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토양 수분 센서 - 작동 원리. 일부 센서가 연구용이 아닌 이유

Soil moisture sensors—How they work. Why some are not research grade

TDR, FDR, 커패시턴스, 저항: 비교 일반적인 토양 수분 감지 방법, 장단점, 고유한 응용 분야에 대해 알아보세요.

모든 토양 수분 센서 방식이 동일하게 만들어지는 것은 아닙니다.

TDR, FDR, 커패시턴스, 저항: 다이얼로 수분을 표시하는 센서부터 간단한 마이크로프로세서를 사용하여 전자적으로 모니터링하는 센서까지, 오늘날 인터넷 검색을 통해 토양 수분을 측정하는 수천 가지 옵션을 찾을 수 있습니다. 시중에 나와 있는 센서의 수가 너무 많아서 어떤 센서가 가장 신뢰할 수 있고 견고하며 정확하고 게시 가능한 데이터를 제공하는지 찾으려면 혼란스럽고 답답할 수밖에 없습니다.

20년 넘게 기상청 과학자들은 토양 수분 센서를 설치하고 현장 실험에서 얻은 데이터를 모니터링, 해석, 발표하는 데 수천 시간을 투자해 왔습니다. 시간이 지남에 따라 양질의 토양 수분 데이터를 얻는 방법에 대해 많은 것을 배웠습니다. 이 글에서는 이러한 전문 지식을 공유하고자 합니다. 아래에서는 일반적인 토양 감지 방법, 각 방법의 과학적 측정 이론, 장단점, 다양한 유형의 현장 연구에 적용할 수 있는 기술을 비교합니다. 또한 최신 토양 수분 감지가 센서 그 이상의 의미를 갖는 이유에 대해서도 알아보세요.

무엇을 측정하려고 하나요?

인터넷에서 토양 센서를 검색할 때 어려운 점 중 하나는 "토양 수분 센서"라는 용어가 충분히 구체적이지 않다는 점입니다. 토양의 수분은 수분 함량(토양 내 물의 양 또는 비율) 또는 수분 포텐셜(토양 내 물의 에너지 상태)이라는 두 가지 다른 것을 의미할 수 있습니다. 하나는 광범위한 변수이고 다른 하나는 집중적인 변수입니다( 여기에서 이러한 변수에 대해 자세히 알아보세요). "토양 수분 센서"라는 용어를 사용하여 검색하면 두 가지 유형의 센서가 모두 표시됩니다.

수분 함량은 토양에 있는 물의 양을 중량 또는 부피로 나타낸 것입니다. 아래 그림 1의 왼쪽에는 부피로 토양 수분 함량을 계산하는 방법(부피 수분 함량 또는 VWC)이 나와 있습니다. 모든 현장 측정은 부피 기반 측정입니다.

An illustration explaining soil water content by volume — 그림 1. 부피별 토양 수분 함량

그림 1의 오른쪽에는 토양 내 토양 미네랄, 물, 공기의 양(백분율)을 나타내는 VWC가 어떤 모습일지 그래픽으로 표현되어 있습니다. 토양 수분 비율을 측정하려는 경우 '토양 수분 함량 센서' 또는 '체적 수분 함량 센서'와 같은 보다 구체적인 검색어를 사용하세요.

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수분 함량과 수분 포텐셜을 혼동하는 경우가 있습니다.

수분 포텐셜은 수분 함량과 다릅니다. 이는 토양에 있는 물의 에너지 상태를 나타냅니다. 일반적으로 이것은 토양 입자에 대한 물 분자의 표면 접착력에 따라 달라집니다.

An illustration of the adhesive quality of water molecules — 그림 2. 물 분자의 접착력은 물 분자를 토양 입자 표면으로 끌어당깁니다. 토양의 단위 부피당 표면적이 많을수록 에너지 상태 또는 수분 포텐셜이 낮아지는 경향이 있습니다.

