Vidéo : Comment calibrer les capteurs d'humidité du sol METER
Guide d'instructions étape par étape pour l'étalonnage des capteurs d'humidité du sol METER
Comment installer des capteurs d'humidité du sol - plus rapidement, plus efficacement et avec une plus grande précision ?
Si vous souhaitez obtenir des données précises, l'installation correcte du capteur doit être votre priorité absolue. Une mauvaise installation peut potentiellement entraîner une perte de précision de plus de 10 %.
Pourquoi l'installation est essentielle
Si vous souhaitez obtenir des données précises, l'installation correcte du capteur doit être votre priorité numéro un. Lors de mesures dans le sol, les variations naturelles de densité peuvent entraîner une perte de précision de 2 à 3 %, mais une mauvaise installation peut potentiellement entraîner une perte de précision de plus de 10 %. L'installation correcte des capteurs est la base des données que vous collectez. Une mauvaise installation rend l'interprétation des données difficile. Dans cet article, vous trouverez des conseils d'initiés sur la façon d'installer les capteurs d'humidité du sol plus rapidement, plus efficacement et avec une plus grande précision. Apprenez :
- Ce à quoi il faut faire attention lors de l'installation de capteurs
- A quoi ressemblent les problèmes d'installation dans vos données
- Priorités d'installation des capteurs d'humidité du sol
- Comment METER fait progresser la science de l'installation pour des données de meilleure qualité
Comprendre vos capteurs
Pour comprendre pourquoi une mauvaise installation des capteurs a un impact énorme sur la qualité de vos données, vous devez comprendre comment fonctionnent les capteurs d'humidité du sol.
Les capteurs d'humidité du sol (capteurs de teneur en eau) mesurent la teneur en eau volumétrique. La teneur en eau volumétrique (VWC) est le volume d'eau divisé par le volume du sol (équation 1), ce qui donne le pourcentage d'eau dans un échantillon de sol.
Ainsi, par exemple, si un volume de sol (figure 1) est composé des éléments suivants : 50 % de minéraux du sol, 35 % d'eau et 15 % d'air, ce sol aurait une teneur en eau volumétrique de 35 %.
Pourquoi les capteurs capacitifs fonctionnent-ils ?
Tous les capteurs d'humidité du sol METER utilisent une méthode indirecte appelée technologie de la capacité pour mesurer le VWC. "Indirecte" signifie qu'un paramètre lié à la CVM est mesuré et qu'un étalonnage est utilisé pour convertir cette quantité en CVM. En termes simples, la technologie de la capacité utilise deux électrodes métalliques (sondes ou aiguilles) pour mesurer la capacité de stockage de charge (ou la permittivité diélectrique apparente) de ce qui se trouve entre elles.
Le tableau 1 montre que chaque constituant commun du sol a une capacité de stockage de charges différente. Dans le sol, le volume de la plupart de ces constituants reste constant dans le temps, alors que le volume de l'air et de l'eau fluctue.
| Matériau | Permittivité diélectrique apparente |
|---|---|
| Air | 1 |
| Minéraux du sol | 3-16 |
| Matière organique | 2-5 |
| Glace | 5 |
| L'eau | 80 |
Tableau 1. Capacité de stockage des charges (permittivité diélectrique apparente) des constituants courants du sol
Étant donné que l'air ne stocke pratiquement aucune charge et que l'eau stocke une charge importante, il est possible de mesurer le changement dans la capacité de stockage de charge d'un sol et de le relier à la quantité d'eau (ou VWC) dans ce sol. (Pour une explication plus détaillée de la technologie de la capacité, regardez Soil Moisture 201).
Volume d'influence des données
Le volume d'influence (figure 3) est la zone du sol mesurée par le champ électromagnétique émis par les aiguilles du capteur. La figure 2 (ci-dessus) montre une approximation de l'intensité relative du champ électromagnétique. Notez que l'essentiel de la sensibilité du capteur se situe à quelques millimètres des aiguilles de la sonde. Tout ce qui se trouve dans ce champ électromagnétique affecte la sortie du capteur, mais le pourcentage d'eau situé juste à côté des aiguilles a une plus grande influence sur la réponse du capteur que la zone plus éloignée des aiguilles.
