais componentes para o cultivo de safras saudáveis ​​e abundantes é o gerenciamento e a medição adequados do teor de umidade do solo nos campos. Esta medição é especialmente importante ao longo da estação para a irrigação bem-sucedida da cultura, bem como para garantir que os campos mantenham as condições ideais de cultivo.

O que é refletometria no domínio do tempo?

A refletometria no domínio do tempo, ou TDR, usa uma frequência eletromagnética para medir a quantidade de água presente no solo. Na maioria das vezes, os medidores TDR são usados ​​por produtores comerciais ou em grande escala. O medidor consiste em duas longas sondas de metal, que são inseridas diretamente no solo.

Uma vez no solo, um pulso de tensão desce pelas hastes e retorna ao sensor que analisa os dados. O tempo necessário para o pulso retornar ao sensor fornece informações valiosas em relação ao teor de umidade do solo.

A quantidade de umidade presente no solo impacta a velocidade com que o pulso de tensão percorre as hastes e retorna. Este cálculo, ou medida de resistência, é chamado de permissividade. Solos secos terão uma permissividade menor, enquanto que solos contendo mais umidade serão muito mais elevados.

Usando Ferramentas de Reflectometria no Domínio do Tempo

Para fazer uma leitura, insira as hastes de metal no solo. Observe que o dispositivo medirá o conteúdo de umidade em uma profundidade do solo específica para o comprimento das hastes. Certifique-se de que as hastes estejam em bom contato com o solo, pois os espaços de ar podem causar erros.

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Dep. of Water Resources, Wageningen Agricultural Univ., Wageningen, Holanda

Instituto de Solos e Água, ARO, Volcani Center, Bet Dagan, Israel

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Instituto de Solos e Água, ARO, Volcani Center, Bet Dagan, Israel

Este estudo foi realizado na Universidade Agrícola de Wageningen.

Abstrato

A refletometria no domínio do tempo (TDR) está se tornando um método amplamente usado para determinar o conteúdo volumétrico de água do solo, θ, a partir da constante dielétrica relativa efetiva medida (permissividade), ε, usando a equação de calibração empírica θ (ε) Topp ‐ Davis ‐ Annan. Esta equação não é adequada para todos os solos. O objetivo deste estudo foi comparar a equação de calibração de Topp com um modelo de mistura teórico (Maxwell ‐ De Loor) e empírico (expoente de ajuste α) para os quatro componentes: fase (s) sólida (s), água fortemente ligada (bw), livre água e ar. A permissividade do conteúdo de água foi medida, gravimetricamente e por TDR, em colunas compactadas de 11 solos variando de loess a bentonita pura. Superfícies específicas medidas foram S = 25 a 665 m 2 g −1 e densidades aparentes ρb = 0,55 a 1,65 g cm-3. Topp rendeu valores precisos de ε (θ) apenas para os quatro solos com ρb > 1,30 g cm -3, incluindo ilite (S = 147 m 2 g −1). Maxwell-De Loor deu precisão semelhante para sete solos, incluindo atapulgita (S = 270 m 2 g −1, ρb = 0,55 g cm −3), assumindo uma camada de água monomolecular fortemente ligada (espessura δ = 3 × 10 −10 m θbw = δ ρbS), εbw = 3,2 e εs = 5,0. A curva ε (θ) desses solos teve o mesmo formato de Topp. Dois solos de gibbsita com curvas diferentes requeridas εbw = 3,2 e εs = 16 a 18, e dois materiais de solo esmectita necessários εbw = 30 a 50 e εs = 5,0, para obter bons ajustes. Desvios de Topp aparecem geralmente devido mais ao menor ρb e, portanto, maior fração de volume de ar no mesmo θ associado a solos de textura fina do que a água fortemente ligada com ε baixo. Ambos os efeitos, bem como comportamento anômalo aparente, como diminuição do ε efetivo com o aumento do εs, pode ser acomodado pela equação de Maxwell-De Loor. Isso a torna uma equação de calibração melhor do que Topp. O modelo empírico α é sensível ao valor imprevisível de α e não pode acomodar comportamento anômalo.