그림 2는 토양 입자 주변의 물의 경계층(파란색)을 보여줍니다. 이 경계층은 토양 수분이 감소함에 따라 더 얇아집니다. 이렇게 되면 남은 물 분자는 토양 입자 표면에 더 단단히 결합하게 됩니다. 이러한 결합은 물의 위치 에너지를 감소시키고 식물이나 이동에 사용할 수 있는 물의 양을 감소시킵니다. 식물의 수분 가용성 또는 토양 물의 이동을 측정하거나 예측하려면 "수분 전위 센서" 또는 "매트릭스 전위 센서"라는 용어를 사용하세요.

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TDR, FDR, 커패시턴스, 저항 방법 비교

토양 수분 함량은 위성 기반 기술을 사용하여 들판, 집수구 또는 대륙 규모로 측정할 수 있습니다. 또한 하강하는 우주 중성자를 사용하여 넓은 지역에 걸쳐 측정할 수도 있습니다.

An illustration showing water content can be measured at different scales — 그림 3. 다양한 스케일에서 수분 함량 측정 가능

이 모든 기법은 매우 유용하지만, 이 글에서는 플롯, 처리 또는 현장의 단일 위치에서 측정하는 현장 기법을 비교하겠습니다. 여기에는 네 가지 기본 방법이 포함됩니다:

저항
유전 유전율(TDR, FDR, 커패시턴스)
열 전도성
열화된 중성자

이러한 감지 기술 중 가장 일반적인 것은 저항과 유전체(TDR 센서, FDR 센서, 커패시턴스 센서)이며, 이번 비교에서는 이 두 가지를 중점적으로 살펴볼 것입니다. 그러나 아래 웨비나에서 이러한 방법과 다른 방법에 대한 정보를 확인할 수 있습니다: 토양 수분 201-수분 함량 측정, 방법 및 애플리케이션.

토양 수분 감지 방법을 선택할 때는 용도를 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 유타주 러쉬 밸리의 한 연구 현장에서 한 연구원의 과제는 강수량, 설치류, 처방된 화상이 변화하는 상황에서 처리 방법 간의 물 사용량을 비교하는 것이었습니다. 강수량 체계가 변화하는 상황에서 이러한 처리법이 토착종과 외래종의 균형에 미치는 영향을 보여주기 위해서는 올바른 기술을 선택하는 것이 중요했습니다.

저항성 토양 수분 센서가 연구용이 아닌 이유

그림 4는 Google 검색을 통해 찾은 두 가지 토양 수분 센서의 예시입니다. 이 두 센서는 두 전극 사이에 전압 차이를 만들어 소량의 전류를 흐르게 하고 저항 또는 전기 전도도 값을 출력하여 토양 수분 함유율을 측정합니다.

An illustration of two resistance sensors — 그림 4. 저항 센서

물은 매우 열악한 전도체이기 때문에 한 전극에서 다른 전극으로 전류를 전달하는 것은 물 속의 이온입니다. 이론적으로는 토양 내 물의 양이 증가함에 따라 저항이 낮아지는 것이 당연한 이치이므로 좋은 아이디어입니다. 그러나 실제로는 이 방법의 가정과 관련된 문제가 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다:

An illustration of a diagram shows two electrodes with a voltage difference between them — 그림 5. 이 다이어그램은 전압 차이가 있는 두 개의 전극을 보여줍니다. 저항 센서는 양전하와 음전하를 띤 이온(이 경우 NaCl)에 의해 운반되는 소량의 전류가 전극 사이에 흐르도록 합니다.

그림 5는 양극판과 음극판에 전하를 띠고 이온이 토양에서 이동할 때 어떤 일이 일어나는지 보여줍니다. 저항 방식이 작동하기 위해서는 토양의 이온 수가 상대적으로 일정하게 유지된다는 가정이 중요합니다. 토양의 이온 수가 일정하지 않거나 다른 토양에서 센서를 사용하면 공극수의 이온 수가 변하면 물의 양이 변하지 않더라도 전류가 흐르는 능력이 변하기 때문에 정확도가 떨어집니다.

