Reflektometria częstotliwościowa jako selektywna metoda pomiaru wilgotności gleby

• Autorzy: Wilczek A. , Skierucha W.

Warianty tytułu

EN

Frequency domain reflectometry as a selective method for soil moisture measurement

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy zbadano wpływ zasolenia gleby na selektywność pomiaru jej wilgotności wykonanego metodą reflektometrii częstotliwościowej. W pracy podjęto próbę opracowania i oceny nowej sondy dwu-prętowej. W oparciu o zjawisko transformacji impedancji opracowano model sondy umożliwiający pomiar widma do częstotliwości 500 MHz. Metodą referencyjną pomiaru wilgotności był pomiar termograwimetryczny. Z pomiarów wynika, że dla pasma powyżej 300 MHz zastosowana metoda pozwala na selektywny pomiar wilgotności gleby.

EN

The paper presents investigations of the influence of soil salinity on moisture measurements. The measurements were made by the (FDR) frequency domain reflectometry method. This method allows obtaining the frequency spectrum of complex dielectric permittivity when using the presented electrical model of the applied probe. Application of dielectric spectroscopy methods to analysis of results enables obtaining other information, besides moisture and salinity, about investigated soils. There is presented the use of a two-rod probe and its evaluation from the point of view of soil moisture selective measurements. An electrical model of the probe was formulated basing on the impedance transformation phenomenon in symmetrical waveguides. This model allows achieving 500 MHz frequency band unavailable till now for two-rod probes in commercial devices. Black earth soil type samples from Annopol were investigated. All measurements were taken with a vector network analyzer ZVCE produced by Rohde&Schwartz. The measured complex reflection coefficient S11 from the probe was used to obtain 10-500 MHz frequency spectrum of complex dielectric permittivity. The thermogravimetric measurement method of soil volumetric water content was used as the reference one. Five series of ten soil samples of different moisture and electrical conductivity values were analysed. The results show that the described FDR method allows measuring soil moisture selectively above 300 MHz.

Słowa kluczowe

PL

wilgotność gleby; zespolona przenikalność dielektryczna; reflektometria częstotliwościowa

EN

soil moisture; complex dielectric permittivity; frequency domain reflectometry

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 8
• Strony: 867--870
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Wilczek A.

autor

Skierucha W.

• Instytut Agrofizyki PAN, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin,

Bibliografia

• [1] Topp G. C., Davis J. L., Annan A. P.: Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, vol. 16, (1980), 574-582.
• [2] Malicki M. A., Skierucha W.: A manually controlled TDR soil moisture meter operating with 300ps rise-time needle pulses, Irrigation Science, 10 (1989), 153-163.
• [3] Sławiński C., Sobczuk H., Stoffregen H., Walczak R., Wessolek G.: Effect of data resolution on soil hydraulic conductivity prediction, J. Plant. Nutr. Soil Sci., 165 (2002), 45-49.
• [4] Heimovaara T. J.: Frequency domain analysis of time domain reflectometry waveforms, 1- Measurement of the complex dielectric permittivity of soils. Water. Res. Res., 30 (1994), 189-199.
• [5] User Manual for the SM200 Soil Moisture Sensor. Delta-T Devices Ltd. (2006).
• [6] Ramo S., Whinnery J. R., Van Duzer T.: Fields and waves in communication electronics, 3rd ed. John Wiley (1994).
• [7] Stuchly M. A., Stuchly S. S.: Coaxial line reflection methods for measuring dielectric properties of biological substances at radio and microwave frequencies? a review. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. IM-29, no. 3, (1980), 176-182.
• [8] Athey T. W, Stuchly M. A, Stuchly S. S: Measurment of radio frequency permittivity of biological tissues with an open-ended coaxial line: part I. IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., MTT-30, (1982) 82-86.
• [9] Gliński J., Ostrowski J., Stępniewska Z., Stępniewski W.: Bank próbek glebowych reprezentujących gleby mineralne Polski, Probl. Agrofizyki, 66 (1991), 1-157.
• [10] Skierucha W., Walczak R., Wilczek A.: Comparison of Open-Ended Coax and TDR sensors for the measurement of soil dielectric permittivity in microwave frequencies, Int. Agrophisics, 18 (2004), 355-362.
• [11] Dobrowolski J. A.: Technika wielkich częstotliwości, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, (2001), 21.