1.5.2 Надвисокочастотний вологомір ґрунтових зразків свп-5

Розроблювачем приладу є Білоруський державний аграрний технічний університет. Прилад призначений для використання на гідрометеорологічних станціях, а також у сільському господарстві для експресного визначення вологості ґрунтів. Принцип дії його заснований на вимірі послаблення електромагнітної енергії сверхчастотного (СВ) поля вологими зразками ґрунтів. За твердженням розроблювача обраний метод виміру в частотному діапазоні 10 Ггц дозволив виключити вплив хімічного складу ґрунтів на результат виміру вологості, хоча таке твердження вимагає ретельної експериментальної перевірки. За даними авторів розробки технічні характеристики СВП-5 небагато уступають приладові ВПГ-4ц. Головним і вагомим недоліком СВП-5 є те, що він вимагає добору ґрунтових зразків ґрунтовим буром. Другим важливим недоліком цього приладу є те, що він також же, як і ТВ-метод, є менш репрезентативним для окремого поля, чим прилади ВПГ-1 і ВПГ-4ц. Прилад СВП-5 і ТВ-метод не відображають просторово поля вологості через те, що вологість ґрунту визначається не в 10-см шарі усього поля, зайнятого конкретної с.-г. культурою. Вона виміряється і визначається тільки в тім зразку ґрунту, що відбирають ґрунтовим буром (орієнтовно, 40-50 грам). У той же час ВПГ-4ц вимірює вологість, якщо не на всьому полі, зате в обсязі ґрунту, що нагадує форму циліндра, висотою 10 см і діаметром 60 см, а це була би проба вагома, біля, 40-50 кг сухого ґрунту, тобто набагато більше, ніж проба 40-50 грам. Такий же недолік і фотооптичного вологоміра ґрунтових зразків і переносного Іч-вологоміра ІRMM-106. Для того щоб використовувати обидва прилади для виміру вологості необхідно виймати проби ґрунтовим буром. Причому, ці проби недостатнього обсягу.

1.6 Дистанційний і автоматизований експрес-контроль агрометеорологічних умов вирощування сільськогосподарських культур

На гідрометеорологічних станціях, у науково-дослідних установах сільськогосподарського профілю, природоохоронних установах і багатьох сільськогосподарських підприємствах ведеться важка рутинна робота, спрямована на збирання, обробку, збереження і передачу інформації про навколишнє середовище, стан рослин і т.п. Такі роботи вимагають матеріальних витрат і великої ручної праці, що приводить до істотного збільшення вартості інформації. Широка автоматизація цих робіт із застосуванням сучасних комп'ютерних технологій дозволила б не тільки зменшити обсяги ручних робіт, але і знизити вартість інформації і, що особливо важливо, істотно поліпшити її якість і оперативність. Розробка і застосування автоматизованих вимірювальних систем для збирання, обробки, передачі і збереження інформації про стан ґрунту, зв'язані з рішенням декількох важливих проблем, серед них одна з найважливіших - проблема датчика вологості ґрунту.

Для виміру такого, можливо, найголовнішого параметра, як вологість ґрунту фактично ні в Україні, ні за її межами поки що немає офіційно визнаного датчика. Але без рішення проблеми датчика вологості ґрунту вся справа автоматизації вимір інших параметрів ґрунту в агрометеорології й агрономії є малоефективним. При наявності датчиків вологості ґрунту вже стають важливими також датчики температури, щільності, кислотності й інших параметрів ґрунту, рослин і повітря. Широкої автоматизації вимірів агрометеорологічних параметрів ґрунтів може передувати створення і впровадження дистанційних агрометеорологічних постів (Рис. 7). Ці пости дозволять випробувати датчики і вимірювальні системи, відробити технологію вимірів і, на початку, значно зменшити трудомісткість і вартість первинної інформації про стан ґрунтів. Потім, при додаткових матеріальних витратах, ці пости легко перевести на повний автоматичний режим без зміни інфраструктури мережі агрометеорологічних спостережень.

Перед тим як розробляти власну автоматизовану вимірювальну систему нами, були вивчені вже існуючі у світі системи не агрометеорологічного напрямку. Серед них розглянуті дистанційні метеорологічні пости фінської фірми "Вайсала", автоматизована метеостанція білоруського НПО "Агат", автоматизована метеорологічна станція загального ізраїльсько-американського виробництва і вітчизняна станція АРМ, створена Кримським НПО "Селта". Слід відзначити, що жодна з розглянутих систем цілком не відповідає задачам агрометеорології, оскільки не пропонує реального датчика для виміру вологості ґрунту, без якого автоматизація вимірів є мало перспективною.