이 개념은 간단한 예를 통해 설명할 수 있습니다. 습식/건식 측정 이상의 용도로 센서를 사용하려면 센서 출력(이 경우 저항 또는 단순 역수인 전기 전도도)을 체적 수분 함량과 연관시키는 캘리브레이션이 필요합니다.

A graph of the calibration of a resistance sensor at four different soil saturation extract electrical conductivities (ECe) — 그림 6. 네 가지 다른 토양 포화 추출물 전기 전도도(ECe)에서 저항 센서의 캘리브레이션. ECe가 약간만 변해도 센서 보정은 10배나 달라집니다.

그림 6은 포화 추출물 전기 전도도(포화 토양에서 물을 뽑아낸 후의 물의 전기 전도도)의 간단한 모델입니다. 센서 보정에 따라 큰 폭으로 달라질 수 있음을 보여줍니다.

따라서 저항 센서는 저렴하고 수분 함량 변화에 반응하며 DIY 프로젝트에 간단하게 통합할 수 있지만, 실제 사용은 가정 원예 및 과학 박람회 프로젝트에 한정됩니다. 어떤 과학적 탐구에서도 신뢰할 수 있는 체적 수분 함량 측정값을 생성할 수 없습니다.

**표 1**. 저항 센서 개요 및 사용법
	저항 센서
개요	-놀랍도록 저렴한 가격
	-수분량 변화에 반응
	-간편한 통합
사용법	-가정/과학 박람회 프로젝트

유전체 센서(TDR, FDR, 커패시턴스): 보다 효과적인 접근 방식

유전체 센서(TDR, FDR, 커패시턴스 유형)는 토양의 전하 저장 용량을 측정하는 일반적인 센서 범주입니다. 이 전하 저장 방식은 저항 방식보다 훨씬 더 효과적이며, 그 이유는 다음과 같습니다.

A diagram of what happens to the ions with a resistance sensor and a dielectric sensor — 그림 7. 저항 센서(왼쪽)와 유전체 센서(TDR, FDR, 커패시턴스)(오른쪽)로 이온에 어떤 일이 일어나는지, 저항(왼쪽 위)과 커패시터(오른쪽 위)의 전기 회로도를 보여줍니다.

그림 7의 왼쪽은 저항 센서로 이온에 어떤 일이 일어나는지 보여주는 다이어그램입니다. 오른쪽은 유전체 센서(TDR, FDR 커패시턴스)를 사용하면 이온에 어떤 일이 일어나는지 보여줍니다. 오른쪽의 이상적인 유전체 센서 전기 회로는 단순히 두 전극 사이에서 물 분자를 분극시키는 역할을 하는 회로입니다. 물 분자는 해당 필드에서 매우 짧게 정렬되므로 소금 이온의 분극을 일으키지 않고 소량의 전하를 저장합니다. 이 이상적인 측정은 물의 양 변화에는 민감하지만 소금의 양 변화에는 민감하지 않습니다.

그림 7의 이온 도면 위에는 저항(왼쪽)과 커패시터(오른쪽)의 전기 회로도가 있습니다. 일부 유전체 측정은 중간 회로도와 비슷하게 작동하며, 측정에 약간의 저항이 포함되고 염분 농도 변화에 다소 민감하게 반응합니다.

TDR 센서, FDR 센서, 정전용량 센서: 작동 원리

그렇다면 유전체(TDR, FDR, 정전 용량)가 다공성 토양 매트릭스에서 물을 효과적으로 측정하는 이유는 무엇일까요?

A diagram of solids, liquids, and gases all have the capacity to store charge, called their dielectric constant — 그림 8. 고체, 액체, 기체는 모두 전하를 저장할 수 있는 용량을 가지고 있는데 이를 유전 상수라고 합니다. 유전 상수는 재료에 따라 다르며 여기에 표시된 것처럼 광범위한 범위에서 변화합니다. 또한 나중에 설명하겠지만 측정하는 주파수에 따라 달라집니다.

