پديد آورنده :
مرتضوي، متين
عنوان :
طراحي، ساخت و ارزيابي حسگر رطوبت‌سنج ديالكتريك قابل نصب روي فروسنج افقي چندنوكي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مكانيك بيوسيستم
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده كشاورزي
صفحه شمار :
هفده، 107ص.: مصور، جدول، نمودار
يادداشت :
ص.ع. به فارسي و انگليسي
استاد مشاور :
احمد ميره‌اي، مجتبي نادري بلداجي
توصيفگر ها :
كشاورزي دقيق , تراكم خاك , حسگر خازني , شبيهسازي المان محدود
استاد داور :
مرتضي صادقي، محمدرضا مصدقي
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/05/29
چكيده فارسي :
71 چكيده چالش اصلي در استفاده از فروسنجهاي افقي بهعنوان ابزاري بالدرنگ براي اندازهگيري مقاومت مكانيكي خاك و ارزيابي كم ي تراكم خاك در كشاورزي دقيق دخيللبلودن همزملان چنلدين ويژگلي خلاك در مقاوملت اسلت كله در بلين ايلن ويژگيها محتواي رطوبتي خاك تاثير معنيداري بر مقاومت مكانيكي خاك دارد بهطوريكه برخي محققين اندازهگيلري مقاومت مكانيكي خاك بدون اندازهگيري محتواي رطوبتي آن را كاربردي نميدانند ثابت ديالكتريك توده خاك يلك مشخصه مهم براي اندازهگيري محتواي رطوبت آن است و حسگرهايي كله از ثابلت ديالكتريلك خلاك و روش خلازني براي اندازهگيري رطوبت آن استفاده ميكنند داراي قيمت ارزان پاسخدهي سريع و مناسب براي اندازهگيريهاي برخط و قابليت استفاده از انواع ابعاد و اندازه ها و با اشكال هندسي متفاوت هستند در اين پژوهش اقلدام بله طراحلي يلك حسلگر خازني براي اندازه گيري رطوبت خاك به نحوي كه قابل استفاده در تركيلب بلا يلك فروسلنج افقلي نلوكمبنلا باشلد در نرمافزار Catia شد ابتدا با انتخاب پيكربندي فروسنج افقي و سپس طراحي آن يك سري شبيهسازيهاي المان محدود در نرمافزار Abaqus با درنظرگرفتن آزمون همگرايي م ش براي مطالعه تنشهاي وارد به آن انجام شد نتايج اين شبيهسازيها نشان از طراحي درست و انتخاب جنس مناسب براي ساخت فروسلنج افقلي بلود در مرحلله بعلدي بلا مطالعله پارامترهلاي طراحي حسگر خازني در تركيب با فروسنج افقي و انتخاب پيكربندي دوحلقهاي براي آن يك سري شبيهسازيهاي المان محدود با هدف دستيابي به ابعاد و فركانس كاري بهينه براي حسگر و تخمين شكل و اندازه ناحيله تحلت تلأثير حسلگر در نرمافزار كامسول انجام شد نتايج اين شبيهسازيها نشان داد كه براي حسگر خازني افزايش فاصله بلين الكترودهلا موجلب كاهش مقدار ولتاژ نسبت موج ايستا VSWR و افزايش عمق نفوذ حسلگر مليگلردد ازطرفلي افلزايش پهنلاي الكترودهلا هرچند تأثير معني داري بر افزايش عمق نفوذ حسگر ندارد اما موجب كاهش مقلدار VSWR مليگلردد بنلابراين مليتلوان استنباط نمود كه براي يك حسگر خازني دوحلقه اي پهناي كمتر الكترودها و فاصله بيشتر بين آنها يلك هندسله مناسلب بهنظر ميرسد همچنين شبيهسازي ها نشان داد مادامي كه حجم خلاك اطلراف حسلگر بلهصلورت همگلن و فاقلد هلدايت الكتريكي و تراوايي مغناطيسي درنظر گرفته شود تغيير فركانس كاري اثر معنيداري بلر رفتلار حسلگر خلازني نداشلته و بلا افزايش ثابت ديالكتريك خاك اطراف حسگر خازني از 5 تا 03 اندازه ناحيه تحت تأثير حسگر يا به عبارت ديگلر عملق نفوذ حسگر نيز از 11 51 به 65 71 ميليمترافزايش پيدا ميكند لذا ناحيه تحت تاثير حسگر با توجه به نتايج شلبيهسلازيهلا بهصورت يك استوانه به قطر ميانگين 76 75 ميليمتر و ارتفاع 03 ميليمتر است يك مدار الكترونيكي براي حسگر طراحي و ساخته شد كه قادر به تبديل تغييرات امپدانس حسگر به تغيير در مقادير ولتاژ ثابت بود براي ارزيابي مدار بهدستآوردن مشخصه هاي استاتيكي آن و اطمينان از همخواني آن با سامانه جمعآوري اطالعات مورد استفاده تغييلرات ولتلاژ خروجلي آن به ازاي تغيير در مقادير يك مقاومت متغير ثبت شد نتايج حاكي از تغيير خطي خروجي ملدار 89 0 2 R بلهازاي تغييلر در ظرفيت خازني بود حساسيت استاتيكي مدار برابر با 81 0 ميليو لتبرپيكوفاراد و صحت و دقلت آن بلهترتيلب برابلر بلا 9 7 و 8 بهدست آمد همچنين مشخص شد كه استفاده از سامانه جمعآوري اطالعات عملكلرد حسلگر را تحلت تلأثير قرار نميدهد براي ارزيابي استاتيكي حسگر خازني ساختهشده يك طرح آزمايشلي بلهصلورت فاكتوريلل در قاللب طلرح كامال تصادفي كه داراي دو فاكتور رطوبت وزني در پنج سلطح 0 8 PL 0 6 PL 0 4 PL 0 2 PL و PL 1 0 PL حلد خميري و چگاليظاهري در سه سطح 2 1 4 1 و 3 1 6 g cm است ترتيب داده شد نتايج نشان داد كه مقادير خروجلي حسگر بهصورت يك معادله درجه دوم 19 0 2 R با افزايش مقادير رطوبت حجملي كلاهش ملييابلد همچنلين روابلط معنلليداري بللين مقللادير خروجللي حسللگر و درصللد اشللباع 29 0 2 R و مقلادير