تُعدّ تقنية قياس رطوبة التربة بالتردد الرنيني (FDR) الطريقة العملية الأكثر شيوعًا حاليًا لقياس رطوبة التربة باستخدام السعة الكهربائية. فهي تُتيح الحصول على محتوى الماء الحجمي للتربة بشكل غير مباشر وسريع عن طريق قياس ثابت العزل الكهربائي (تأثير السعة) للتربة. ويعتمد مبدأ عملها على بث إشارة موجية كهرومغناطيسية بتردد محدد (عادةً 70-150 ميجاهرتز) إلى قطب كهربائي (مسبار) مغروس في التربة، ثم قياس تردد الرنين أو تغير المعاوقة الناتج عن خصائص العزل الكهربائي للتربة، ومن ثم حساب ثابت العزل الكهربائي ومحتوى الرطوبة.
فيما يلي الميزات التفصيلية لجهاز استشعار التربة FDR:
نقاط القوة والمزايا الأساسية
القياس سريع ومستمر وآلي
يمكنه تحقيق القياس المستمر على المستوى الثاني أو حتى أسرع، مما يجعله مناسبًا للغاية للسيناريوهات التي تتطلب تسجيل بيانات بدقة زمنية عالية، والتحكم الآلي في الري، وبحوث العمليات الديناميكية.
أداء عالي التكلفة وسهل الانتشار
بالمقارنة مع أجهزة استشعار TDR (قياس الانعكاس في المجال الزمني) الأكثر دقة وتكلفة، فإن تصميم وتصنيع دائرة FDR أبسط، والتكلفة أقل بكثير، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للنشر على نطاق واسع في مجالات مثل الزراعة الذكية وتنسيق الحدائق.
استهلاك منخفض للغاية للطاقة
إن استهلاك الطاقة لدائرة القياس منخفض للغاية، وعادة ما يتطلب تيارًا بمستوى الميلي أمبير فقط، مما يجعلها مناسبة للغاية لمحطات المراقبة الميدانية وأنظمة إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطاريات والألواح الشمسية لفترة طويلة.
تم تصميم المسبار بمرونة وسهولة في التركيب
تأتي المجسات بأشكال متنوعة (مثل المجسات الأسطوانية، والمجسات المثقبة، والمجسات متعددة الأعماق، وما إلى ذلك)، ولا يتطلب الأمر سوى إدخالها في التربة. وهي لا تُلحق ضرراً يُذكر ببنية التربة، كما أنها سهلة التركيب للغاية.
يتميز بثبات جيد وأمان عالٍ
لا يحتوي على مواد مشعة (على عكس عدادات النيوترونات)، وهو آمن للاستخدام، ومكوناته الإلكترونية مستقرة في الأداء، مما يسمح بالتشغيل على المدى الطويل.
سهولة الدمج والربط الشبكي
وهو متوافق بطبيعته مع بنية إنترنت الأشياء الحديثة ويمكنه بسهولة دمج وحدات تسجيل البيانات ووحدات الإرسال اللاسلكي لبناء شبكة واسعة النطاق لمراقبة رطوبة التربة.
القيود والتحديات الرئيسية
تتأثر دقة القياس بخصائص التربة المختلفة (قيود العينة الأساسية).
نسيج التربة وكثافتها الظاهرية: تختلف العلاقة (منحنى المعايرة) بين ثابت العزل الكهربائي ومحتوى الماء باختلاف أنواع التربة التي تحتوي على نسب مختلفة من الطين والرمل والمواد العضوية. وقد تؤدي معادلات المعايرة العامة إلى أخطاء.
الموصلية الكهربائية للتربة (الملوحة): تُعدّ هذه إحدى أهم العوامل المؤثرة على دقة قياس معدل الكشف عن الأعطال. إذ يمكن للأيونات الموصلة في محلول التربة أن تُسبب فقدانًا في طاقة الإشارة، مما يؤدي إلى تضخيم قيمة ثابت العزل الكهربائي المقاسة، وبالتالي المبالغة في تقدير محتوى الماء. وفي الأراضي المالحة القلوية، قد يكون هذا الخطأ كبيرًا جدًا.