토양의 각 물질은 전하를 저장하는 고유한 능력을 가지고 있는데, 이를 유전율이라고 합니다. 유전율 척도는 공기에 임의로 1이라는 값을 부여한 다음 다른 물질을 이 값과 연관시킵니다. 토양은 고체, 액체, 기체의 혼합물입니다. 이들 각각은 다른 유전체를 가지고 있지만 일반적으로 모두 물에 비해 유전체 값이 낮습니다. 따라서 유전체 센서로 토양의 전하 저장 용량을 측정할 때 부피에 따라 크게 변하는 것은 물과 공기뿐이므로 이를 체적 수분 함량과 연관시킬 수 있습니다.

A graphic showing the mixture of solids, liquids, and gasses in soil — 그림 9. 토양은 고체, 액체, 기체의 혼합물입니다. 동일한 토양에서 고체(토양 미네랄)의 부피는 변하지 않지만 물과 공기의 비율은 상당히 변합니다. 여기에서는 토양 내 물의 부피 비율을 대략적인 토양 유전체와 함께 표시했습니다. 순수한 물은 비교 목적으로 표시되어 있습니다.

그림 9는 다양한 토양 혼합물의 부피 비율을 순수한 물의 유전체 값과 동일한 눈금으로 오른쪽까지 표시한 것입니다(물론 미네랄이 없는 토양에서는 이런 현상이 발생하지 않습니다). 미네랄은 전체 토양 부피의 약 50%를 차지하는 경우가 많으므로 광물질 토양의 실제 유전체 범위는 일반적으로 2~30이지만 이는 일반적인 규칙일 뿐 특정 토양 상황에 따라 달라질 수 있습니다.

유용한 토양 수분 함량 센서의 주요 특징 중 하나는 체적 수분 함량을 정확하게 측정하는 것입니다.

A graph and illustration of a predicted relationship between soil dielectric and volumetric water content using Topp et al. (1980) — 그림 10. Topp 등(1980)을 사용하여 토양 유전체와 체적 수분 함량 간의 예측 관계. 두 선은 토양 부피 밀도 차이에 따른 보정 변화를 보여줍니다.

그림 10은 토양의 유전체와 용적 수분 함량 간의 관계를 나타낸 그래프입니다. 저항과 마찬가지로 유전체 센서도 체적 수분 함량을 예측하는 데 완벽하지는 않습니다. 그러나 이러한 센서를 사용하면 성능에 영향을 미치는 요소의 영향이 훨씬 작아집니다. 유전체를 X축에, 용적 수분 함량을 Y축에 표시한 이 그래프에서 토양 부피 밀도의 차이가 보정에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 영향이 있긴 하지만 상대적으로 미미합니다. 토양 유형, 염분, 점토 비율, 센서와 토양 접촉 등의 요인도 정확도에 영향을 미칠 수 있으며, 부피 밀도만이 보정을 변경하는 유일한 요소는 아닙니다. 그러나 시중에 나와 있는 고품질 센서 중 상당수는 이러한 문제를 대부분 완화하는 기술을 개발했습니다. 이러한 문제를 완전히 피할 수는 없지만 최소화할 수는 있습니다.

A photograph of a researcher holding a TEROS 12 soil moisture sensor over a field of wheat — TEROS 12 토양 수분 함량 센서

유전체 센서가 모두 같은 수준의 성능을 발휘하는 것은 아닙니다.

유전체 측정 기술(TDR 센서, FDR 센서, 정전용량 센서)이 모두 똑같이 만들어진 것은 아닙니다. 실제로 일부는 측정 주파수와 회로 설계에 따라 저항 센서처럼 작동할 수 있습니다. 용존 이온의 편광을 피하면서 물 분자를 성공적으로 편광하는 것은 편광이 얼마나 빨리 일어나는지, 즉 측정 주파수에 따라 달라집니다.

