طراحی، ساخت و ارزیابی حسگر ترکیبی مقاومت مکانیکی خاک به صورت بلادرنگ

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 معنی داری بین مقاومت مکانیکی خاک اندازه گیری شده با فروسنج افقی در عمق های 20 و30 سانتی متری و شاخص مخروط اندازه گیری شده با فروسنج عمودی برای عمق-های متناظر وجود داشت. بنابراین، از حسگر ترکیبی برای تهیه نقشه تغییر پذیری مقاومت خاک سطحی و زیرسطحی می توان استفاده نمود.