Évitez à tout prix les trous d'air
Comme le volume d'influence des capteurs diélectriques d'humidité du sol (TDR, FDR, types de capacité) est le plus sensible près de l'aiguille, il est essentiel d'éviter les espaces d'air et d'assurer un bon contact entre le sol et le capteur pour obtenir des données de qualité sur l'humidité du sol. Il est également important de perturber le moins possible le sol lors de l'installation afin d'obtenir une mesure représentative. L'installation de capteurs dans un sol perturbé (un tas de terre sorti d'un trou, par exemple) est rarement une bonne idée, mais c'est une erreur courante que commettent les chercheurs inexpérimentés.
Lire "5 façons dont les perturbations du site ont un impact sur les données".
A quoi ressemblent les trous d'air dans vos données
Scénario 1 : trous d'air dans les sols humides
La figure 4 est un exemple d'une bonne installation. Il s'agit d'un ensemble de données provenant d'une rizière montrant trois capteurs d'humidité du sol différents installés à environ 7,5 cm dans le sol.
L'axe des y représente la teneur en eau volumétrique en pourcentage et l'axe des x le nombre de jours. Le tracé noir représente l'endroit où la rizière a été continuellement inondée. La courbe grise montre l'endroit où le chercheur a asséché le sol jusqu'à une teneur en eau volumétrique de 35 %. La trace en pointillés illustre l'assèchement jusqu'à 25 % de la CVM. Notez qu'au début, la variabilité d'un capteur à l'autre est d'environ 1 %. C'est ce que vous voulez voir pour les mêmes conditions d'eau dans le même type de sol.
Cependant, ce chercheur a remarqué que lors des inondations ultérieures, le niveau de saturation des traitements était beaucoup plus élevé qu'au départ. Pourquoi ? Ces capteurs ont été installés dans des vertisols argileux à forte capacité de retrait et de gonflement. Dans ce type de sol, de grandes fissures peuvent s'ouvrir lorsque le sol se dessèche. Lorsque les sols s'ouvrent et laissent passer plus d'eau à proximité des aiguilles, la lecture sera plus élevée car l'eau a un diélectrique de 80, beaucoup plus élevé que celui du sol. C'est également un bon exemple de ce qui se passe lorsqu'une mauvaise installation du capteur laisse des trous d'air dans le sol à l'extrémité saturée.
Scénario 2 : trous d'air dans les sols secs
La figure 5 montre une série temporelle pour une installation proche de la surface dans un sol très poreux à substrat grossier dans le Nevada qui devient très sec.
Le tracé bleu foncé montre les capteurs installés sous la plante, et les tracés bleu clair sont des capteurs installés plus loin de la plante. La figure 5 montre à quoi ressemble un bon ensemble de données sans problème d'installation dans un sol sec.
La figure 6, une série temporelle provenant d'un site voisin avec le même plan d'expérience, illustre une situation différente. Notez l'écart important entre ce qui se passe sous la plante et ce qui se passe loin de la plante. C'est un signal d'alarme qui indique que quelque chose ne va pas. À certains endroits, le VWC descend en dessous de 0 %, ce qui, par définition, est le niveau le plus bas que les sols puissent atteindre. Mais n'oubliez pas que l'air a un diélectrique inférieur à celui du sol. Cela signifie donc probablement que les capteurs subissent l'influence de l'air. Il pourrait s'agir d'un problème d'étalonnage, mais c'est moins probable car les mêmes capteurs installés à proximité ont des performances légèrement différentes. Ces données indiquent donc soit un vide d'air à proximité des aiguilles du capteur, soit un capteur trop proche de la surface qui émet son champ électromagnétique dans l'air, soit un capteur qui a été perturbé.
Comment installer correctement les capteurs d'humidité du sol
L'obtention de données de qualité commence avant l'installation proprement dite. Vous trouverez ci-dessous quelques erreurs courantes commises lors de la conception d'une étude, qui leur font perdre du temps et de l'argent et peuvent empêcher l'utilisation de leurs données.
- Caractérisation du site: On n'en sait pas assez sur le site, sa variabilité ou d'autres facteurs environnementaux influents qui guident l'interprétation des données.
- Emplacement des capteurs : Les capteurs sont installés à un endroit qui ne répond pas aux objectifs de l'étude (par exemple, dans les sols, l'emplacement géographique des capteurs et l'emplacement dans le profil du sol doivent être applicables à la question de recherche).
- Installation du capteur: Les capteurs ne sont pas installés correctement, ce qui entraîne des lectures inexactes.
- Collecte des données: Les capteurs et l'enregistreur ne sont pas protégés et les données ne sont pas vérifiées régulièrement pour maintenir un enregistrement continu et précis des données.
- Diffusion des données : Les données ne peuvent pas être comprises ou reproduites par d'autres scientifiques.
