دانلود تحقیق در مورد طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرخازنی اندازه گیر رطوبت خاك به صورت بلادرنگ با word

توضیحات

  تحقیق در مورد طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرخازنی اندازه گیر رطوبت خاك به صورت بلادرنگ با word دارای 25 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق در مورد طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرخازنی اندازه گیر رطوبت خاك به صورت بلادرنگ با word  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق در مورد طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرخازنی اندازه گیر رطوبت خاك به صورت بلادرنگ با word،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن تحقیق در مورد طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرخازنی اندازه گیر رطوبت خاك به صورت بلادرنگ با word :

طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرخازنی اندازه گیر رطوبت خاك به صورت بلادرنگ

چكیده
تراكم و محتوای رطوبتی خاك، دو خصوصیت فیزیكی تاثیر گذار بر روی عملكرد محصول در مزرعه می باشند. استفاده از حسگرهای خازنی، وسیله ای حساس برای تخمین محتوای رطوبت خاك می باشد. در این روش، خاك به عنوان بخشی از

دی الكتریك یك خازن محسوب می شود. در این تحقیق، یک حسگر اندازه گیر رطوبت مبناء،خازنی ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. این حسگر از دو بخش تشكیل شده است: 3 الكترود و یك مدار الكترونیكی. الكترودها تیغه های فلزی هستند كه مورد عملیات حرارتی قرا گرفته و سخت شده اند و در نتیجه سطح آنها در برابر سایش بسیار مقاوم است. این تیغه ها در داخل یك قطعه فیبر استخوانی ثابت شده اند. لبه های این فیبر به صورت گوه ای شكل ساخته شده تا حركت آن در خاك، راحت تر انجام گیرد. تیغه ها توسط كابل های هم محور به

مدار الكترونیكی متصل شده اند. ولتاژ تحریك مدار برابر 12 ولت می باشد و خروجی آن فركانس است. حسگر تحت شرایط استاتیكی آزمایشگاه و در خاكی با بافت لوم رسی سیلتی واسنجی شد. با استفاده از نتایج این آزمون، آزمون مزرعه ای انجام گرفت. تحلیل داده ها نشان داد كه رابطه بین محتوای رطوبت خاك و فركانس خروجی حسگر را می توان به صورت یك رابطه درجه دو نشان داد. نتایج نشان داد كه داده های خروجی حسگر علاوه بر محتوای رطوبت خاك، به درجه حرارت محیط نیز بستگی دارند. اگرچه بین مقادیر اندازه¬گیری شده توسط حسگر رطوبت و به روش وزنی به¬علت تأثیر درجه حرارت بر ظرفیت خازنی خاك تفاوت وجود داشت، ولی همبستگی معنی¬داری (70/0=2R) بین مقادیر اندازه¬گیری شده با این دو روش مشاهده شد.

کلیدواژه: اندازه گیری بلادرنگ، حسگر اندازه گیری رطوبت، كشاورزی دقیق

1- مقدمه
یکی از مهمترین عوامل مدیریت مزرعه، مدیریت آب می¬باشد. اندازه¬گیری و نمایش محتوای رطوبتی خاک یکی از ضروری¬ترین مباحث مدیریت جهت بهبود بازده در کشاورزی است. محتوای رطوبتی خاک را می-توان بر دو مبنای وزنی و حجمی بیان كرد. محتوای رطوبت وزنی می¬تواند با استفاده از تفاوت وزن قبل و بعد از خشک شدن نمونه خاک، تعیین گردد. این روش مستقیم روش حرارتی- وزنی(یا روش ساده-وزنی) خوانده می¬شود. اگرچه روش مستقیم روش ارزانی می¬باشد، جزء آزمایش¬های مخرب و وقت¬گیر است و امکان تکرار آزمایش در یک مکان وجود ندارد [3].

در حال حاضر دامنه وسیعی از حسگرهای تجاری وجود دارند که با استفاده از اصول فیزیکی مختلف قادر به اندازه¬گیری رطوبت خاک به¬طور مستقیم هستند. برای مثال می¬توان بلوک گچی ، جستجوگر نوترونی ، باز تاب سنج دامنه زمانی (TDR) و تکنیک¬های طیف¬سنجی مانند باز تاب¬ سنجی امواج نزدیک مادون¬قرمز (NIR) را نام برد ]3]. به¬طور معمول این ابزار¬ها برای اندازه¬گیری نقطه-ای محتوای رطوبتی خاک و به¬طور استاتیک استفاده می¬شوند.

