ارتقاء یک حسگر ترکیبی (نبرو-صوتی) جهت اندازه گیری تراکم خاک در شرایط رطوبتی متفاوت

رایج ترین روش های اندازه گیری مستقیم و غیر مستقیمِ تراکم خاک، به ترتیب چگالی ظاهری خشک و مقاومت مکانیکی خاک هستند. به طور مرسوم از فروسنج عمودی برای تخمین مقاومت مکانیکی خاک ها استفاده می شود. اما استفاده از این وسیله وقت گیر بوده و داده ها را در نقاط مجزا تامین می کند و بنابراین برای مزارع بزرگ مناسب نمی باشد. برای تهیه نقشه تغییر پذیری مکانی تراکم خاک در حال حرکت، از حسگرهای چند نوکی جهت اندازه گیری پیوسته مقاومت مکانیکی افقی خاک استفاده می شود. هدف از این پژوهش ارتقاء حسگر مقاومت مکانیکی افقی خاک در حال حرکت، ساخته شده توسط رهنما (1390) بود که شامل سه منشوری که توسط میله های رابط با طول یکسان در سه عمق به سه بارسنج متصل شده بودند و همچنین نوک های واقع در دو عمق 10 و 30 سانتی متر مجهز به میکروفُن بودند که صدای تولید شده در حین حرکت حسگر در داخل خاک را ضبط می نمود. گزارش شده است که نوک منشوری در عمق 10 سانتی متر، در خاک بهم خورده ناحیه گسیختگی تردد ساق حسگر حرکت می کند و مقادیر اندازه گیری شده با این نوک رابطه معنی داری با مقاومت مکانیکی اندازه گیری با فروسنج عمودی در این لایه (10-0 سانتی متر) نداشت. بنابراین فرض شد با بلند گرفتن طول میله رابط در این عمق، این نوک در خاک بهم نخورده جلوتر از حوزه گسیختگی تردد ساق حرکت کند، می تواند مقاومت واقعی خاک در جلوی نوک حسگر را ثبت کند. بنابراین، اقدام به ساخت یک میله رابط بلندتر برای نوک منشوری عمق اول شد. همچنین به منظور بررسی اینکه آیا تغییر ویژگی های صدای ثبت شده فقط تابع نوع گسیختگی است که قبلا ادعا شده بود یا به نوع گسیختگی و عمق کار بستگی دارد، دو میکروفُن دیگر در دو عمق 6 و 20 سانتی متری قرار داده شد. به همین منظور حسگر مذکور یک بار در یک قطعه زمین در چهار سطح رطوبتی pl] 5/0، pl 7/0، pl 9/0 و pl 1/1 (pl: حد خمیری خاک)[ برای بررسی عملکرد حسگر با میله رابط بلند و کوتاه آزمایش شد و یکبار در یک زمین در چهار سطح رطوبتی مشابه قبل و سه درجه تراکم مصنوعا ایجاد شده با تردد تراکتور (بدون تردد، یکبار تردد و سه بار تردد) مورد آزمایش قرار گرفت. مقادیر شاخص مخروط برای مقایسه در طول عبور حسگر به فاصله طولی 5/1 متر برای آزمایش اول و با فاصله 20 سانتی متر در طول عبور حسگر برای آزمایش دوم اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که بین مقادیر شاخص مقاومت افقی خاک (hri) اندازه گیری شده در عمق 10 سانتی متر با نوک منشوری دارای میله رابط بلند و میله رابط کوتاه تفاوت معنی دار وجود دارد و فقط مقادیر hri حسگر با میله رابط بلند رابطه معنی داری با مقاومت مکانیکی عمودی اندازه گیری شده با فروسنج عمودی داشت. این همبستگی احتمالاً به دلیل حرکت نوک در جلوی ناحیه گسیختگی مربوط به ساق حسگر بود. مقادیر هر دو شاخص hri و شاخص مخروط (ci) با کاهش درصد رطوبت خاک به طور معنی داری افزایش یافتند. در ارزیابی عملکرد حسگر در شرایط رطوبتی و تراکمی متفاوت، با میله رابط بلند برای نوک منشوری در عمق اول و میله های کوتاه برای دو عمق دیگر روابط معنی دار بین hri و ci برای هر عمق بدست آمد. تحلیل سیگنال های حسگر صوتی ثبت شده در سه عمق 10، 20 و 30 سانتی متر نشان داد که صرف نظر از درصد رطوبت مزرعه، با افزایش عمق چگالی طیف توان افزایش یافت، که علی رغم نوع گسیختگی هر سه نوک منشوری که بصورت فشاری می-باشد می تواند به دلیل افزایش سربار خاک با افزایش عمق باشد. رابطه معنی داری (r2 = 0.74) بین چگالی طیف توان با شاخص مقاومت افقی خاک در سه عمق بدست آمد. در نتیجه، با این حسگر ارتقاء یافته می توان تغییرات پیوسته hri را در کل نیم رخ خاک که رابطه معنی داری نیز با ci دارد، ثبت نمود. در توابع انتقالی توسعه یافته برای برآورد ci خاک، می-توان تاثیر عمق اندازه گیری را نیز در نظر گرفت.