Mesure de l'humidité du sol - Qu'est-ce que la réflectométrie dans le domaine temporel

Mesure de l'humidité du sol - Qu'est-ce que la réflectométrie dans le domaine temporel

Par: Tonya Barnett, (Auteur de FRESHCUTKY)

L'un des éléments clés pour faire pousser des cultures saines et abondantes est de bien gérer et mesurer la teneur en humidité du sol dans les champs. Cette mesure est particulièrement importante tout au long de la saison pour une irrigation réussie des cultures, ainsi que pour garantir que les champs maintiennent des conditions de croissance optimales.

Qu'est-ce que la réflectométrie dans le domaine temporel?

La réflectométrie temporelle, ou TDR, utilise une fréquence électromagnétique pour mesurer la quantité d'eau présente dans le sol. Le plus souvent, les compteurs TDR sont utilisés par des producteurs à grande échelle ou commerciaux. Le compteur se compose de deux longues sondes métalliques, qui sont insérées directement dans le sol.

Une fois dans le sol, une impulsion de tension parcourt les tiges et retourne au capteur qui analyse les données. Le temps nécessaire pour que l'impulsion revienne au capteur fournit des informations précieuses sur la teneur en humidité du sol.

La quantité d'humidité présente dans le sol a un impact sur la vitesse à laquelle l'impulsion de tension parcourt les tiges et revient. Ce calcul, ou mesure de résistance, s'appelle la permittivité. Les sols secs auront une permittivité plus faible, tandis que celle des sols contenant plus d'humidité sera beaucoup plus élevée.

Utilisation des outils de réflectométrie du domaine temporel

Pour prendre une lecture, insérez les tiges métalliques dans le sol. Notez que l'appareil mesurera la teneur en humidité à une profondeur de sol spécifique à la longueur des tiges. Assurez-vous que les tiges sont en bon contact avec le sol, car les entrefers peuvent provoquer des erreurs.

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Dep. of Water Resources, Wageningen Agricultural Univ., Wageningen, Pays-Bas

Institut des sols et de l'eau, ARO, Volcani Center, Bet Dagan, Israël

Dep. of Water Resources, Wageningen Agricultural Univ., Wageningen, Pays-Bas

Institut des sols et de l'eau, ARO, Volcani Center, Bet Dagan, Israël

Cette étude a été réalisée à l'Université agricole de Wageningen.

Abstrait

La réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) est en train de devenir une méthode largement utilisée pour déterminer la teneur volumétrique en eau du sol, θ, à partir de la constante diélectrique relative effective mesurée (permittivité), ε, en utilisant l'équation d'étalonnage empirique θ (ε) Topp-Davis-Annan. Cette équation n'est pas adéquate pour tous les sols. Le but de cette étude était de comparer l'équation d'étalonnage de Topp avec un modèle de mélange théorique (Maxwell-De Loor) et empirique (exposant α) pour les quatre composants: phase (s) solide (s), eau étroitement liée (bw), libre l'eau et l'air. La permittivité de la teneur en eau a été mesurée, par gravimétrie et par TDR, sur des colonnes garnies de 11 sols allant du loess à la bentonite pure. Les surfaces spécifiques mesurées ont été S = 25 à 665 m 2 g −1 et densités apparentes ρb = 0,55 à 1,65 g cm -3. Topp a donné des valeurs ε (θ) précises uniquement pour les quatre sols avec ρb > 1,30 g cm −3, y compris l'illite (S = 147 m 2 g -1). Maxwell ‐ De Loor a donné une précision similaire pour sept sols, y compris l'attapulgite (S = 270 m 2 g −1, ρb = 0,55 g cm −3), en supposant une couche d'eau monomoléculaire étroitement liée (épaisseur δ = 3 × 10 −10 m θpc = δ ρbS), εpc = 3,2 et εs = 5,0. La courbe ε (θ) de ces sols avait la même forme que Topp. Deux sols gibbsite avec des courbes différentes sont nécessaires εpc = 3,2 et εs = 16 à 18, et deux matériaux de sol smectite requis εpc = 30 à 50 et εs = 5,0, pour obtenir de bons ajustements. Les écarts par rapport à Topp apparaissent généralement en raison du plus faible ρb et donc une fraction volumique d'air plus élevée au même θ associée à des sols à texture fine qu'à une eau étroitement liée avec un ε faible. Les deux effets, ainsi que le comportement anormal apparent tel que la diminution de ε efficace avec l'augmentation de εs, peut être adaptée par l'équation de Maxwell-De Loor. Cela en fait une meilleure équation d'étalonnage que Topp. Le modèle empirique α est sensible à la valeur imprévisible de α et ne peut pas accepter un comportement anormal.


