Metoda wyznaczania strefy czułości sensorów TDR

• Autorzy: Janik G. , Szpila M. , Slowinska J. , Brej G. , Turkiewicz M. , Skierucha W. , Pastuszka T.

Warianty tytułu

EN

Method for the determination of the sensitivity zone of TDR probe

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przedstawiono metodę wyznaczania strefy czułości sensorów stosowanych do pomiaru wilgotności objętościowej w ośrodkach porowatych. Analizom poddano czujniki wykorzystujące reflektometrię domenowo czasową (TDR), wyprodukowane w Instytucie Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk w Lublinie. Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych stwierdzono, że zasięg strefy czułości sensorów typu laboratoryjnego i polowego jest zależny od zawartości wody w ośrodku, w którym prowadzone są pomiary. W przypadku czujnika laboratoryjnego (LP/ms), gdy oznaczenia prowadzone są w glebie całkowicie suchej, strefę czułości stanowi objętość prostopadłościanu o wymiarach 0,6 cm i 5,8 cm i grubości równej średnicy prętów sondy LP. Natomiast gdy gleba jest nasycona to strefę czułości stanowi walec eliptyczny o wysokości 5,5 cm i promieniach 0,5 cm i 0,8 cm. W przypadku czujnika polowego (FP/mts), gdy pomiary prowadzone są w glebie całkowicie suchej, strefę czułości stanowi walec eliptyczny o wysokości 10,2 cm i promieniach 0,3 cm i 0,4 cm. Natomiast gdy gleba jest nasycona wodą walec o wysokości 11,2 cm i podstawie koła o promieniu 1,7 cm.

EN

The paper presents a method for the determination of the zone of sensitivity of probes used for the measurement of volumetric moisture in porous media. The probes under analysis were TDR (Time-Domain Reflectometry) probes manufactured at the Institute of Agrophysics, Polish Academy of Sciences, Lublin. Based on the laboratory studies performed it was found that the extent of the sensitivity zone of the field- and laboratory-type probes depends on the water content of the medium in which measurements are conducted. In the case of the laboratory probe (LP/ms), when the measurements are conducted in a completely dry soil, the zone of sensitivity of the probe is the volume of a cuboid with dimensions of 0.6 cm by 5.8 cm and a thickness equal to the diameter of the rods of the LP probe. Whereas, when the soil is saturated with water the zone of sensitivity of the probe is an elliptical cylinder with height of 5.5 cm and radii of 0.5 cm and 0.8 cm. In the case of the field probe (FP/mts), when the measurements are conducted in a completely dry soil, the probe sensitivity zone is an elliptical cylinder with height of 10.2 cm and radii of 0.3 cm and 0.4 cm. Whereas, when the soil is saturated with water that zone is a cylinder with height of 11.2 cm and a circular base with a radius of 1.7 cm.

Słowa kluczowe

PL

pomiary wilgotnosci; sensory TDR; metoda TDR; czulosc testow; gleby

EN

moisture measurement; TDR technique; test sensitivity; soil

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2011
• Tom: 18
• Numer: 2[193]
• Opis fizyczny: s.269-286,rys.,fot.,bibliogr.

Twórcy

autor

Janik G.

• Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Pl.Grunwaldzki 24, 50-363 Wrocław

autor

Szpila M.

autor

Slowinska J.

autor

Brej G.

autor

Turkiewicz M.

autor

Skierucha W.

autor

Pastuszka T.

