Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Hemmat,Jafar Ghaisari
عباس همت (استاد راهنما) جعفر قیصری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Alireza Binandeh
علیرضا بیننده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Design, Construction an Evaluation of On-the-go Integrated Sensor for Soil Mechanical Resistance Measurement
Variability of soil physical and chemical properties in different locations within a field is generally regarded as the main causes contributing to variability in crop yield. High soil strength due to soil compaction has been recognized as an important negative factor in crop growth and yield. By measuring spatially continuous estimates of soil bulk strength by means of sensors, the soil compaction can be mapped. Soil mechanical resistance measures, such as cone penetration resistance, can be used as indicator of soil compaction. Measurement of soil mechanical resistance by a cone pentrometer is basically a stop-and-go insertion method which is not fast enough to obtain enough data in intensive sampling situations. Generally, this problem has been addressed by obtaining a large number of measurements, a process that is time consuming and labor intensive. In this research, an integrated sensor with a global positioning system (GPS) capable of rapid determination of soil strength at surface layer (0-20 cm) and discrete subsurface depths (20 and 30 cm) was designed, constructed and field evaluated. The integrated sensor was consisted of vertical and horizontal sensors. The mechanical resistance vertical sensor was equipped with a 60-cm diameter disk coulter, a helical spring providing the disk with a downward force, and an ultrasonic sensor for measuring penetrating depth of the coulter. The horizontal sensor was equipped with two 30? prismatic tips having a cross-sectional base area of 324 mm 2 . The prismatic tips at depths 20 and 30 cm were attached horizontally to two S-shape load cells housed inside a box behind the sensor shank. A data acquisition system with a sampling rate of 10 Hz was used to collect the data. The integrated sensor was tested in a field with silty clay loam soil at two moisture contents (mcs) of low and medium. Results of the experiments showed that the soil mc had a significant effect on operating depth of disk coulter, horizontal resistance index (HCI) and vertical cone index (VCI). With an increase in mc, the operating depth of the disk coulter increased, whereas the HCI and VCI were decreased. Also, the results showed that the penetrating depth of the disk coulter was sensitive to changes in surface soil strength. The measured HCI with horizontal sensor was independent of soil failure induced by the disk coulter in front of the prismatic tips. This was due to the fact that the disk coulter of the vertical sensor was a very narrow tine. At both mcs, the relations between the operating depth of the disk coulter and the VCI were significant. Also, the relationships between the HCI and VCI at both depths and at both mcs were significant. Therefore, the Keyword : Integrated sensor, Cone penetrometer, Horizontal resistance index, Cone index
یکی از دلایل عمده تغییرپذیری مکانی عملکرد محصول در نواحی مختلف یک مزرعه، تغییرات خواص فیزیکی و شیمیایی خاک از ناحیه ای به ناحیه دیگر می باشد. افزایش مقاومت مکانیکی خاک در اثر تراکم عامل تأثیرگذار بر رشد گیاه و عملکرد محصولات کشاورزی شناخته شده است. برای تعیین درجه تراکم خاک می توان مقاومت مکانیکی خاک را اندازه گیری کرد. یکی از روش های معمول اندازه گیری مقاومت مکانیکی خاک در مزارع، استفاده از فروسنج مخروطی و تعیین شاخصی با عنوان شاخص مخروط می باشد. اندازه گیری مقاومت خاک با استفاده از فروسنج مخروطی به صورت ایستگاهی بوده و اندازه گیری آن در مزرعه کاری زمان بر و کارگر بر می باشد. برای رفع این مشکل و به دست آوردن اطلاعات پیوسته از تغییرپذیری مقاومت مکانیکی خاک در مزرعه، در این تحقیق حسگر ترکیبی طراحی و ساخته شد که قادر به اندازه گیری پیوسته مقاومت مکانیکی خاک سطحی (0-20 سانتی متر) و زیر سطحی (20-30 سانتی متر) می باشد. در صورت وجود رابطه معنی دار بین خروجی حسگر ترکیبی با شاخص مخروط، می توان مقاومت مکانیکی عمودی خاک را به صورت پیوسته تخمین زد. حسگر ترکیبی مجهز به دو حسگر عمودی و افقی است که می توانند به طور پیوسته در خاک حرکت کنند. حسگر عمودی مجهز به یک دیسک و یک فنر مارپیچی برای ایجاد نیروی روبه پایین به دیسک است. حسگر دیسکی به طور عمودی در خاک سطحی (0-20 سانتی متر) حرکت می کند. نیروی وارد از خاک به دیسک باعث تغییر عمق در آن می شود که این تغییرات عمق به وسیله یک حسگر فراصوتی اندازه گیری می شود. حسگر افقی، مجهز به دو نوک منشوری می توانند به صورت افقی در خاک در عمق های 20 و30 سانتی متر حرکت کنند. نیروی وارد به نوک منشورها توسط میله های رابط به لودسل های S-شکل که در پشت منشورها و در داخل محفظه بسته ای قرار گرفته اند، منتقل می شوند. نرخ نمونه گیری 10 نمونه بر ثانیه بود. برای ارزیابی حسگر ترکیبی، دو آزمایش مزرعه ای در سطوح رطوبتی پایین و متوسط در خاک با بافت لومی رسی سیلتی انجام گرفت. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که حسگر دیسکی به خوبی تغییرات مقاومت مکانیکی ایجاد شده در خاک سطحی (0-20 سانتی متر) در مزرعه را به صورت تغییر در عمق نفوذ دیسک ثبت می کند. نوک های منشوری حسگر افقی به طور مستقل تغییر مقاومت مکانیکی خاک در عمق های 20 و 30 سانتی متری را نشان می دهند. رطوبت تأثیر معنی داری روی تغییرات عمق دیسک در حسگر عمودی و شاخص افقی و عمودی مقاومت مکانیکی خاک دارد. به طوری که با افزایش رطوبت، متوسط عمق دیسک افزایش و شاخص های افقی و عمودی مقاومت مکانیکی خاک کاهش یافتند. نتایج نشان داد که مقادیر مقاومت مکانیکی افقی خاک، اندازه گیری شده توسط حسگر افقی تحت تأثیر گسیختگی ایجاد شده توسط دیسک در جلوی حسگر افقی قرار نگرفت و این دو حسگر کاملاً مستقل از یکدیگر در خاک عمل می کنند. همبستگی معنی داری بین شاخص مخروط عمودی با تغییرات عمق دیسک در حسگر دیسکی و شاخص مقاومت افقی در دو آزمایش انجام شده وجود داشت. ضریب همبستگی معنی داری بین شاخص مخروط و تغییرات عمق نفوذ دیسک وجود داشت. ضمناً همبستگی کلمات کلیدی : حسگر ترکیبی، فروسنج عمودی، شاخص مقاومت افقی، شاخص مخروط

ارتقاء امنیت وب با وف بومی