Principes et applications de mesure de réflectométrie dans le domaine temporel

Department of Plants, Soils and Biometeorology, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, États-Unis

Department of Plants, Soils and Biometeorology, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, USA === Rechercher d'autres articles de cet auteur

Department of Land Resources and Environmental Sciences, Montana State University, Bozeman, MT 59717‐3120, États-Unis

Department of Plants, Soils and Biometeorology, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, États-Unis

Department of Plants, Soils and Biometeorology, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, États-Unis

Department of Plants, Soils and Biometeorology, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, USA === Rechercher d'autres articles de cet auteur

Department of Land Resources and Environmental Sciences, Montana State University, Bozeman, MT 59717‐3120, États-Unis

Department of Plants, Soils and Biometeorology, Utah State University, Logan, UT 84322‐4820, États-Unis

Abstrait

La réflectométrie temporelle (TDR) est une méthode hautement précise et automatisable pour la détermination de la teneur en eau des milieux poreux et de la conductivité électrique. La teneur en eau est déduite de la permittivité diélectrique du milieu, tandis que la conductivité électrique est déduite de l'atténuation du signal TDR. Des modèles de mélange empirique et diélectrique sont utilisés pour relier la teneur en eau à la permittivité diélectrique mesurée. L'argile et la matière organique lient des quantités substantielles d'eau, de sorte que la constante diélectrique en vrac mesurée est réduite et la relation avec la teneur totale en eau nécessite un étalonnage individuel. Une variété de configurations de sondes TDR offrent aux utilisateurs des options spécifiques au site et au support. Les progrès de la technologie TDR et d'autres méthodes diélectriques offrent la promesse non seulement d'outils moins coûteux et plus précis pour la détermination électrique de la teneur en eau et en soluté, mais également d'une foule d'autres propriétés telles que la surface spécifique et les propriétés de rétention des milieux poreux. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.


Modélisation et analyse de la dégradation des connecteurs radiofréquences à l'aide de la technique de réflectométrie temporelle

École d'ingénierie électronique et Laboratoire clé de Beijing pour la surveillance intelligente de la sécurité au travail, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing, Chine

École d'ingénierie électronique et Laboratoire clé de Beijing pour la surveillance intelligente de la sécurité au travail, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing, Chine

Jinchun Gao, École d'ingénierie électronique et Laboratoire clé de Beijing pour la surveillance intelligente de la sécurité au travail, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing 100876, Chine.

Center for Advanced and Extreme Environment Electronics (CAVE3), Auburn University, Auburn University, Alabama, États-Unis

Département de génie des matériaux, Université d'Auburn, Auburn, Alabama, États-Unis

École d'ingénierie de l'information et de la communication, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing, Chine

Département de métrologie, Académie chinoise des technologies de l'information et des communications, Pékin, Chine

École d'ingénierie électronique et Laboratoire clé de Beijing pour la surveillance intelligente de la sécurité au travail, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing, Chine

École d'ingénierie électronique et Laboratoire clé de Beijing pour la surveillance intelligente de la sécurité au travail, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing, Chine

Jinchun Gao, École d'ingénierie électronique et Laboratoire clé de Beijing pour la surveillance intelligente de la sécurité au travail, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing 100876, Chine.

Center for Advanced and Extreme Environment Electronics (CAVE3), Auburn University, Auburn University, Alabama, États-Unis

Département de génie des matériaux, Université d'Auburn, Auburn, Alabama, États-Unis

École d'ingénierie de l'information et de la communication, Université des postes et télécommunications de Beijing, Beijing, Chine

Département de métrologie, Académie chinoise des technologies de l'information et des communications, Pékin, Chine

Informations sur le financement: National Natural Science Foundation of China, Grant / Award Number: 51877010 NSF Center for Advanced Vehicle and Extreme Environment Electronics, Auburn University Open Fund of State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Post and Telecommunications

