기여자

설치가 중요한 이유

정확한 데이터를 얻으려면 올바른 센서 설치가 최우선 과제입니다. 토양에서 측정할 때 밀도의 자연적인 변화로 인해 2~3%의 정확도 손실이 발생할 수 있지만, 설치가 잘못되면 10% 이상의 정확도 손실이 발생할 수 있습니다. 적절한 센서 설치는 수집하는 데이터의 기초입니다. 기초가 부실하면 데이터 해석이 어려워집니다. 이 도움말에서 토양 수분 센서를 더 빠르고, 더 잘, 더 정확하게 설치하는 방법에 대한 내부자 팁을 확인하세요. 알아보기:

• 센서 설치 시 주의해야 할 사항
• 데이터에 나타나는 설치 문제
• 토양 수분 센서의 설치 우선 순위
• METER가 고품질 데이터를 위해 설치 과학을 발전시키는 방법

센서에 대한 이해

잘못된 센서 설치가 데이터 품질에 막대한 영향을 미치는 이유를 이해하려면 토양 수분 센서의 작동 원리를 이해해야 합니다.

토양 수분 센서(수분 함량 센서)는 체적 수분 함량을 측정합니다. 용적 수분 함량(VWC)은 물의 부피를 토양의 부피로 나눈 값으로(방정식 1), 토양 샘플에서 물이 차지하는 비율을 나타냅니다.

예를 들어 한 부피의 토양(그림 1)이 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있다고 가정해 보겠습니다: 토양 미네랄 50%, 물 35%, 공기 15%라면 이 토양의 체적 수분 함량은 35%입니다.

정전용량 센서가 작동하는 이유

모든 METER 토양 수분 센서는 커패시턴스 기술이라는 간접적인 방법을 사용하여 VWC를 측정합니다. "간접적"이란 VWC와 관련된 파라미터를 측정한 후 보정을 통해 그 양을 VWC로 변환하는 것을 의미합니다. 간단히 말해, 커패시턴스 기술은 두 개의 금속 전극(프로브 또는 바늘)을 사용하여 그 사이에 있는 전하 저장 용량(또는 겉보기 유전 유전율)을 측정합니다.

표 1은 일반적인 토양 구성 요소마다 전하 저장 용량이 다르다는 것을 보여줍니다. 토양에서 이러한 대부분의 구성 성분의 부피는 시간이 지나도 일정하게 유지되지만 공기와 물의 부피는 변동합니다.

표 1. 일반적인 토양 구성 성분의 전하 저장 용량(겉보기 유전 유전율)

공기는 전하를 거의 저장하지 않고 물은 전하를 많이 저장하므로 토양의 전하 저장 능력의 변화를 측정하고 이를 해당 토양의 물(또는 VWC)의 양과 연관시킬 수 있습니다. (커패시턴스 기술에 대한 자세한 설명은 토양 수분 201을 참조하세요.)

영향력 영향 데이터의 양

영향 범위(그림 3)는 센서 바늘에서 방출되는 전자기장으로 측정한 토양 면적입니다. 그림 2(위)는 전자기장의 상대적 강도에 대한 근사치를 보여줍니다. 센서의 감도는 대부분 프로브 바늘에서 몇 밀리미터 이내입니다. 이 전자기장 내의 모든 것이 센서의 출력에 영향을 미치지만, 바늘 바로 옆에 있는 물의 비율이 바늘에서 멀리 떨어진 영역보다 센서의 반응에 더 큰 영향을 미칩니다.

어떤 대가를 치르더라도 에어 갭을 피하세요

유전체 토양 수분 센서(TDR, FDR, 커패시턴스 유형)는 바늘 근처가 가장 민감하므로 토양과 센서가 잘 접촉하여 공기 간극을 피하는 것이 양질의 토양 수분 데이터를 얻는 데 필수적입니다. 또한 대표적인 측정값을 얻으려면 설치 중에 가능한 한 토양 교란을 최소화하는 것이 중요합니다. 교란된 토양(예: 구멍에서 꺼낸 흙 더미)에 센서를 설치하는 것은 좋은 생각이 아니지만 경험이 없는 연구자들이 흔히 저지르는 실수입니다.