خروجللي حسللگر بلا كللس حجمللي هللوا ل ل 37 0 2 R وجود دارد تحليل نمودارهاي نيرو برحسب عمق نفوذ سطح مخروطليشلكل فروسلنج افقلي حلاكي از وجلود رابطه معنيدار بين مقادير نيروهاي وارد به سطح مخروطيشكل با چگالي ظاهري كسر حجمي ذرات جامد درصد پلوكي و درصد تخلخل 86 0 2 R بود تحليل آماري دادههاي حاصل از ارزيابي استاتيكي حسگر خازني حاكي از وجود تفاوت معنيدار بين سطوح مختلف رطوبت وزني و چگالي ظاهري و همچنين معني دار بودن اثر متقابلل بلين فاكتورهلاي رطوبلت وزني و چگالي ظاهري در سطح معنيداري 1 0 درصد است نتايج اين پژوهش نشان داد كه حسگر خازني ساختهشده يك ابزار مناسب براي اندازهگيري محتواي رطوبت حجمي خاك بوده و قابليت بكارگيري بهصورت تركيبي بلا يلك
چكيده انگليسي :
109 Design Development and Evaluation of a Dielectric Moisture Sensor Mountable on a Multiple tip Horizontal Penetrometer Sayed Matin Mortazavi Matin mortazavi@ag iut ac ir June 21 2017 Department of Biosystems Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Language FarsiiDegree M Sc Supervisor A Hemmat a hemmat@cc iut ac irAbstractSoil water content WC has a significant effect on soil mechanical resistance such that reporting of mechanicalresistance and WC of thr soil is useful for researchers The dielectric constant of the soil is an importantcharacteristic for measuring its WC The sensors based on the dielectric constant of the soils capacitive type areinexpensive and high response which make them suitable for online measurements They have the ability to be usedin variety of sizes and dimensions with different geometric shapes This study was set out to design a dielectricsensor to measure soil WC in a way that it could be used in combination with a horizontally tip based penetrometer First the configuration of the horizontal penetrometer was designed in Catia software and then a series of finiteelement simulations were carried out in Abaqus software in order to be assured from its strength The results of thesimulations showed that the selected sizes and the materials which were used in the design of the horizontalpenetrometer were right In the next stage the design parameters of the dielectric sensor combined with thehorizontal penetrometer were studied and a two ring configuration was chosen A series of finite elementsimulations were also conducted to achieve the optimal dimensions and operating frequency for the sensor Also thesoil volume which could be affected by electrical field of the sensor was estimated using COMSOL software Theresults of these simulations showed that for the dielectric sensor by increasing the distance between the electrodes rings the amount of Voltage Standing Wave Ratio VSWR was reduced and the size of the soil volume affectedby the sensor was increased On the other hand by increasing the width of the rings the VSWR value was reducedwhile there was no significant effect on the volume of the soil affected by the electrical field the sensor induced intothe soil Therefore a two ring dielectric sensor with the lowest possible electrode width and the largest possibledistance between the electrodes was chosen The dimensions of cylindrical soil volume as affected by the sensor based on the results of simulations were 57 67 mm in diameter and 30 mm in height An electronic circuit for thesensor was designed in a way that it could convert the sensor impedance changes into changes in the values of aDirect Current DC Voltage Evaluation of the circuit showed a linear change in output per change in thecapacitance For the static evaluation of the developed dielectric sensor a factorial experimental design with twofactors including soil gravitational WC and bulk density was considered The results showed that a significantquadratic relationship between the sensor output values and soil volumetric WCs were obtained Keywords Precision agriculture Soil compaction Dielectric sensor FE Simulation
استاد مشاور :
احمد ميره‌اي، مجتبي نادري بلداجي
استاد داور :
مرتضي صادقي، محمدرضا مصدقي