Abstrait

Les connecteurs de radiofréquence (RF) jouent un rôle important dans les systèmes électroniques et de communication. Leur comportement de fiabilité affecte directement l'intégrité des signaux transmis et la dégradation de la surface de contact réduit la fiabilité. Dans ce travail, une combinaison d'analyses expérimentales et théoriques a été utilisée pour étudier les effets de la dégradation de l'interface de contact dans les connecteurs RF à l'aide de la réflectométrie temporelle (TDR), et la technique d'analyse TDR a été utilisée pour identifier la position défectueuse. Une série d'expériences a été menée pour mesurer les tensions réfléchies à l'aide d'un analyseur de réseau pour l'analyse du domaine temporel et la position de la surface de contact dégradée a été identifiée. Un modèle de circuit équivalent a été développé et le mécanisme de défaillance analysé. Il a été constaté que lorsque le connecteur se dégrade initialement, les caractéristiques inductives augmentent. Au fur et à mesure de la dégradation, la caractéristique inductive diminuera et les caractéristiques de résistance deviendront plus significatives. La simulation et les résultats expérimentaux montrent une bonne cohérence mutuelle. Le processus de dégradation de contact du connecteur RF et les variations TDR sous différents niveaux de dégradation ont été réalisés du point de vue du domaine temporel.


ENVIRONNEMENT

Problèmes de mise en œuvre

Un TDR avec une politique de zonage n'est pas entièrement volontaire. Les propriétaires fonciers relégués dans une zone d'envoi ne sont pas autorisés à développer leurs terres. La compensation pour la conservation est facilitée par l'attribution de TDR. Les propriétaires fonciers peuvent s'opposer à être forcés de conserver les terres et, à ce titre, peuvent développer prématurément des terres pour éviter ce qui peut être perçu comme une prise injuste de leurs terres. Le zonage de la conservation et du développement par l'État et les agences locales réduit potentiellement l'efficacité grâce à des stratégies d'évitement ou en dépensant des ressources, faisant pression sur le régulateur pour obtenir un résultat favorable. En tant que tel, le zonage nuit aux propriétés d'efficacité d'une politique TDR pure.

Une nouvelle conception d'un mécanisme TDR incorpore un algorithme de mesure de la biodiversité qui permet aux propriétaires fonciers d'atteindre l'objectif de conservation avec une plus grande rentabilité en allouant spatialement les parcelles de terre conservées. Le nombre de parcelles nécessaires pour satisfaire l'exigence de biodiversité dépend de la répartition spatiale de la conservation dans le paysage. Ainsi, des externalités de réseau de biodiversité sont créées et échangées, conservant théoriquement le service écosystémique avec le paysage de conservation spatiale à faible coût. L'algorithme TDR est efficace tant que les valeurs de développement de la terre maintiennent une certaine corrélation au sein du paysage.

Tant le TDR avec zonage que le TDR avec l'algorithme de biodiversité exigent que l'agence administrative établisse des marchés pour faciliter les échanges, suivre et documenter le développement disponible après les échanges, et surveiller et appliquer les accords. En outre, le TDR avec l'algorithme de biodiversité exigera que l'agence administrative éduque les propriétaires fonciers sur l'impact de la coordination au sein du paysage sur la quantité de biodiversité créée, d'où les droits de développement disponibles pour le commerce. En outre, un propriétaire foncier peut avoir des difficultés à comprendre les effets sur la biodiversité dans les parcelles conservées des propriétaires voisins, ce qui crée des problèmes de coordination influencés par les préférences des propriétaires fonciers en matière de risque. Cette politique du TDR est probablement trop complexe pour être mise en œuvre sans une surveillance importante et coûteuse.

Pour qu'une politique TDR soit efficace, la demande de développement doit être suffisante pour compenser le coût d'opportunité des terres restreintes. En outre, l'offre de TDR doit être suffisante pour maintenir le prix à un niveau attractif pour les développeurs. Ainsi, l'équation qui détermine la vitesse à laquelle un TDR passe de la conservation au développement est essentielle au succès de la politique. La mise en œuvre d'une politique TDR peut ne pas être justifiée dans certaines zones plus rurales où la demande est insuffisante. Dans ce cas, un remède est d'augmenter la demande en augmentant la taille de la zone géographique. Cependant, augmenter les zones de réception pour générer plus de demande crée des compromis entre les économies de coûts et les modèles de paysage souhaités. Les coûts monétaires de la conservation peuvent être réduits, mais au détriment d'un modèle de conservation du paysage moins souhaité et de moindres avantages écosystémiques.


Voir la vidéo: SmartOTDR Use Case