A diagram showing sensors that use higher measurement frequencies often cost more but can yield higher accuracy by avoiding the influence of dissolved ions or charged clay particles — 그림 12. 더 높은 측정 주파수를 사용하는 센서는 비용이 더 많이 들지만 용존 이온이나 하전된 점토 입자의 영향을 피하여 더 높은 정확도를 얻을 수 있습니다.

유전체 센서는 낮은 주파수에서 물과 염분을 편광시켜 토양의 염분에 매우 민감하게 반응합니다. 그러나 측정 주파수가 높아지면(약 50Mhz 이상) 이러한 영향은 감소합니다. 따라서 센서가 kHz 범위에서 작동한다고 해서(아마존의 5달러 유전체 센서처럼) 센서의 정확도를 떨어뜨리는 여러 요인을 피할 수 있다는 의미는 아닙니다. 또한 센서가 높은 측정 주파수에서 작동하더라도 센서의 성공을 보장할 수는 없습니다. 적절한 전기 시스템 설계도 중요한 역할을 합니다.

유전체 센서에는 여러 가지 유형이 있으며, 이 글의 시작 부분(위)에 있는 웨비나에서 각 기술에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있습니다. 시중에 나와 있는 가장 일반적인 연구용 수분 함량 센서는 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다.

정전용량- 정전용량 센서는 토양을 커패시터 요소로 사용하고 토양 전하 저장 용량을 사용하여 수분 함량에 맞게 보정합니다.
시간 영역 반사 측정(TDR ) TDR 센서는 송전선을 따라 전기 에너지의 반사파의 이동 시간을 측정합니다. 이동 시간은 토양의 전하 저장 용량 및 체적 수분 함량과 관련이 있습니다. 흥미롭게도 TDR은 신호에 단일 주파수가 아닌 다양한 주파수를 포함하므로 토양 염분으로 인한 오류를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
주파수 도메인 센서(FDR)는 또한 토양을 커패시터로 사용하여 전기 회로에서 최대 공진 주파수를 측정하고 공진 주파수를 수분 함량과 연관시킵니다.

이러한 모든 카테고리에는 잘 작동하는 센서와 그렇지 않은 센서가 있습니다. 많은 연구에 따르면 다음 센서가 콘텐츠를 잘 측정하는 것으로 나타났습니다: 미터(이전의 데카곤 디바이스) EC-5, 10HS, 5TE/TM(현재 TEROS 10/11/12), Campbell Scientific의 CS655, TDR 200 및 SoilVue 10, Delta T의 세타 프로브 및 SM 시리즈, Stevens의 하이드라 프로브, Acclima의 TrueTDR 시리즈 등이 있습니다. 이러한 모든 센서는 토양 유형과 전기 전도도에 따라 사용자 보정이 필요할 수 있습니다.

Vaz 등(2013 )은 이러한 여러 센서를 비교한 신중한 연구를 제공하며(여기에서 읽어보세요), 보다 심층적인 검토에 유용할 것입니다. 이러한 유형의 연구는 좋은 출발점이지만, 고유한 용도에 맞는 토양 수분 센서를 선택할 때 고려해야 할 요소는 훨씬 더 많습니다. 아래 섹션에서 이러한 요소를 살펴봅니다.

다음 두 도표는 가장 일반적인 토양 수분 감지 방법(TDR 센서, FDR 센서, 정전용량 센서, 저항 센서, COSMOS, 중성자 프로브)과 각각의 장단점, 각 방법이 어떤 상황에서 유용할 수 있는지 비교한 것입니다. 모든 METER 토양 수분 센서는 고주파 커패시턴스 감지 기술과 설치 도구를 사용하여 설치가 간편하고 최고의 정확도를 보장합니다. 각 측정 방법에 대한 자세한 내용은 토양 수분 201: 측정, 방법 및 적용을 참조하세요.