"사이트 장애가 데이터에 영향을 미치는 5가지 방법" 읽기

데이터에서 에어 갭이 어떻게 보이는지

시나리오 1: 습한 토양의 에어 갭

그림 4는 올바른 설치의 예입니다. 이 데이터 세트는 토양에 약 7.5cm 깊이로 설치된 세 개의 서로 다른 토양 수분 센서를 보여주는 논밭의 데이터 세트입니다.

Y축은 체적 수분 함량(%)을, X축은 일수를 나타냅니다. 검은색 실선은 논이 지속적으로 침수된 곳입니다. 회색 실선은 연구원이 토양을 35% VWC까지 건조시킨 지점입니다. 그리고 점선 추적은 25% VWC까지 건조된 것을 보여줍니다. 처음에는 센서 간 변동성이 약 1% 이내라는 점에 유의하세요. 이는 동일한 토양 유형에서 동일한 물 조건에 대해 보고자 하는 것입니다.

그러나 이 연구원은 나중에 홍수가 났을 때 치료의 포화 수준이 처음보다 훨씬 더 높다는 것을 발견했습니다. 그 이유는 무엇일까요? 이 센서는 수축 및 팽창 능력이 높은 점토 버티솔에 설치되었습니다. 이러한 토양 유형에서는 토양이 마르면서 큰 균열이 생길 수 있습니다. 토양이 열리고 바늘 바로 옆에 더 많은 물이 들어갈 수 있는 틈이 생기면, 물의 유전율이 80으로 토양보다 훨씬 높기 때문에 수치가 더 높게 측정됩니다. 이것은 또한 센서 설치가 잘못되어 포화 상태의 토양에 공기 틈이 생기면 어떤 일이 발생하는지 보여주는 좋은 예입니다.

시나리오 2: 건조한 토양의 에어 갭

그림 5는 매우 건조해지는 네바다의 매우 다공성이고 거친 기질 토양에 표면 가까이 설치한 시계열을 보여줍니다.

진한 파란색 흔적은 식물 아래에 설치된 센서이고, 연한 파란색 흔적은 식물에서 더 멀리 떨어진 곳에 설치된 센서입니다. 그림 5는 건조한 토양에서 설치 문제가 없는 양호한 데이터 세트의 모습입니다.

동일한 실험 설계가 적용된 인근 사이트의 시계열인 그림 6은 다른 이야기를 보여줍니다. 플랜트 아래에서 일어나는 일과 플랜트에서 멀리 떨어진 곳에서 일어나는 일 사이에 큰 차이가 있음을 알 수 있습니다. 이것은 무언가 잘못되었다는 위험 신호입니다. 일부 지점에서는 VWC가 0% 이하로 떨어지고 있는데, 이는 정의상 토양이 얻을 수 있는 가장 낮은 수치입니다. 하지만 공기는 토양보다 유전율이 낮다는 점을 기억하세요. 따라서 이는 센서가 공기의 영향을 받고 있다는 의미일 수 있습니다. 보정 문제일 수도 있지만 근처에 설치된 동일한 센서의 성능이 약간 다르기 때문에 가능성은 낮습니다. 따라서 이 데이터는 센서 바늘 근처에 공극이 있거나 센서가 표면에 너무 가까이 있어 전자기장이 공기 중으로 방출되고 있거나 센서가 교란되었음을 나타냅니다.

토양 수분 센서를 올바르게 설치하는 방법

고품질 데이터 확보는 실제 설치 전에 시작됩니다. 다음은 사람들이 연구를 설계할 때 시간과 비용을 낭비하고 데이터의 활용을 방해할 수 있는 몇 가지 일반적인 실수입니다.

• 사이트 특성화: 사이트, 사이트의 가변성 또는 데이터 해석을 안내하는 기타 영향력 있는 환경 요인에 대해 충분히 알려져 있지 않습니다.
• 센서 위치: 센서가 연구 목표에 맞지 않는 위치에 설치됨(즉, 토양에서는 센서의 지리적 위치와 토양 프로파일의 위치가 모두 연구 질문에 적용 가능해야 함).
• 센서 설치: 센서가 올바르게 설치되지 않아 부정확한 판독값이 발생합니다.
• 데이터 수집: 센서와 로거는 보호되지 않으며, 지속적이고 정확한 데이터 기록을 유지하기 위해 데이터를 정기적으로 확인하지 않습니다.
• 데이터 배포: 다른 과학자가 데이터를 이해하거나 복제할 수 없음

연구를 설계할 때 이러한 문제를 고려하고 다음 모범 사례를 사용하여 향후 문제를 방지하세요.