یکی از مرسوم ترین روش غیرمستقیم تغیین محتوای رطوبتی حجمی خاک با استفاده از حسگرهای خازنی می¬باشد. اساس کار این نوع حسگرها عبارتند از قرار دادن خاک در یک مدار ارتعاشی و اندازه گیری فرکانس تشدید است. [3]. دو روش معمول برای اندازه¬گیری پیوسته ظرفیت خازنی خاک وجود دارد. یک روش بر اساس تکنیک اندازه¬گیری فرکانس می¬باشد که فرکانس با مقدار ظرفیت خازنی که عمدتاً به خصوصیت دی¬الکتریک خاک برمی-گردد، تغییر می¬کند [4]. روش دیگر، تعیین امپدانس خاک در یک فرکانس تحریک داده شده، می-باشد. در هر دو روش فرکانس باید به اندازه¬ای بالا باشد که تأثیر شوری خاک را کاهش دهد در غیر این¬صورت خروجی این حسگرها تحت تأثیر مقدار نمک خاک نیز می¬باشد [5].

لیو و همکاران (1996) یک حسگر رطوبتی دی-الکتریک- مبنا تحت شرایط دینامیکی ساخت و آن را داخل یک بلوک نایلونی قرار داد تا بتواند آن را به ابزار متصل کند. نتایج آنها، سهولت دست¬یابی به داده با استفاده از کاربرد بلادرنگ را نشان داد. به علاوه، آزمون¬های تکمیلی توسط آندرد و همکاران (2001) انجام شد و نشان داد که این حسگر رطوبتی نه تنها به رطوبت پاسخ می¬دهد بلکه به مقدار نمک، درجه حرارت و بافت خاک نیز عکس¬العمل نشان می¬دهد. رودس و همکاران نیز (1989) به نتایج مشابهی دست یافتند. محاسبه اثر حرارت نسبتاً ساده است زیرا اثر خطی آن بر روی خازن، به سادگی با اندازه¬گیری حرارت جبران می-شود. علاوه بر آن بافت خاک، یک خاصیت استاتیکی است. اگر نقشه مزرعه از نظر بافت خاک در دسترس باشد، اثرات بافت خاک بر روی اندازه¬گیری¬های دی-الکتریک قابل تخمین زدن می¬باشد. بنابراین، ملاحظات مربوط به حررات و بافت خاک به سادگی بر روی داده¬ها انجام می¬شود و فقط دو فاکتورمحتوای رطوبتی و نمک بر روی داده¬های خازن تأثیر¬گذار می¬باشند [3]. اهداف

2- مواد و روش ها
2-1- حسگر اندازه گیر رطوبت خاک
برای طراحی حسگر اندازه گیر رطوبت خاک به-صورت پیوسته، یکسری آزمایش¬های اولیه در آزمایشگاه روش¬ها و ابزار اندازه¬گیری دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان انجام گرفت. هدف از انجام آزمایش¬ها، ساخت نمونه¬های اولیه حسگر اندازه¬گیری رطوبت و ارزیابی آن¬ها به¬صورت استاتیکی و مقایسه منحنی¬های رفتاری مقاومت الکتریکی خاک-¬محتوای رطوبتی خاک و ضریب دی¬الکتریک خاک-محتوای رطوبتی خاک بود.