Bibliografia

• Bittelli M., Flury M., Campbell Gaylon S., Schulz V., 2004. Characterization of a spiral-shaped time domain reflectometry probe. Water Resour. Res., Vol. 40., W09205.
• Blonquist Jr. J. M., Jones S. B., Robinson D. A., 2005. A time domain transmission sensor with TDR performance characteristics. J. Hydrology 314, 235-245.
• Janik G., 2005. Spatial variability of soil moisture in grassland. Int. Agrophysics 19, 37-45.
• Janik G., 2008. Spatial variability of soil moisture as information on variability of selected physical properties of soil. Int. Agrophysics 22, 35-43.
• Johst M., Casper M.C., Schlaeger S., 2010. Reliability of Inversely Reconstructed Soil Moisture Profiles and Consequences for Field Applications. The Open Hydrology Journal, 4, 35-43.
• Jones S.B., Or D., 2003. Modeled effects on permittivity measurements of water content In high surface area Poros media. Physica B 338, 284-290.
• Kraszewski A., 2001. Microwave aquametry: An Effective Tool for Non-destructive Moisture Sensing. Subsurface Sensing Technologies and Applications, 2(4), 347-362.
• Leao Tairone P., Perfect E., Tyner John S., 2010. New semi-empirical formulae for predicting soil solution conductivity from dielectric properties at 50 MHz. J. Hydrol. 393, 321-330.
• Liu X., Ren T., Horton R., 2008. Determination of Soil Bulk Density with Thermo-Time Domain Reflectometry Sensors. Soil Sci. Soc. Am. J., 72, 1000-1005.
• Malicki M. A., Skierucha W. M., 1989. A manually controlled TDR soil moisture meter operating with 300 ps rise-time needle pulse. Irrig. Sci., 10, 153-163.
• Malicki M.A., Plagge R., Renger M., Walczak R.T., 1992. Application of time-domain reflektome-try (TDR) soil moisture miniprobe for the determination of unsaturated soil water characteristics from undisturbed soil cores. Irrig. Sci., 13, 65-72.
• Nadler A., Dasberg S., Lapid I., 1991. Time domain reflectometry measurements of water content and electrical conductivity of layered soil columns. Soil Sci. Soc. Am. J., 55, 938-943.
• Quinones H., Ruelle P., 2001. Operative Calibration Methodology of a TDR Sensor for Soil Moisture Monitoring under Irrigated Crops. Subsurface Sensing Technologies and Applications Vol. 2, No. 1, 31-45.
• Reinhard A., 2000. Regulacja i matematyczne modelowanie ruchu wody w glebie. Wyd. AR we Wrocławiu. Skrypty nr 462, 118.
• Robinson, D.A., Jones, S.B., Wraith, J.M., Or, D., Friedman, S.P., 2003. A Review of Advances in Dielectric and Electrical Conductivity Measurement in Soils Using Time Domain Reflectometry. Vadose Zone J., 2, 444-475.
• Schlaeger S., 2005. A fast TDR-inversion technique for the reconstruction of spatial soil moisture content. Hydrol. Earth Sys. Sci. Discuss., 2, 971-1009.
• Skierucha W., 2005. Wpływ temperatury na pomiar wilgotności gleby metodą reflektometryczną. Acta Agrophysica 122, Rozprawy i Monografie, (5), 99.
• Skierucha W., Wilczek A., 2010. A FDR Sensor for Measuring Complex Soil Dielectric Permittivity in the 10–500 MHz Frequency Range. Sensors, 10, 3314-3329.
• Skierucha W., Wilczek A., Walczak R.T., 2006. Recent software improvements in moisture (TDR method), matric pressure, electrical conductivity and temperature meters of porous media. Int. Agrophysics 20, 229-235.
• Topp G.C., Davis J.L., Annan A.P., 1982. Electromagnetic determination of soil water content using TDR: I. Applications to wetting fronts and steep gradients. Soil Sci. Soc. Am. J., 46, 672-678.
• Veldkamp E., O’Brien J.J., 2000. Calibration of a Frequency Domain Reflectometry Sensor for Humid Tropical Soils of Volcanic Origin. Soil Sci. Soc. Am. J., 64, 1549-1553.
• Wagner N., Trinks E., Kupfer K., 2007. Determination of the spatial TDR- sensor characteristics in strong dispersive subsoil using 3D-FEM frequency domain simulations in combination with microwave dielectric spectroscopy. Measurement Science and Technology, 18, 1137-1146.
• Walker J.P., Willgoose G. R., Kalma J.D., 2004. In situ measurement of soil moisture: a comparison of techniques. J. Hydrol., 293, 85-99.
• Wasilewski M., Franczak E., Janik G., 2005. Pomiar wilgotnością gleby techniką TDR w warunkach niejednorodności ośrodka. Środowiskowe aspekty melioracji wodnych. Wyd. AR we Wrocławiu, s. 33–40. (Recenzowane Materiały I Międzynarodowej Konf. Mel. i Inż. Środ. zorganizowanej przez Instytut Inżynierii i Kształtowania Środowiska oraz Koło Naukowe Meliorantów im. prof. S. Baca, w dniach 14–15. 04. 2005).
• Whalley W.R., 1993. Considerations on the use of timedomain reflectometry (TDR) for measuring soil water content. J. Soil Sci., 44, 1-9.