1 - ПЕОМ, 2 - радіоприймач, 3 - приймальня антена, 4 - блок датчиків вологості і температури повітря, 5 - аналогово-цифровий перетворювач разом з радіоприймачем, 6 - передавальна антена, 7 - блоки датчиків вологості ґрунту

Рисунок 7 - Автоматизована агрометеорологічна пост (ААП)

Правда, працівники НПО "Селта", включили в комплект своєї системи проект вимірника вологості ґрунту з застосуванням перспективного (на думку переважної більшості дослідників) методу інфрачервоної (Іч) спектроскопії. Однак з цього приводу, вважаємо за доцільне, сказати наступне. Дійсно, метод Іч-спектроскопії виявився найбільш плідним для визначення змісту різноманітних речовин у складі суміші, але у всіх випадках він застосовувався у варіанті пропущення Іч-променів через досліджуваний об'єкт. Проте, якщо взяти навіть тонку плівку ґрунту товщиною кілька мікронів, то вона є абсолютно непроникною для Іч-променів.

Можливе застосування підходу, заснованого на відображенні Іч-променів, але цей підхід на даний час, майже не досліджений. Крім того, метод Іч-спектроскопії, відноситься до досить дорогих і придатним більш для лабораторних досліджень, а не для розробки польових експрес-приладів і автоматизованих дистанційних пристроїв виміру вологості ґрунту. Немає єдиної думки і щодо принципів побудови автоматизованих вимірювальних систем не тільки в агрометеорології, але і гідрометеорології в цілому.

Найбільш досконалою, щодо методів і засобів автоматизованого контролю гідрометеорологічних параметрів, на наш погляд є фінська фірма "Вайсала", що пропонує споживачам деяку автоматичну систему для спостереження за станом багатьох елементів погоди на базі спеціалізованого ("метеорологічного ") комп'ютера. У процесі виконання науково-дослідних робіт в УкрНДГМІ протягом 1991-1996 р. нами була спроектована автоматизована система контролю параметрів ґрунтів, що за багатьма ознаками переважала подібну розробку фірми "Вайсала":

- Система УКРНДГМІ дозволяє одночасно знімати і передавати дані з великої кількості датчиків на відстань до 10 км за допомогою кабелю і до 100 км і більш з використанням засобів радіо.

- Градуіровочні параметри датчиків передбачено заносити в пам'ять ПЕОМ заздалегідь для постійного збереження і знімати дані з 200-300 датчиків за 1 секунду, а не вводити їх перед виміром за допомогою кожного окремого датчика, як пропонувала у свій час фірма "Вайсала".

- Система фірми "Вайсала" є "закритою". Без спеціального " метеорологічного комп'ютера" датчики фірми не можуть бути використані. Пропонована нами система є відкритою для будь-якого датчика і може прямо підключатися до комп'ютерної мережі через стандартний зв'язок без додаткових з’єднувальних пристроїв.

Для комплектації автоматизованих агрометеорологічних постів нами також розроблені діючі макети датчиків і вимірювальні пристрої до них з такими параметрами:

- вологості повітря (діапазон 25-100 %, при температурах від -4 до +50° С);

- вологості ґрунту (діапазон 2-40 % при температурах від 0 до +50° С);

- температури повітря (діапазон - від -50 до +50 ° С);

- температури ґрунту (діапазон - від -25 до +50 ° С);

- фотосинтетично активної радіації ФАР (діапазон 0,38-0,70 мкм) та інші.

Ці датчики і функціональні перетворювачі "сигнал-напруга" є універсальними, тобто є придатними для застосування, як в автоматизованих вимірювальних системах, так і в окремих дискретних приладах. Крім датчиків вологості і температури ґрунту, датчиків температури і вологості повітря, датчика ФАР автоматизований агрометеорологічний піст ААП-1 включає багатоканальний аналогово-цифровий перетворювач, з'єднаний з PC за допомогою кабелю, або через радіоканал, (Рис. 7).

Комп'ютер забезпечує обробку і збереження агрометеорологічної інформації. Базовий ААП-1 комплектується 16 датчиками. У комплект ААП-1 включені датчики вологості ґрунту для глибин 10,20,...,50 см (5 шт.), датчики температури ґрунту для глибин 10,20,...,50 см (5 шт.), датчики вологості повітря (2 шт.), датчики температури повітря (2 шт.) і датчики для виміру сумарної і фотосинтетично активної сонячної радіації (ФАР) - 2 шт. У залежності від запитів споживачів кількість каналів можна бути збільшене до 64 і більш для підключення будь-якої кількості датчиків. Це не буде заважати роботі ААП, оскільки швидкодія його така, що дозволяє "опитати" до 200-300 датчиків протягом 1 секунди.

Відстань між ПЕОМ і датчиками може досягати 10 км і більш, при використанні багатожильного кабелю і 100 км і більш при використанні радіозв'язку. Дальність радіозв'язку залежить від потужності передавальних і приймальних пристроїв.