مستشعر التربة السعوي: جهاز فعال من حيث التكلفة لمراقبة اتجاهات الرطوبة

تُعدّ مجسات التربة السعوية من أكثر التقنيات شيوعًا في قياس رطوبة التربة الحديثة (وتُصنّف عادةً ضمن نوع قياس الانعكاس في المجال الترددي). ويكمن مبدأ عملها الأساسي في الحصول على محتوى الرطوبة الحجمي للتربة بشكل غير مباشر عن طريق قياس ثابت العزل الكهربائي لها. وبما أن ثابت العزل الكهربائي للماء (حوالي 80) أعلى بكثير من ثابت العزل الكهربائي للمكونات الأخرى في التربة (حوالي 1 للهواء وحوالي 3-5 لمصفوفة التربة)، فإن التغير الكلي في ثابت العزل الكهربائي للتربة يعتمد بشكل أساسي على محتوى الرطوبة.

فيما يلي أبرز ميزاته:
أولاً: نقاط القوة والمزايا الأساسية
1. منخفضة التكلفة وسهلة الانتشار
بالمقارنة مع أجهزة استشعار الانعكاس الزمني عالية الدقة (TDR)، فإن أجهزة الاستشعار السعوية لديها مكونات إلكترونية وتكاليف تصنيع أقل، مما يتيح تطبيقها على نطاق واسع في السيناريوهات التي تتطلب نشرًا واسع النطاق، مثل الزراعة الذكية وري الحدائق.

2. استهلاك منخفض للغاية للطاقة
تتميز دوائر القياس السعوية باستهلاكها المنخفض للطاقة، وهي مناسبة للغاية للمراقبة الميدانية طويلة الأمد وتطبيقات إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطاريات والألواح الشمسية. ويمكنها العمل بشكل متواصل لأشهر أو حتى سنوات.

3. يمكن مراقبته باستمرار لفترة طويلة
بالمقارنة مع طريقة التجفيف التي تتطلب تشغيلًا يدويًا، يمكن دفن أجهزة الاستشعار السعوية في التربة لإجراء جمع البيانات بشكل مستمر وتلقائي دون تدخل، ويمكنها التقاط عملية التغير الديناميكي لرطوبة التربة، مثل تأثير الري وهطول الأمطار والتبخر.

4. صغير الحجم وسهل التركيب
عادةً ما تُصمم أجهزة الاستشعار على شكل مجسات. ما عليك سوى حفر ثقب في موضع القياس وإدخال المجس عموديًا في التربة، مما يتسبب في ضرر طفيف لبنية التربة.

5. استقرار جيد وانعدام النشاط الإشعاعي
بخلاف أجهزة قياس النيوترونات، فإن أجهزة الاستشعار السعوية لا تتضمن أي مصادر مشعة، وهي آمنة للاستخدام، ولا تتطلب تصريحًا أو حماية خاصة.

6. قابل للتكامل وذكي
يسهل دمجها مع أجهزة جمع البيانات ووحدات الإرسال اللاسلكي (مثل 4G/LoRa/NB-IoT) لتشكيل شبكة متكاملة لمراقبة رطوبة التربة. ويمكن للمستخدمين عرض البيانات عن بُعد في الوقت الفعلي عبر الهواتف المحمولة أو أجهزة الكمبيوتر.

ثانياً: القيود والتحديات
تتأثر دقة القياس بعوامل متعددة
تأثير نسيج التربة: تختلف منحنيات المعايرة للتربة الطينية والطميية والرملية. عادةً ما تتم معايرة الحساسات باستخدام رمل وتربة قياسية عند خروجها من المصنع. الاستخدام المباشر في أنواع مختلفة من التربة سيؤدي إلى حدوث أخطاء.
تأثير الموصلية الكهربائية للتربة (الملوحة): يُعدّ هذا أحد المصادر الرئيسية للخطأ في أجهزة الاستشعار السعوية. إذ يمكن لأيونات الملح في التربة أن تتداخل مع المجالات الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى ارتفاع القيم المقاسة. وفي التربة المالحة، تنخفض دقة القياس بشكل ملحوظ.
تأثير ضغط التربة ومساميتها: إن ما إذا كان المسبار على اتصال وثيق بالتربة وما إذا كانت هناك مسامات كبيرة أو أحجار في التربة سيؤثر على دقة نتائج القياس.
تأثير درجة الحرارة: يتغير ثابت العزل الكهربائي بتغير درجة الحرارة. تحتوي المستشعرات عالية الجودة على مستشعرات حرارة مدمجة للتعويض، ولكن تأثير التعويض محدود.

