امکان‌سنجی تعیین بافت خاک با استفاده پردازش سیگنال‌های صوتی یک نفوذسنج مخروطی

ماشین های کشاورزی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 02 بهمن 1401   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2023.78870.1126

نویسندگان

جعفر نصرالهی آذر؛ رحمان فرخی تیمورلو^* ؛ وحید رستم پور

گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

بافت خاک یکی از خصوصیات مهم خاک است که با بسیاری از جنبه­‌های عملکرد خاک، از بهره­‌وری تا سهولت خاک­‌ورزی، در ارتباط است. در حال حاضر، تعیین بافت خاک به دو صورت انجام می‌گیرد: در سطح مزرعه با دقت کم یا در محیط آزمایشگاهی و زمان­بر. در این مطالعه به توسعه یک سیستم جدید برای تعیین بافت خاک در محل مورد نظر، با استفاده از یک نفوذسنج مخروطی با سه زاویه مخروط 30، 45 و 60 درجه پرداخته شد. نفوذسنج مجهز به یک میکروفون بود که در آن صدای حاصل از اصطکاک مخروط-خاک برای تعیین بافت خاک استفاده شد. برای تشخیص سه نوع بافت خاک که شامل رس، شن و لوم بود، از روش آنالیز سیگنال­‌های صوتی در حوزه زمان- فرکانس (تبدیل موجک) استفاده گردید. تجزیه سیگنال­‌ها در 5 سطح انجام شد و ویژگی­‌های مجموع (SUM)، ریشه میانگین مربعات (RMS)، واریانس Var، کشیدگی (kurtosis) و ممان های مرتبه بالا Moment4 مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که زیر سیگنال‌­های جزئیات اول مخروط 30 و 60 درجه، جزئیات سوم مخروط 60 درجه، جزئیات چهارم مخروط 60 درجه و آپروکسیمت مخروط 45 و 60 درجه به ترتیب دارای بیشترین توانایی و اولویت برای تشخیص نوع بافت خاک از یکدیگر می باشند. در بین ویژگی­‌های بررسی شده به ترتیب ویژگی­‌های مجموع، واریانس، ممان، کشیدگی و ماکزیمم برای تشخیص نوع خاک با سطح احتمال 1% دارای اولویت هستند. مقادیر همه این ویژگی­‌ها با افزایش اندازه ذرات خاک از رس تا شن افزایش یافت. تکنیک صوت دارای پتانسیل خوبی جهت تشخیص نوع بافت خاک بود.

کلیدواژه‌ها

پردازش سیگنال؛ تبدیل موجک؛ زیر سیگنال؛ شاخص مخروطی؛ میکروفون

مراجع