토양 수분 센서의 종류

*Acclima와 Campbell Scientific은 대부분의 TDR 시스템이 직면하는 복잡성 문제를 극복하는 온보드 측정 회로를 갖춘 TDR 센서/프로파일 프로브를 제작합니다.
** 측정 주파수에 따라 달라지며, 주파수가 높을수록 감도가 낮아집니다.
센서	장점	단점	사용 시기
저항 프로브	1. 데이터 로거로 연속 측정 수집 가능 2. 최저 가격 3. 저전력 사용	1. 정확도 저하: 토양 유형 및 토양 염분 함량에 따른 보정 변화 2. 시간이 지남에 따라 센서 성능 저하	1. 수분 함량 변화 여부만 알고 싶고 정확도는 신경 쓰지 않는 경우
TDR 프로브 (시간 도메인)	1. 데이터 로거로 연속 측정 수집 가능 2. 토양별 보정(2~3%)으로 정확도 향상 3. 신호가 사라질 때까지 염분에 민감하지 않음 4. 리뷰어들로부터 인정받음	1. 정전용량보다 사용법이 더 복잡함*. 2. 구멍이 아닌 트렌치를 파야 하므로 설치에 시간이 소요됨 3. 높은 염분에서 작동을 멈춤 4. 많은 전력 사용 (대용량 충전식 배터리)	1. 실험실에서 이미 시스템을 소유하고 있는 경우. 커패시턴스보다 더 비싸고 복잡하며, 연구에 따르면 TDR과 커패시턴스 모두 보정 시 정확도가 동등하다고 합니다.
정전용량 센서	1. 데이터 로거로 연속 측정 수집 가능 2. 일부 유형은 설치가 쉽습니다. 3. 토양별 보정(2~3%)으로 정확도 향상 4. 적은 전력 사용 (태양 전지판이 거의 또는 전혀없는 소형 배터리) 5. 저렴하고 지출하는 비용으로 더 많은 측정을 얻을 수 있습니다.	1. 높은 염도(포화 추출물 8 dS/m 이상)**에서 부정확해집니다. 2. 일부 저품질 브랜드는 정확도, 성능이 떨어집니다.	1. 많은 측정 위치가 필요합니다. 2. 배포 및 유지 관리가 간편한 시스템이 필요합니다. 3. 저전력이 필요한 경우 4. 지출 비용당 더 많은 측정이 필요한 경우
중성자 프로브	1. 대용량 측정 2. 염분에 민감하지 않음 3. 가장 오랫동안 사용되어 온 방법이기 때문에 리뷰어들로부터 존경받습니다. 4. 토양 센서 접촉 문제의 영향을 받지 않음	1. 비싸다 2. 작동하려면 방사선 인증서가 필요합니다. 3. 매우 시간 집약적임 4. 연속 측정 불가	1. 인증이 있는 프로그램에 이미 중성자 프로브가 있고 중성자 프로브 데이터를 해석하는 방법을 이미 알고 있습니다. 2. 접촉 유지가 문제가 되는 고염분 또는 팽창 수축 점토 토양을 측정하고 있습니다.
COSMOS	1. 매우 큰 영향력(800m) 2. 자동화 3. 넓은 지역의 변동성을 평활화하여 지상 트루싱 위성 데이터에 효과적임. 4. 토양 센서 접촉 문제의 영향을 받지 않음	1. 가장 비싼 2. 측정량이 제대로 정의되지 않고 토양 수분 함량에 따라 변화함 3. 초목과 같은 혼란 요인으로 인해 정확도가 제한될 수 있음	1. 넓은 지역의 수분 함량 평균을 구해야 할 때 2. 위성 데이터를 지상 트루트레이싱하는 경우