사전 설치 준비로 시간과 비용 절약

현장에 나가기 전에 실험실에 몇 가지 센서를 설치하고 다양한 토양 유형에서 측정값을 측정하세요. 이를 통해 다양한 시나리오에서 예상되는 토양 수분 값을 확실하게 이해할 수 있습니다. 또한 올바른 설치 방법, 설치에 걸리는 시간, 필요한 도구, 센서가 잘못 판독되는 등의 문제를 파악하는 데 도움이 됩니다. 지퍼 타이, 펜치, 마커, 손전등, 배터리 등 중요한 도구로 채워진 전용 설치 도구 상자를 준비하세요. 이렇게 하면 현장을 오가는 시간을 절약할 수 있습니다.

프로그래밍이 필요한 데이터 로거를 사용하는 경우 2주 전에 프로그래밍 언어를 학습하여 로거용 프로그램을 작성하는 방법을 이해하세요. 플러그 앤 플레이 방식의 cloud 데이터 로거라도 ZL6 와 같은 플러그인 데이터 로거라도 연구 장소가 기지국 범위 내에 있는지 확인하는 등의 준비 작업이 필요합니다.

메타데이터: 인사이트의 열쇠

연구 현장에서 더 많은 메타데이터를 기록할수록 데이터를 더 잘 이해할 수 있습니다. 각 센서에 센서 유형, 설치 깊이 및 기타 중요한 정보를 라벨링하세요. 수백 개의 센서를 설치하는 경우, 전자 라벨링 장치를 구입하여 센서에 바코드를 붙일 수 있지만 테이프와 영구 마커도 사용할 수 있습니다. 라벨을 데이터 로거 내부에 넣어 날씨로부터 보호하세요.

데이터 로거는 ZL6 데이터 로거는 GPS 위치, 기압, 센서 일련번호와 같은 중요한 메타데이터를 자동으로 기록하여 cloud 에 저장합니다. ZENTRA Cloud 또한 토양 유형, 토양 밀도, 피복 유형, 측정 간격, 원시 데이터 및 사용된 보정 유형, 센서 깊이, 사이트 선택 이유에 대한 메모 등과 같은 사용자 입력 메타데이터를 기록할 수 있습니다. 이 정보는 게시할 때 중요하므로 ZENTRA Cloud 과 같은 공유된 cloud 기반 위치에 저장하면 골치 아픈 일을 줄일 수 있습니다.

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또한 토양 온도나 미기후 모니터링과 같은 보조 측정도 메타데이터의 또 다른 소스가 될 수 있습니다. ATMOS 41과 같은 올인원 기상 관측소는 기상 이벤트를 자동으로 기록하며 토양 수분, 수분 잠재력 또는 기타 데이터를 벤치마킹하거나 실측할 수 있는 중요한 방법이 될 수 있습니다.

토양과 센서의 접촉이 가장 중요한 요소입니다.

그림 7은 토양과 센서의 접촉이 양호한 토양 프로파일에 센서가 올바르게 설치된(시추공을 내려다보고 있는) 그림입니다.

앞서 언급했듯이 프로브 옆의 처음 몇 밀리미터가 측정값에 가장 큰 영향을 미치기 때문에 토양과 센서의 접촉은 좋은 토양 수분 데이터를 얻기 위해 기억해야 할 가장 중요한 사항입니다.

소형 핸드 오거와 미터를 사용하여 시추공 설치를 수행하면 TEROS Borehole Installation Tool 를 사용하면 트렌치 면적의 2~3%에 불과한 직경 10cm의 구멍을 만들 수 있습니다. 현장 교란의 규모가 최소화되기 때문에 대공극, 뿌리 및 식물의 교란이 적고 현장이 훨씬 빠르게 자연 상태로 돌아갈 수 있습니다. 또한 작은 시추공 내부에 설치 도구를 사용하면 딱딱한 토양에서도 토양과 센서가 잘 접촉할 수 있습니다. 작은 시추공은 분리해야 할 토양이 적기 때문에 지평선 층을 분리하고 정확한 토양 밀도로 재포장하기가 훨씬 쉽습니다.