درجة الحرارة: تتأثر ثابت العزل الكهربائي للتربة بدرجة الحرارة. تُجهز الطرازات المتطورة بمستشعرات حرارة مدمجة للتعويض، ولكن لا يمكن الاستغناء عن ذلك تمامًا.
التلامس بين المسبار والتربة: إذا كانت هناك فجوة متبقية أو لم يكن التلامس محكمًا أثناء التركيب، فسوف يؤثر ذلك بشكل خطير على القياس.
يجب إجراء معايرة في الموقع لتحقيق دقة عالية
تعتمد معايرة المصنع عادةً على وسط معياري (مثل الرمل والتربة). وللحصول على قيم مطلقة موثوقة، يجب إجراء معايرة ميدانية في التربة المستهدفة (أي بمقارنة القيم المقاسة بطريقة التجفيف مع القيم المُقاسة، ووضع معادلة معايرة محلية). تُعد هذه خطوة حاسمة لضمان جودة البحث العلمي ودقة إدارة البيانات، ولكنها تزيد أيضًا من تكلفة الاستخدام والمتطلبات التقنية.
نطاق القياس هو معلومات "نقطة" محلية
عادةً ما تقتصر المنطقة الحساسة للمستشعر على بضعة سنتيمترات مكعبة من حجم التربة المحيطة بالمسبار. ولتوصيف التباين المكاني للمساحات الكبيرة، من الضروري تنفيذ تخطيط متعدد النقاط مناسب.
الاستقرار والانحراف على المدى الطويل
بعد الدفن لفترة طويلة، قد يتسبب معدن المسبار في انحراف خصائص القياس بسبب التآكل الكهروكيميائي أو التلوث، ويلزم إجراء فحص وإعادة معايرة منتظمة.
سيناريوهات مقترحة قابلة للتطبيق
سيناريوهات مناسبة للغاية
الزراعة الدقيقة والري الذكي: مراقبة ديناميكيات رطوبة التربة، وتحسين قرارات الري، وتحقيق الحفاظ على المياه وتحسين الكفاءة.
البحوث البيئية والهيدرولوجية: رصد التغيرات في ملف تعريف رطوبة التربة على المدى الطويل باستخدام نقاط ثابتة.
صيانة الحدائق وملاعب الجولف: أجهزة الاستشعار الأساسية لأنظمة الري الآلية.
مراقبة الكوارث الجيولوجية: تستخدم للإنذار المبكر بمحتوى المياه في مراقبة استقرار المنحدرات.
سيناريوهات تستدعي الحذر أو اتخاذ تدابير مضادة:
بالنسبة للتربة المالحة أو ذات الموصلية العالية: يجب اختيار النماذج التي تحتوي على وظائف تعويض الملوحة ويجب إجراء معايرة صارمة في الموقع.
في الحالات التي توجد فيها متطلبات قانونية أو بحثية للدقة المطلقة: من الضروري المقارنة والمعايرة باستخدام طرق TDR أو التجفيف، وينبغي إجراء فحوصات منتظمة.
ملخص
أصبحت مستشعرات التربة بتقنية FDR، بفضل أدائها الممتاز من حيث التكلفة، واستهلاكها المنخفض للطاقة، وسهولة استخدامها، التقنية الأكثر استخدامًا لقياس رطوبة التربة في الزراعة الحديثة والرصد البيئي. وهي في جوهرها "أداة فعالة للاستكشاف الميداني".
يمكن تلخيص السمات الأساسية على النحو التالي:
المزايا: سريع، مستمر، منخفض التكلفة، استهلاك منخفض للطاقة، وسهل الربط بالشبكة.
القيود: تتأثر الدقة بسهولة بملوحة التربة وقوامها ودرجة حرارتها، ويلزم إجراء معايرة في الموقع لضمان الدقة.
من خلال الفهم الصحيح لخصائصها وإدارة أخطائها من خلال التخطيط العلمي للنقاط والمعايرة اللازمة، يمكن لأجهزة استشعار FDR أن توفر معلومات ديناميكية قيّمة للغاية عن رطوبة التربة، وهي أدوات رئيسية لإدارة موارد المياه بدقة وتطوير الزراعة الرقمية.
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
تاريخ النشر: 12 ديسمبر 2025