센서의 이점 비교

*일부 저품질 브랜드는 정확도가 낮고 성능이 좋지 않습니다. TDR 및 커패시턴스 센서의 정확도를 위협하는 가장 큰 요인은 설치 불량으로 인한 에어 갭이며, 그 다음으로는 토양의 점토 활동(예: 스멕타이트 점토), 그리고 염분입니다.
	저항	TDR	커패시턴스	중성자 프로브	COSMOS
가격	최저	보통에서 높음	낮음에서 보통	높음	최고
정확성	낮음	높음* (토양별 보정 포함)	높음* (토양별 보정 포함)	낮음(현장 보정을 통해 개선됨)	알 수 없음
복잡성	쉬운	쉬운 중급자	쉬운	어려움	어려움
전원 사용	낮음	보통에서 높음	낮음	N/A	높음
염분 민감도	익스트림	1. 저염도에서 중간 염도에서는 없음 2. 높은 염도에서는 예	높은 염도에서는 예	아니요	아니요
내구성	낮음	높음	높음	높음	높음
영향력 규모	프로브 A와 프로브 B 사이의 작은 면적	프로브 길이와 전극의 모양에 따라 0.25리터~2리터입니다. 자기장	프로브 길이와 전극의 모양에 따라 0.25리터~2리터입니다. 자기장	토양이 젖었을 때 직경 20cm 구, 토양이 건조했을 때 직경 40cm 구	직경 800미터

정확도는 센서 그 이상입니다.

앞서 언급한 러시 밸리 연구 현장에서는 각 처리마다 여러 깊이에 센서를 설치하여 5회씩 4번의 처리를 반복했습니다. 이 연구의 목표는 설치류와 처방된 화상이 강수량 변화에 따라 토착종과 외래종의 다양성에 어떤 영향을 미치는지 확인하는 것이었습니다. 이 프로젝트에서 가장 어려웠던 두 가지 측면은 효과적인 설치를 보장하는 센서를 선택하는 것과 데이터를 축적하여 많은 프로젝트 이해관계자에게 효율적으로 제공하는 방법이었습니다.

2019년, 기상청은 모든 기능을 갖춘 토양 수분 감지 시스템을 출시하여 간단한 설치에 초점을 맞추고 정확도 향상을 방해하는 가장 일반적인 세 가지 장벽인 설치 불일치, 센서 간 변동성, 센서 검증을 제거했습니다. 아래는 새로운 시추공 설치 도구로 TEROS 12 토양 수분 센서(정전용량 기술을 사용하는 고주파 유전체 센서)를 설치하는 모습을 보여주는 동영상입니다.

이 방법을 사용하면 센서를 토양에서 2미터 아래 여러 깊이에 빠르게 설치할 수 있습니다. 이 도구는 센서를 토양에 정확히 수직으로 삽입합니다. 레버의 기계적 장점과 날카로운 고품질 센서 바늘이 결합되어 딱딱한 토양에서도 항상 완벽에 가까운 설치를 보장합니다.

IoT 시스템으로 최신 감지 기능 향상

설치와 더불어 안정적인 데이터 수집 및 시각화는 필수적인 고려 사항입니다. IoT 기술(ZENTRA Cloud)의 도입은 이제 최신 센싱을 더욱 효율적이고 효과적으로 만들 수 있는 기회를 제공합니다.

예를 들어, METER의 ZENTRA 시스템은 센서, 로거 및 소프트웨어로 구성된 완전한 IoT 시스템으로, 쉽게 배포할 수 있고 유지 관리가 거의 필요하지 않으며 실시간에 가까운 데이터를 손끝에서 확인할 수 있으므로 더 많은 데이터를 게시하고 작업을 줄일 수 있습니다. 아래 동영상은 ZENTRA Cloud 소프트웨어에서 원격으로 문제를 확인하는 모습을 보여줍니다.

아래는 일반적인 연구자 워크플로입니다. 빨간색은 ZENTRA 시스템에 의해 불필요한 작업이 제거되거나 간소화되었음을 나타냅니다.