حسگر مبنا-خازن بر اساس اندازه¬گیری تغییرات فرکانس با تغییرثابت دی¬الکتریک خاک ( ) پایه ریزی شده است. با تغییر رطوبت خاک، به¬دلیل تغییر در ثابت دی¬الکتریک خاک، ظرفیت خازنی تغییر می كند. حسگر در واقع یک مدار تشدید است که می تواند فركانس تشدید محیط (خاک) را آشکار سازد. یک مدار تشدید به صورت زیر مدل می-شود:
(1)
كه در آن:
= فركانس (MHz)
L= ضریب القاء ( )
C= ظرفیت خازنی ( )
با توجه باینکه ضریب القاء در مدار تشدید دارای مقداری ثابت است، لذا معادله فوق پیشنهاد می کند که فركانس خروجی حسگر فقط با ظرفیت خازنی تغییر می کند.
برای ساخت حسگر اندازه¬گیر رطوبت، از خواص خازن¬ها استفاده شد. حسگرهای مبناء-خازنی به-دلیل هزینه ساخت پایین و حساسیت بالا در برابر تغییرات رطوبت در خاک، نسبت به سایر حسگرها در جایگاه بهتری قرار گرفته¬اند. اساس کار حسگرهای خازنی استاتیکی، همان¬طور که در شکل 1 مشاهده می¬شود، معمولاً به این صورت است که دو یا چند صفحه فلزی با فاصله ای معین از هم (d) بر روی یک پایه ثابت می¬شوند. این حسگرها در حالت عادی بسته به طول، عرض و ارتفاعی که دارند، دارای یک ظرفیت خازنی مشخص (ماده بین صفحات آن هوا است) می¬باشند. با فرو کردن حسگر در خاک ( یا قرار دادن خاک بین صفحات خازن)، ثابت دی-الکتریک خازن که قبلاً هوا بود، تغییر می¬کند و در نتیجه ظرفیت خازنی آن نیز تغییر می¬کند. عدد نشان داده شده در این حالت به عنوان ظرفیت خازنی، بستگی به محتوای رطوبت، بافت و درجه حرارت خاک دارد. با انجام آزمایش در خاکی با بافت همگن و در شرایط یکسان از نظر درجه حرارت، خروجی حسگر فقط وابسته به مقدار رطوبت موجود در خاک می¬شود و از این طریق می¬توان حسگر را واسنجی کرد. نکته حائز اهمیت در اینجا آن است که اگر از این شیوه برای حسگرهای دینامیکی (در حین حرکت) نیز استفاده شود دو مسئله پیش می¬آید؛ اول اینکه حرکت آن در زیر خاک به سختی انجام می¬گیرد ودوم اینکه، ممکن است قرار گرفتن سنگی در بین دو صفحه خازن در حین حرکت، باعث جلوگیری از جایگزین شدن خاک جدید با خاک قبلی در بین صفحات شود. برای رفع این مشکل، در حسگر ساخته شده، از خازن مسطح استفاده شد.

شکل 1- شمای کلی از حسگر خازن- مبناء در حالی که خاک در بین صفحات آن قرار گرفته است
برای ساخت صفحات خازن، سه تیغه فلزی به عنوان صفحات الكترود (شكل 2) از شمش فولاد تهیه شد. سپس این قطعات با عملیات حرارتی کاملاً مقاوم شدند.

شکل 2- تصویر واقعی از تیغه¬های تشکیل دهنده صفحات خازن ( همان¬طور که مشاهده می¬شود سطوح این تیغه¬ها کاملاً صیقلی است).
حسگرهای تماسی اندازه گیر خصوصیت¬های مختلف خاك به ¬صورت پیوسته، باید دارای استحكام بالایی باشند تا بتوانند فشار ناشی از كشیده شدن در خاك را تحمل كنند. بنابراین، جهت ثابت كردن فاصله الكترودها نسبت به هم و همچنین ایجاد ابزارحاملی كه بتواند به راحتی الكترودها را در خاك جابه¬جا كند، از یك قطعه فیبر استخوانی استفاده شد. برای سهولت حركت ابزار حامل در زیر خاك، لبه¬های این ابزار به¬صورت گوه ای شكل با زاویه 45 درجه درآمد. شكل 3 تصویری از حسگر اندازه گیر رطوبت خاك را نشان می¬دهد.

شكل 3- تصویری از سه نمای ابزار حمل كننده الكترودها (صفحات خازن) در حالی كه الكترودها در داخل آن قرار گرفته اند.
برای اتصال حسگر به قاب از یك گیره نگه-دارنده استفاده شد. این گیره در قسمت پایین دارای یك بست می¬باشد كه در فواصل هم¬مركز با سوراخ¬های قسمت انتهایی ابزار حامل، دارای سوراخ¬هایی می¬باشد. با قرار دادن ابزار حامل در داخل بست و پیچ كردن آن¬ها، ابزار حامل نسبت به بست كاملاً ثابت می¬شود. برای سهولت حركت حسگر در خاك، گیره نگه¬دارنده حسگر رطوبت در جلو به یك تیغه مجهز شد. در داخل این تیغه لوله ای قرار گرفته است كه سیم¬های خارج شده از صفحات خازن (الكترودها) را از زیر به سطح خاك منتقل می¬كند. (شکل های 4 و 5).

شكل 4- گیره نگه¬دارنده حسگر اندازه گیره رطوبت برای اتصال به قاب (در سمت راست شكل، حسگر اندازه گیر رطوبت در داخل گیره نگه¬دارنده قرار گرفته است).

برای دریافت اینجا کلیک کنید