Tenez compte de ces questions lors de la conception d'une étude et utilisez les meilleures pratiques suivantes pour éviter les problèmes futurs.
La préparation à l'installation permet d'économiser du temps et de l'argent
Avant d'aller sur le terrain, installez quelques capteurs dans le laboratoire et effectuez des relevés dans différents types de sol. Cela vous permettra de bien comprendre les valeurs d'humidité du sol auxquelles vous pouvez vous attendre dans différents scénarios. Cela vous aidera également à comprendre ce qu'est une installation correcte, combien de temps elle peut prendre, quels sont les outils dont vous aurez besoin et quels sont les problèmes éventuels, tels qu'un capteur dont la lecture est incorrecte. Préparez une boîte à outils dédiée à l'installation, remplie d'outils importants tels que des colliers de serrage, des pinces, des marqueurs, des lampes de poche et des piles. Vous éviterez ainsi des heures d'allers-retours sur le site.
Si vous utilisez un enregistreur de données qui nécessite une programmation, apprenez le langage de programmation deux semaines à l'avance afin de vous assurer que vous comprenez comment écrire des programmes pour l'enregistreur. Même un enregistreur de données prêt à l'emploi ( cloud ), tel que l'enregistreur de données de l'Université d'Amsterdam, nécessite un travail préparatoire. ZL6 doit être préparé, par exemple en s'assurant que le site de recherche se trouve à proximité d'une tour de téléphonie mobile.
Les métadonnées : la clé de la connaissance
Plus vous enregistrez de métadonnées sur votre site de recherche, mieux vous comprendrez vos données. Étiquetez chaque capteur en indiquant le type de capteur, la profondeur d'installation et toute autre information importante. Si vous installez des centaines de capteurs, vous pouvez acheter un dispositif d'étiquetage électronique pour coder les capteurs, mais du ruban adhésif et un marqueur permanent peuvent également faire l'affaire. Placez les étiquettes à l'intérieur de l'enregistreur de données pour les protéger des intempéries.
L'enregistreur de données ZL6 enregistre automatiquement des métadonnées importantes, telles que la position GPS, la pression barométrique et le numéro de série du capteur, et les sauvegarde sur le site cloud. ZENTRA Cloud L'enregistreur de données vous permet également d'enregistrer les métadonnées fournies par l'utilisateur, telles que le type de sol, la densité du sol, les types de couverture, l'intervalle de mesure, les données brutes et le type d'étalonnage utilisé, la profondeur du capteur, des notes sur la raison pour laquelle le site a été choisi, etc. Ces informations seront importantes au moment de la publication, et le fait de les placer dans un emplacement partagé, basé sur cloud, comme ZENTRA Cloud , vous évitera des maux de tête.
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En outre, les mesures auxiliaires telles que la température du sol ou la surveillance du microclimat peuvent constituer une autre source de métadonnées. Une station météorologique tout-en-un telle que la ATMOS 41 enregistre automatiquement les événements météorologiques et peut constituer un moyen important de comparer ou de vérifier l'humidité du sol, le potentiel hydrique ou d'autres données.
Le contact entre le sol et le capteur est le facteur le plus important
La figure 7 est une illustration de capteurs installés correctement (en regardant vers le bas d'un trou de forage) dans un profil de sol avec un bon contact entre le sol et le capteur.
Le contact entre le sol et la sonde est la chose la plus importante à retenir pour obtenir de bonnes données sur l'humidité du sol car, comme nous l'avons mentionné, les premiers millimètres à côté de la sonde ont le plus d'influence sur la lecture.
Une installation de forage réalisée à l'aide d'une petite tarière manuelle et de METER's TEROS Borehole Installation Tool crée un trou de seulement 10 cm de diamètre, soit 2 à 3 % de la surface d'une tranchée. Comme l'ampleur de la perturbation du site est réduite, moins de macropores, de racines et de plantes sont perturbés, et le site peut revenir à son état naturel beaucoup plus rapidement. De plus, lorsque l'outil d'installation est utilisé à l'intérieur d'un petit trou de forage, un bon contact entre le sol et le capteur est assuré, même dans les sols durs. Un petit trou de forage facilite grandement la séparation des couches d'horizon et le reconditionnement à la densité correcte du sol, car il y a moins de sol à séparer.