케이블 보호는 마음의 평화를 의미합니다.

그림 7은 도관에 번들, 매설, 피복된 센서 케이블도 보여줍니다. 어떤 대가를 치르더라도 센서를 보호하는 것은 연구에 매우 중요합니다. 노출된 센서 케이블은 PVC 파이프, 와이어 룸 또는 유연한 전기 전선관 안에 피복하고 데이터 로거 기둥까지 약 60cm(2피트) 정도 연장하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 설치류, 트랙터 또는 삽에 의한 손상을 방지할 수 있습니다. 케이블이 데이터 로거를 잡아당기지 않고 단단히 고정되도록 UV-저항성 지퍼 타이로 케이블을 기둥에 깔끔하게 묶습니다(약간의 변형 완화 장치가 있는지 확인).

묻기 전에 확인

센서를 설치한 후 오거 구멍이나 트렌치를 닫기 전에 스마트폰에서 즉시 판독할 수 있는 작은 도구( ZSC )로 센서를 확인하여 센서 판독값이 정확한지 확인하세요. 한 시즌 분량의 잘못된 데이터를 수집한 후 나중에 센서를 파내야 하는 번거로움이 있을 수 있습니다.

시간이 지남에 따라 가능한 한 자주 데이터를 확인하여 문제를 해결하고 연구 프로젝트에 해가 될 수 있는 문제를 예방하세요. ZENTRA Cloud 그리고 ZL6 를 사용하면 매일처럼 자주 데이터 문제를 해결하고 그래프를 그릴 수 있습니다. 추세를 파악하거나 오류를 발견하는 데 2~3분만 투자해도 몇 주 동안 잃어버릴 수 있는 데이터를 절약할 수 있습니다. ZENTRA Cloud 알림을 설정하여 문제가 발생했을 때 알림을 보내도록 할 수도 있습니다.

설치 시 피해야 할 사항

그림 10은 센서 설치 시 수행하지 말아야 할 작업의 예시입니다.

이 센서는 암석 토양에 있는 10cm(4인치) 시추공에 센서를 설치한 후 손으로 밀어 넣은 것입니다. 이 경우 연구원이 오른쪽 하단 센서를 밀어 넣는 데 어려움이 있었기 때문에 2cm(거의 1인치)의 공극이 생겼습니다. 이것은 분명히 데이터 품질에 영향을 미칩니다. 그는 센서를 다른 장소로 옮기면서 매번 바위에 부딪혔습니다. 결국 그는 센서 주위에 흙을 채워 넣었는데, 이상적인 상황은 아니지만 이 경우에는 최선을 다했습니다.

좋은 센서 설치 보기

다음 동영상은 TEROS 토양 수분 센서의 설치 모범 사례를 보여줍니다.

ZENTRA 시스템-더 적은 노력으로 더 높은 품질의 데이터

양질의 토양 수분 데이터를 얻는 데 걸리는 시간과 노력을 줄이기 위해 ZENTRA 시스템을 만들었습니다. ZENTRA 이 시스템은 센서, 로거, 소프트웨어로 구성된 완벽한 시스템으로, 쉽게 배포할 수 있고 유지 관리가 거의 필요하지 않으며 실시간에 가까운 데이터를 손끝에서 확인할 수 있어 더 많은 데이터를 게시하고 작업은 줄일 수 있습니다. 방법은 다음과 같습니다:

설치 도구: 더 나은, 더 빠른 설치

공극 없이 토양과 센서가 잘 접촉하려면 센서를 흔들림 없이 측벽에 똑바로 밀어 넣어야 합니다. METER는 시추공 설치 도구를 사용하면 이 작업을 훨씬 쉽게 수행할 수 있습니다. 이 도구는 기계적 이점을 이용하여 TEROS 토양 수분 센서를 어려운 토양의 측벽에 똑바로 밀어 넣어 훨씬 짧은 시간에 토양과 센서의 접촉을 극대화합니다.

ZSC 설치 워크플로우 간소화

센서를 설치하는 동안 새로운 ZSC 블루투스 센서 인터페이스를 통해 센서가 설치되는 동안 센서 수치를 모니터링할 수 있습니다.