A diagram showing the typical researcher workflow — 그림 14. 일반적인 연구자 워크플로

ZENTRA 는 불필요한 비용과 노동력을 줄여주므로 연구에 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다. 아래 표의 링크를 클릭하여 시스템의 각 부분이 어떻게 함께 작동하여 연구 프로세스를 간소화하는지 살펴보세요.

**표 4**. ZENTRA 으로 워크로드를 줄이는 이유
문제 해결 방법 ZENTRA	ZENTRA 솔루션(링크 클릭)	작동하는 이유
설치	TEROS Borehole Installation Tool	설치 속도를 높이고 실수를 방지하여 불확실성을 유발하는 오류를 제거합니다.
데이터 로거 설정	ZL6 logger	Bluetooth 또는 Cloud 를 통해 구성하고, 미터 센서, 통합 GPS와 플러그/플레이하고, 다음을 통해 원격으로 설정을 변경합니다. ZENTRA Cloud
센서의 복잡성, 유지보수, 여러 회사의 센서 시스템을 하나로 묶는 작업	사용하기 쉬운 센서 제품군	간단한 설치와 빠른 설정, 긴 수명, 적은 유지보수, 완벽한 측정 라인업을 갖춘 연구용 센서
수동 데이터 다운로드	ZENTRA Cloud	브라우저에서 바로 Excel, R, MatLab 등에 사용할 데이터를 간편하게 다운로드하세요.
현장 방문	ZENTRA Cloud	원격으로 설정 변경, 원격으로 문제 확인, 데이터를 빠르게 시각화하여 샘플링 시기를 결정하고 매일 이메일 문제 알림을 받습니다.
오류 확인	ZENTRA Cloud	즉각적인 데이터 시각화, 대상 범위, 일일 이메일 알림, 조직 전반의 데이터 결합
영구적으로 데이터 저장	ZENTRA Cloud	조직에 초대된 모든 이해관계자가 사용할 수 있으며, 데이터 저장소는 cloud, 프로젝트에서 사람이 변경되더라도 데이터 사용 가능
여러 사이트의 데이터를 쉽게 결합해야 할 필요성	ZENTRA Cloud 대시보드	여러 사이트를 함께 자동 그래핑
데이터 공유	ZENTRA Cloud	실시간에 가까운 즉각적인 데이터 공유로 모든 이해 관계자가 원하는 방식으로 데이터를 볼 수 있습니다.

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올바른 센서 선택은 생각보다 쉽습니다.

수분 함량 센서(TDR 센서, FDR 센서, 정전용량 센서, 저항 센서)는 엄청나게 많지만, 측정 필요에 맞는 센서를 선택하는 것은 생각보다 간단할 수 있습니다. 저항 기반 기술에 의존하는 것은 매력적인 가격과 측정 프로젝트에 대한 간단한 통합에도 불구하고 좋은 결과를 얻지 못할 것입니다. 염분, 비료, 심지어 토양 유형에 따라 토양의 염도가 변하면 센서 판독값이 혼란스러워지고 사용자 입장에서는 좌절감을 느끼게 되는 경우가 종종 있습니다. 유전체 기반 센서(TDR, FDR, 커패시턴스)가 훨씬 더 나은 선택이지만 모든 유전체 센서가 똑같이 만들어지는 것은 아니므로 여전히 신중한 고려가 필요합니다. 토양의 유전체 또는 전하 저장 용량을 측정하는 몇 가지 다른 접근 방식이 있지만, 연구에 따르면 성능은 커패시턴스, FDR 또는 TDR과 같은 특정 측정 기술보다는 좋은 설치 및 측정 주파수 및 회로 설계와 같은 개별 센서 품질과 더 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 일반적으로 측정 빈도가 높을수록 데이터 품질이 높아지지만 센서 비용도 높아집니다. 센서의 진정한 가치는 성능과 가격 간의 균형을 최적화하는 데서 나온다고 할 수 있습니다.