La protection des câbles est synonyme de tranquillité d'esprit
La figure 7 montre également des câbles de capteurs qui sont regroupés, enterrés et gainés dans un conduit. Il est essentiel de protéger les capteurs à tout prix dans le cadre d'une étude. Il est important de gainer les câbles de capteurs exposés dans un tuyau en PVC, un faisceau de fils ou un conduit électrique flexible et de les faire remonter le long du poteau de l'enregistreur de données sur une distance d'environ 60 cm (2 pieds). Vous éviterez ainsi les dommages causés par les rongeurs, les tracteurs ou les pelles. Attachez soigneusement les câbles au poteau à l'aide d'attaches zip résistantes ( UV), de manière à ce qu'ils soient fermement maintenus sans tirer sur l'enregistreur de données (assurez-vous qu'il y a une décharge de traction).
Vérifiez avant d'enterrer
Après l'installation des capteurs, mais avant de refermer le trou de la tarière ou la tranchée, vérifiez les capteurs à l'aide d'un ZSC, un minuscule outil qui permet d'effectuer des relevés instantanés sur votre smartphone afin de s'assurer de la précision de la lecture du capteur. Il sera pénible de déterrer un capteur plus tard après avoir recueilli des données erronées pendant une saison.
Au fil du temps, vérifiez les données aussi souvent que possible afin de résoudre les problèmes et d'éviter qu'ils ne nuisent à votre projet de recherche. ZENTRA Cloud et l'outil ZL6 vous permettent de dépanner et de représenter les données sous forme de graphiques aussi souvent que chaque jour. Deux ou trois minutes passées à repérer des tendances ou à découvrir des erreurs peuvent suffire à sauver des semaines de données perdues. Vous pouvez même configurer des alertes sur ZENTRA Cloud pour vous envoyer des notifications lorsque les choses ne vont pas.
Ce qu'il faut éviter lors de l'installation
La figure 10 illustre ce qu'il ne faut PAS faire lors de l'installation d'un capteur.
Il s'agit de capteurs installés dans un trou de 10 cm dans un sol rocheux où les capteurs ont été enfoncés à la main. Dans ce cas, le chercheur a eu du mal à enfoncer le capteur en bas à droite, de sorte qu'il y a un vide d'air de 2 cm. Cela aura un impact certain sur la qualité des données. Il a essayé de déplacer le capteur à différents endroits et s'est heurté à un rocher à chaque fois. Finalement, il a tassé de la terre autour du capteur, ce qui n'est pas une situation idéale, mais dans ce cas, c'était le mieux qu'il pouvait faire.
Regardez une bonne installation de capteur
La vidéo suivante présente les meilleures pratiques d'installation des capteurs d'humidité du solTEROS .
ZENTRA des données de meilleure qualité avec moins d'efforts
Nous avons créé le système ZENTRA pour réduire le temps et les efforts nécessaires pour obtenir des données de bonne qualité sur l'humidité du sol. ZENTRA est un système complet de capteurs, d'enregistreurs et de logiciels qui sont faciles à déployer, nécessitent peu d'entretien et mettent des données en temps quasi réel à votre disposition pour que vous puissiez publier davantage et travailler moins. Voici comment procéder :
Outil d'installation : une installation meilleure et plus rapide
Un bon contact entre le sol et le capteur, sans espace d'air, exige que les capteurs soient enfoncés directement dans la paroi latérale, sans bouger. METER facilite grandement cette tâche grâce à l'outil d'installation dans les trous de forage. L'outil utilise l'avantage mécanique pour enfoncer les capteurs d'humidité du solTEROS directement dans les parois des sols, même les plus difficiles, pour un contact maximal entre le sol et le capteur en beaucoup moins de temps.
Le site ZSC simplifie le processus d'installation
Lors de l'installation des capteurs, la nouvelle interface de capteur BluetoothZSC vous permet de contrôler la lecture d'un capteur au fur et à mesure de son installation.
Il fournit des relevés sans fil en temps réel via Bluetooth sur votre smartphone. Les valeurs de lecture sont affichées sur ZENTRA Utility Mobile pour vous aider à détecter les problèmes d'installation (mauvais contact entre le capteur et le sol, poches d'air, roches, etc.) avant de reboucher le trou ou la tranchée.
Le ZSC permet également de résoudre les problèmes liés au SDI-12. Vous pouvez utiliser le ZSC pour savoir exactement où se trouvent les capteurs qui posent problème. De plus, le ZSC permet à l'utilisateur d'attribuer des adresses SDI-12 aux capteurs numériques pour faciliter la programmation SDI-12.
ZENTRA Cloud dépannage des vitesses
ZENTRA Cloud fonctionne avec l'enregistreur de donnéesZL6 pour vous permettre de gérer vos enregistreurs de données, de corriger les erreurs de configuration et de reconfigurer les capteurs à distance, depuis le confort de votre bureau, éliminant ainsi les visites inutiles sur le terrain et les pertes de temps.