Princípios e aplicações de medição de refletometria no domínio do tempo

Departamento de Plantas, Solos e Biometeorologia, Utah State University, Logan, UT 84322-4820, EUA

Departamento de Plantas, Solos e Biometeorologia, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, EUA === Pesquise mais artigos deste autor

Departamento de Recursos Terrestres e Ciências Ambientais, Montana State University, Bozeman, MT 59717‐3120, EUA

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Departamento de Recursos Terrestres e Ciências Ambientais, Montana State University, Bozeman, MT 59717‐3120, EUA

Departamento de Plantas, Solos e Biometeorologia, Utah State University, Logan, UT 84322-4820, EUA

Abstrato

A reflectometria no domínio do tempo (TDR) é um método altamente preciso e automatizado para determinação do conteúdo de água em meios porosos e condutividade elétrica. O conteúdo de água é inferido da permissividade dielétrica do meio, enquanto a condutividade elétrica é inferida da atenuação do sinal TDR. Modelos empíricos e dielétricos de mistura são usados ​​para relacionar o conteúdo de água à permissividade dielétrica medida. A argila e a matéria orgânica ligam-se a quantidades substanciais de água, de modo que a constante dielétrica bruta medida é reduzida e a relação com o conteúdo total de água requer calibração individual. Uma variedade de configurações de detecção de TDR fornecem aos usuários opções específicas de site e mídia. Os avanços na tecnologia TDR e em outros métodos dielétricos oferecem a promessa não apenas de ferramentas menos caras e mais precisas para determinação elétrica de conteúdo de água e soluto, mas também uma série de outras propriedades, como área de superfície específica e propriedades de retenção de meios porosos. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.


Modelagem e análise da degradação do conector de radiofrequência usando a técnica de refletometria no domínio do tempo

Escola de Engenharia Eletrônica e Laboratório Chave de Monitoramento Inteligente de Segurança do Trabalho de Pequim, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim, China

Escola de Engenharia Eletrônica e Laboratório Chave de Monitoramento Inteligente de Segurança do Trabalho de Pequim, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim, China

Jinchun Gao, Escola de Engenharia Eletrônica e Laboratório Chave de Monitoramento Inteligente de Segurança do Trabalho de Pequim, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim 100876, China.

Center for Advanced and Extreme Environment Electronics (CAVE3), Auburn University, Auburn University, Alabama, EUA

Departamento de Engenharia de Materiais, Auburn University, Auburn, Alabama, EUA

Escola de Engenharia da Informação e Comunicação, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim, China

Departamento de Metrologia, Academia Chinesa de Tecnologia da Informação e Comunicação, Pequim, China

Escola de Engenharia Eletrônica e Laboratório Chave de Monitoramento Inteligente de Segurança do Trabalho de Pequim, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim, China

Escola de Engenharia Eletrônica e Laboratório Chave de Monitoramento Inteligente de Segurança do Trabalho de Pequim, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim, China

Jinchun Gao, Escola de Engenharia Eletrônica e Laboratório Chave de Monitoramento Inteligente de Segurança do Trabalho de Pequim, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim 100876, China.

Center for Advanced and Extreme Environment Electronics (CAVE3), Auburn University, Auburn University, Alabama, EUA

Departamento de Engenharia de Materiais, Auburn University, Auburn, Alabama, EUA

Escola de Engenharia da Informação e Comunicação, Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim, Pequim, China

Departamento de Metrologia, Academia Chinesa de Tecnologia da Informação e Comunicação, Pequim, China

Informações de financiamento: Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, Número da concessão / prêmio: 51877010 Centro NSF para Eletrônica de Veículos Avançados e Ambiente Extremo, Fundo Aberto do Fundo Aberto do Laboratório Estadual de Informação Fotônica e Comunicações Óticas da Universidade de Correios e Telecomunicações da Universidade de Pequim