스마트폰에서 블루투스를 통해 실시간 무선 판독값을 제공합니다. 판독값은 ZENTRA 유틸리티 모바일에 표시되어 구멍이나 트렌치를 다시 포장하기 전에 설치 문제(센서와 토양 접촉 불량, 에어 포켓, 암석 등)를 감지하는 데 도움이 됩니다.

또한 ZSC 는 SDI-12의 골치 아픈 문제도 해결합니다. 를 사용하여 ZSC 를 사용하여 문제가 있는 센서의 정확한 위치를 찾을 수 있습니다. 또한 ZSC 을 통해 디지털 센서에 SDI-12 주소를 할당하여 SDI-12 프로그래밍을 더 쉽게 할 수 있습니다.

ZENTRA Cloud 문제 해결 속도 향상

ZENTRA Cloud 는 ZL6 데이터 로 거와 연동되어 사무실에서 편안하게 데이터 로거를 관리하고, 설정 오류를 수정하고, 센서를 원격으로 재구성할 수 있어 불필요한 현장 방문과 시간 낭비를 없앨 수 있습니다.

ZENTRA Cloud 을 사용하여 기술자가 필요한 모든 현장 작업을 올바르게 완료했는지 확인할 수도 있습니다. ZENTRA Cloud 은 연구 기간 동안 모든 데이터를 저장할 수 있는 간단한 공간을 제공합니다.

ZL6 은 센서 유형, 일련 번호, 펌웨어 버전, 로거 위치 등 중요한 메타데이터를 자동으로 기록하여 cloud 에 저장합니다. 이 메타데이터는 센서 깊이, 센서 높이 등 사용자가 입력한 메타데이터와 함께 데이터 기록의 영구적인 일부가 되어 절대 손실되지 않습니다. 또한 실시간 cloud 데이터를 통해 다양한 이해관계자들과 데이터를 쉽게 공유할 수 있습니다.

TEROS 센서로 정확도 장벽 제거

저희는 설치 불일치, 센서 간 변동성, 센서 검증 등 우수한 정확도를 방해하는 장애물을 제거하기 위해 ZENTRA 시스템의 일부로 새로운 TEROS 센서 라인을 만들었습니다.

TEROS 토양 수분 센서는 전체 ZENTRA 시스템과 함께 작동하여 센서뿐만 아니라 전체 데이터 세트의 정확도를 최적화합니다. 일관되고 완벽한 설치, 설치 도구, 매우 견고한 구조, 센서 간 변동성 최소화, 대량의 영향력, 검증 표준, 고급 데이터 로깅을 결합하여 합리적인 가격으로 최고의 성능, 정확도, 사용 편의성, 신뢰성을 제공합니다.

표 1. TEROS 센서 비교

아래 동영상을 통해 토양 수분 전문가인 레오 리베라가 새로운 수분 함량 센서 라인( TEROS )을 개발하는 데 20년을 투자한 이유를 자세히 설명합니다.

더 적은 비용으로 더 많은 것을 얻으세요

TEROS 센서 라인은 캘리브레이션 기술, 설치 도구 및 더 나은 원자재의 발전을 활용하여 내구성이 높고 정확하며 설치가 더 쉽고 빠르며 일관성이 높고 강력하고 직관적인 실시간 데이터 로깅 및 시각화 시스템 ( ZENTRA Cloud.

TEROS 센서 모두 보기

토양 수분 데이터 해석 방법

토양 수분에 대해 자세히 알아보세요. 아래 웨비나에서 콜린 캠벨 박사가 놀랍고 문제가 되는 토양 수분 데이터를 해석하는 방법에 대해 설명합니다. 또한 다양한 토양, 현장 및 환경 상황에서 예상되는 사항에 대해서도 설명합니다.

전체 그림 보기

토양 수분 측정에 대해 알아야 할 모든 것을 한 곳에서 확인하세요.

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6개의 짧은 동영상을 통해 토양 수분 함량과 토양 수분 잠재력에 대해 알아야 할 모든 것과 이를 함께 측정해야 하는 이유를 알아보세요. 또한 토양 수리 전도도의 기본 사항을 숙지하세요.

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저희 과학자들은 수십 년 동안 연구자와 재배자들이 토양-식물-대기 연속체를 측정할 수 있도록 지원해 온 경험을 가지고 있습니다.

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