Tabantaşı derinliğini belirlemek üzere hareketli (on-the-go) sensör tasarımı

Abstract

Toprak sıkışması bitki köklerinin toprak işleme derinliğinden daha derine nüfuzunu engelleyip verimin düşmesine sebep olmaktadır. Ayrıca su infiltrasyonunun düşmesi ile, bitkiler daha duyarlı hale gelmektedir. Toprağın sıkışmasını önlemek amacıyla toprak işleme derinliğinin ayarlanması çok masraflı bir işlem olduğu tahmin edilebilir. Değişken derinlikte ve ya alana özel toprak işleme derinliği teknolojisi sadece gerekli derinlikte toprağın işlenmesi ihtiyacı duyulduğunda, toprağın fiziksel özelliklerinin optimize edilmesine sebep olmaktadır. Bu nedenle, farklı toprak derinliklerinde, toprağın direncine bağlı olarak sıkışık tabakanın derinliğini tesbit edip, işleme derinliğinin belirlenmesi için bir teknolojinin geliştirilmesine gerek duyulur. El penetrometresi ve kesikli (stop-and-go) ölçüm sistemleri, masraflı ve zaman alıcıdır. Bu nedenle, bazı araştırmacılar tarafından sürekli (on-the-go) ölçüm yöntemi incelenmiştir. Bu çalışmada, toprağın mekanik direncini toprağın 15-45 cm derinlik aralığında, toprakta hareket ederek sürekli ölçüm yapan, 8 tane yük hücresi taşıyan bir ana gövde tasarlanmıştır. Bu sistem, problar arası boşluk birakılmadan 4'er cm aralıklarla ölçüm yapmaktadır. Tasarım parametrelerini optimize etmek amacıyla, simülasyonda kullanılan modelde boyutlar ve algılama elemanlarının koordinatı ve aralarındaki boşluğun minimize edilmesi göz önüne alınmıştır. Bu optimizasyon esas alınarak 11.94 cm2 kesit alanı ve 60o kesim açısı özelliklerini taşıyan bir prizmatik prob tipi seçilmiştir. Ayrıca, topraktan gelen maksimum direnç 10 kN olarak ön görülmektedir.Anahtar sözcükler: Penetrometre, Sensör, Toprak direnci, Toprak sıkışması.

Soil compaction limits root penetration below the plowing depth, reduces yields and makes plants more susceptible to drought stress. Applying uniform depth tillage over the entire field to manage the soil compaction may be either too shallow or too deep and it can be costly. Variable-depth or site-specific tillage technology optimizes soil physical properties only where the tillage is needed by applying tillage at the required depth.Therefore, there is a need for a technology to determine the tillage depth based on soil mechanical strength at different depths of soil. Since soil cone penetrometers require a stop-and-go operation that can be time-consuming and costly, on-the-go measurement methods of soil mechanical strength have been investigated by some researchers. A measuring system with simple instrumented shanks was designed and built to measure mechanical resistance of soil at different depths over the entire top 45 cm of the soil profile while moving through the soil. This system allows probs for the simultaneous measurement of soil mechanical resistance at six depth.The models were used in simulation to optimize design parameters of the sensor, including component dimensions and the location and spacing of sensing elements. Based on this optimization, a prismatic sensing tip with a 11.94 cm2 base area and a 60° cutting angle was selected, and the corresponding simulatedmaximum force and strength measurements were 10 kN.Keywords. Cone penetrometer, Sensor, Soil strength, Soil compaction.