2. يلزم إجراء معايرة في الموقع
للحصول على نتائج قياس عالية الدقة، خاصةً في أنواع التربة المحددة، عادةً ما تكون المعايرة الميدانية ضرورية. أي يتم جمع عينات من التربة، وقياس نسبة الرطوبة الفعلية باستخدام طريقة التجفيف القياسية، ثم مقارنتها بقراءات المستشعر لإنشاء معادلة معايرة محلية. تُعد هذه خطوة حاسمة لضمان دقة البيانات، ولكنها تزيد أيضًا من تكلفة الاستخدام والمتطلبات التقنية.

3. نطاق القياس محلي نسبياً
يقتصر نطاق قياس المستشعر على حجم محدود من التربة المحيطة به (أي "المنطقة الحساسة" للمستشعر). عادةً ما تكون هذه المنطقة صغيرة جدًا (بضعة سنتيمترات مكعبة)، لذا فإن نتيجة القياس تمثل معلومات "نقطة" محددة. لفهم ظروف رطوبة التربة في الحقل بأكمله، يلزم تحديد نقاط متعددة.

4. الاستقرار والانحراف على المدى الطويل
إذا دُفن المسبار في التربة لفترة طويلة، فقد يتآكل معدنه نتيجة للتآكل الكهروكيميائي أو التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى انحراف قيم القياس. لذا، يلزم إجراء فحص دوري وإعادة معايرة.

ثالثًا: السيناريوهات المطبقة واقتراحات الاختيار
سيناريوهات مناسبة للغاية
الزراعة الذكية والري الدقيق: مراقبة ديناميكيات رطوبة التربة، وتحديد وقت الري وكمية المياه اللازمة للري، وتحقيق الحفاظ على المياه وزيادة الإنتاج.
تشجير المناظر الطبيعية وصيانة ملاعب الجولف: أجهزة الاستشعار الأساسية لأنظمة الري الآلية.
البحث العلمي: البحث في مجالات مثل علم البيئة، وعلم المياه، وعلم الأرصاد الجوية التي تتطلب مراقبة طويلة الأجل ومستمرة لرطوبة التربة.
الإنذار المبكر بالكوارث الجيولوجية: مراقبة رطوبة التربة على المنحدرات وقواعد الطرق للتحذير من مخاطر الانهيارات الأرضية.

سيناريوهات تتطلب استخدامًا حذرًا:
في المناطق ذات التربة عالية الملوحة وعالية القلوية: ما لم يتم استخدام نماذج مصممة ومعايرة خصيصًا، فإن موثوقية البيانات تكون منخفضة.
في سيناريوهات الاعتماد المترولوجي ذات المتطلبات العالية للغاية للدقة المطلقة: في هذا الوقت، قد يكون من الضروري النظر في أجهزة استشعار TDR الأكثر تكلفة أو استخدام طريقة التجفيف مباشرة.

ببساطة، تُعدّ مجسات التربة السعوية خيارًا اقتصاديًا. ورغم أنها قد لا تُقدّم قيمًا دقيقة تمامًا على مستوى المختبر، إلا أنها قادرة على عكس اتجاه ونمط التغير النسبي لرطوبة التربة من الجفاف إلى البلل بدقة عالية. وهذا يُشكّل قيمة كبيرة لمعظم قرارات الإنتاج والإدارة. ويُعدّ فهم خصائصها بدقة وإتقان معايرتها مفتاح استخدامها الأمثل.

للحصول على مزيد من المعلومات حول أجهزة استشعار التربة، يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.

واتساب: +86-15210548582

Email: info@hondetech.com

موقع الشركة الإلكتروني:www.hondetechco.com