Vous pouvez même utiliser ZENTRA Cloud pour vous assurer que votre technicien a effectué correctement toutes les tâches nécessaires sur le terrain. Si un étudiant diplômé quitte votre programme, vous n'avez plus à vous inquiéter de savoir si les données vont partir avec lui. ZENTRA Cloud fournit un endroit simple pour stocker toutes les données pendant la durée de votre recherche.
Le site ZL6 enregistre automatiquement les métadonnées importantes, telles que le type de capteur, le numéro de série, la version du micrologiciel et l'emplacement de l'enregistreur, et les sauvegarde sur le site cloud. Ces métadonnées, ainsi que les métadonnées saisies par l'utilisateur, telles que la profondeur et la hauteur du capteur, deviennent des éléments permanents de votre enregistrement de données, qui ne seront jamais perdus. En outre, les données en temps réel sur cloud facilitent le partage des données avec de nombreuses parties prenantes.
TEROS les capteurs éliminent les obstacles à la précision
Nous avons créé la nouvelle ligne de capteurs TEROS dans le cadre du système ZENTRA afin d'éliminer les obstacles à une bonne précision, tels que l'incohérence de l'installation, la variabilité d'un capteur à l'autre et la vérification du capteur.
TEROS Les capteurs d'humidité du sol fonctionnent avec l'ensemble du système ZENTRA pour aller plus loin que leurs prédécesseurs et optimiser la précision non seulement du capteur, mais aussi de l'ensemble des données. Ils combinent une installation cohérente et sans faille avec un outil d'installation, une construction extrêmement robuste, une variabilité minimale d'un capteur à l'autre, un grand volume d'influence, une norme de vérification et un enregistrement avancé des données pour offrir les meilleures performances, la meilleure précision, la plus grande facilité d'utilisation et la plus grande fiabilité à un prix abordable.
| TEROS 12 | TEROS 11 | TEROS 10 | |
|---|---|---|---|
| Mesures | Teneur en eau volumétrique, température, conductivité électrique | Teneur en eau volumétrique, température | Teneur en eau volumétrique |
| Volume d'influence | 1010 mL | 1010 mL | 430 mL |
| Précision de la note de recherche | ±3% VWC typical in mineral soils that have solution EC <8 dS/m | ±3% VWC typical in mineral soils that have solution EC <8 dS/m | ±3% VWC typical in mineral soils that have solution EC <8 dS/m |
| Durée de vie du champ | 10 ans et plus | 10 ans et plus | 10 ans et plus |
| Sortie de mesure | Numérique SDI-12 | Numérique SDI-12 | Analogique |
| Durabilité | Le plus élevé | Le plus élevé | Le plus élevé |
| Installation | Outil d'installation pour une grande précision | Outil d'installation pour une grande précision | Outil d'installation pour une grande précision |
| Répétabilité | Norme de vérification de la précision | Norme de vérification de la précision | Norme de vérification de la précision |
| Coût | Faible | Faible | Le plus bas |
| Garantie | 3 ans | 3 ans | 3 ans |
Tableau 1. Comparaison des capteurs TEROS
Regardez la vidéo ci-dessous pour voir l'expert en humidité du sol Leo Rivera expliquer en détail pourquoi nous avons passé 20 ans à créer la nouvelle gamme de capteurs de teneur en eau TEROS .
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La gamme de capteursTEROS s'appuie sur les progrès des techniques d'étalonnage, un outil d'installation et de meilleures matières premières pour produire des capteurs plus durables, plus précis, plus faciles et plus rapides à installer, plus cohérents et liés à un système puissant et intuitif d' enregistrement et de visualisation des données en temps quasi réel, appelé ZENTRA Cloud.
Voir tous les capteurs TEROS
Comment interpréter les données sur l'humidité du sol
Plongez dans l'apprentissage de l'humidité du sol. Dans le webinaire ci-dessous, le Dr Colin Campbell explique comment interpréter des données surprenantes et problématiques sur l'humidité du sol. Il explique également ce à quoi il faut s'attendre en fonction du sol, du site et de l'environnement.
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Humidité du sol : 6 oublis courants qui peuvent nuire à votre précision
Même un petit oubli, tel qu'une mauvaise installation, peut compromettre la précision jusqu'à +/-10%. Comment pouvez-vous vous assurer que vos données représentent ce qui se passe réellement sur votre site ?