Abstrato

Os conectores de radiofrequência (RF) desempenham um papel importante em sistemas eletrônicos e de comunicação. Seu comportamento de confiabilidade afeta diretamente a integridade dos sinais transmitidos e a degradação na superfície de contato reduz a confiabilidade. Neste trabalho, uma combinação de análise experimental e teórica foi usada para investigar os efeitos da degradação da interface de contato em conectores de RF usando refletometria no domínio do tempo (TDR), e a técnica de análise TDR foi empregada para identificar a posição defeituosa. Uma série de experimentos foi conduzida para medir as tensões refletidas usando um analisador de rede para análise no domínio do tempo e a posição da superfície de contato degradada foi identificada. Um modelo de circuito equivalente foi desenvolvido e o mecanismo de falha analisado. Verificou-se que quando o conector inicialmente se degrada, as características indutivas aumentam. Conforme ocorre mais degradação, a característica indutiva diminuirá e as características de resistência se tornarão mais significativas. Os resultados da simulação e experimentais apresentam boa consistência entre si. O processo de degradação do contato do conector RF e as variações do TDR sob diferentes níveis de degradação foram realizados sob a perspectiva do domínio do tempo.


MEIO AMBIENTE

Problemas de implementação

Um TDR com política de zoneamento não é totalmente voluntário. Proprietários de terras relegados a uma área de envio não têm permissão para desenvolver suas terras. A compensação pela conservação é facilitada por meio da alocação de TDRs. Os proprietários de terras podem se opor a serem forçados a conservar a terra e, como tal, podem desenvolver terras prematuramente para evitar o que pode ser percebido como uma tomada injusta de suas terras. O zoneamento de conservação e desenvolvimento por agências estaduais e locais potencialmente reduz a eficiência por meio de estratégias de prevenção ou pelo gasto de recursos, pressionando o regulador para obter um resultado favorável. Como tal, o zoneamento diminui as propriedades de eficiência de uma política de TDR pura.

Um novo projeto para um mecanismo de TDR incorpora um algoritmo de medição da biodiversidade que permite que os proprietários de terras atinjam o objetivo de conservação com maior eficiência de custo, alocando espacialmente as parcelas de terra conservadas. O número de parcelas necessário para satisfazer o requisito de biodiversidade depende da alocação espacial da conservação na paisagem. Assim, as externalidades da rede de biodiversidade são criadas e comercializadas, teoricamente conservando o serviço ecossistêmico com a paisagem de conservação espacial de baixo custo. O algoritmo TDR é eficaz desde que os valores de desenvolvimento da terra mantenham alguma correlação com a paisagem.

Tanto o TDR com zoneamento quanto o TDR com algoritmo de biodiversidade exigem que a agência administradora estabeleça mercados para facilitar as negociações, rastrear e documentar o desenvolvimento disponível após as negociações e monitorar e fazer cumprir os acordos. Além disso, o TDR com algoritmo de biodiversidade exigirá que a agência administradora eduque os proprietários de terras sobre o impacto da coordenação na paisagem sobre a quantidade de biodiversidade criada, daí os direitos de desenvolvimento disponíveis para o comércio. Além disso, um proprietário de terras pode ter dificuldade em compreender os efeitos sobre a biodiversidade nas parcelas conservadas de proprietários de terras vizinhos, criando problemas de coordenação impactados pelas preferências de risco do proprietário. Esta política de TDR é provavelmente muito complexa para ser implementada sem supervisão significativa e cara.

Para que uma política de TDR seja eficaz, a demanda por desenvolvimento deve ser suficiente para compensar o custo de oportunidade de terras restritas. Além disso, o fornecimento de TDRs deve ser suficiente para manter o preço em um nível atraente para os desenvolvedores. Assim, a equação que determina a taxa na qual um TDR é transferido da conservação para o desenvolvimento é crítica para o sucesso da política. A implementação de uma política de TDR pode não ser justificada em mais algumas áreas rurais onde existe demanda insuficiente. Nesse caso, um remédio é aumentar a demanda aumentando o tamanho da área geográfica. No entanto, aumentar as áreas de recebimento para gerar mais demanda cria compensações entre a eficiência de custos e os padrões de paisagem desejados. Os custos monetários da conservação podem ser reduzidos, mas às custas de um padrão de conservação da paisagem menos desejado e menos benefícios para o ecossistema.


Assista o vídeo: Como se mede a umidade do ar?