Current Advances in Internet of Underground Things

The latest developments in Internet of Underground Things are covered in this chapter. First, the IOUT Architecture is discussed followed by the explanation of the challenges being faced in this paradigm. Moreover, a comprehensive coverage of the different IOUT components is presented that includes communications, sensing, and system integration with the cloud. An in-depth coverage of the applications of the IOUT in various disciplines is also surveyed. These applications include areas such as decision agriculture, pipeline monitoring, border control, and oil wells

The influence of temperature on soil dielectric permittivity and the TDR determined soil moisture

Rozważano wpływ temperatury na przenikalność dielektryczną gleby oraz na powiązany z nim błąd pomiaru wilgotności objętościowej gleby oznaczony metodą reflektometryczną. Badania przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych na próbkach gleby piaszczystej, pylastej i ilastej oraz w warunkach polowych na nasyconej wodą glebie torfowej. Stwierdzono, że wpływ temperatury na przenikalność dielektryczną gleby, a więc również na refiektometryczny pomiar wilgotności gleby, jest zależny zarówno od wilgotności jak i uziarnienia (gatunku) gleby, To, czy wpływ temperatury powinien być uwzględniony i korygowany, zależy od wymaganej dokładności pomiarów. W ekstremalnych warunkach, tzn. dla nasyconej gleby piaszczystej, ten błąd jest na tyle duży, że powinien być uwzględniony, W oparciu o trójfazowy model gleby zaproponowano korektę wpływu temperatury na odczyt miernika TDR wilgotności objętościowej gleby.The article discusses the influence of temperature on the soil dielectric constant and on the error of soil moisture determined by reflectometric (TDR) method.The measurements were performed in laboratory conditions on the samples of sand, silt and clay soils, as well as in field conditions on saturated pit soil. It was found that the temperature influences the soil dielectric constant and consequently the soil moisture values determined by reflec to metric method This influence depends on soil moisture and type. The correction of soil moisture readout from the TDR meter may significantly decrease the error of soil moisture determination. In extremal conditions, i.e. for saturated sand soil this error reaching 7% must be corrected. The temperature correction formulae of TDR determined soil moisture and the effect of its application were presented

Techniki spektroskopii dielektrycznej w badaniu jakości materiałów i produktów rolniczych

Spektroskopia dielektryczna opisuje właściwości dielektryczne próbki materiału w funkcji częstotliwości. Takimi materiałami mogą być obiekty agrofizyczne, np. gleba, owoce, warzywa, półprodukty i produkty przemysłu spożywczego, ziarno itp. Techniki spektroskopii dielektrycznej umożliwiają pomiar nieniszczący oraz nieinwazyjny obiektów agrofizycznych dając szybką ocenę ich wilgotności oraz jakości

Identification of errors of low soil water content measurements by TDR reflectometric sensors

W pracy podjęto próbę identyfikacji źródeł błędu pomiaru małych wartości wilgotności gleby sondą reflektometryczną TDR, które powstają na skutek efektu splotu sygnałów. Wykazano, że wybór mediów kalibracyjnych o wartościach przenikalności elektrycznej bliskich dolnemu i górnemu zakresowi pomiarowego przenikalności elektrycznej mierzonej gleby zmniejsza błąd pomiaru tej wielkości i w konsekwencji błąd pomiaru wilgotności gleby oraz umożliwia użycie sond TDR o różnych długościach prętów.Reflectometric TDR sensors working in time domain (TDR - Time Domain Reflectometry) are successfully used for laboratory and field measurements of the soil bulk dielectric permittivity and, indirectly, the soil water content. Commonly applied methods for calibrating these sensors use two media, in which the respective parallel waveguides of the TDR sensor are inserted into: air - for low and water - for high values of dielectric permittivity. However, the variability range of the soil bulk dielectric permittivity is much smaller than the one associated with these calibration media. Application of air to calibration of short TDR sensors causes output waveform overlapping errors of the pulse reflected from the rods beginning with the pulses reflected from the rods open termination, which results in a relative time shift of these pulses. In the paper there is shown the way how to minimise these errors, called convolution effect errors, by application of other than air and water calibration media. The authors try to identify the error sources of low soil water content values measured by a TDR reflectometric sensor caused by the convolution effect. It is shown that the proper choice of calibration media having dielectric permittivity values close to low and high limits of the measurement range of the measured porous medium (soil) decreases the dielectric permittivity measurement error and, consequently, the measurement error of water content as well as enables application of variable length TDR sensors

Frequency domain reflectometry as a selective method for soil moisture measurement

W niniejszej pracy zbadano wpływ zasolenia gleby na selektywność pomiaru jej wilgotności wykonanego metodą reflektometrii częstotliwościowej. W pracy podjęto próbę opracowania i oceny nowej sondy dwu-prętowej. W oparciu o zjawisko transformacji impedancji opracowano model sondy umożliwiający pomiar widma do częstotliwości 500 MHz. Metodą referencyjną pomiaru wilgotności był pomiar termograwimetryczny. Z pomiarów wynika, że dla pasma powyżej 300 MHz zastosowana metoda pozwala na selektywny pomiar wilgotności gleby.The paper presents investigations of the influence of soil salinity on moisture measurements. The measurements were made by the (FDR) frequency domain reflectometry method. This method allows obtaining the frequency spectrum of complex dielectric permittivity when using the presented electrical model of the applied probe. Application of dielectric spectroscopy methods to analysis of results enables obtaining other information, besides moisture and salinity, about investigated soils. There is presented the use of a two-rod probe and its evaluation from the point of view of soil moisture selective measurements. An electrical model of the probe was formulated basing on the impedance transformation phenomenon in symmetrical waveguides. This model allows achieving 500 MHz frequency band unavailable till now for two-rod probes in commercial devices. Black earth soil type samples from Annopol were investigated. All measurements were taken with a vector network analyzer ZVCE produced by Rohde&Schwartz. The measured complex reflection coefficient S11 from the probe was used to obtain 10-500 MHz frequency spectrum of complex dielectric permittivity. The thermogravimetric measurement method of soil volumetric water content was used as the reference one. Five series of ten soil samples of different moisture and electrical conductivity values were analysed. The results show that the described FDR method allows measuring soil moisture selectively above 300 MHz

Frequency method for the measurement of the porous materials complex dielectric permittivity using probes of different length

Celem pracy jest porównanie dwóch metod pomiaru zespolonej przenikalności dielektrycznej gleby. W pierwszej metodzie wykorzystywanej do pomiarów referencyjnych użyta została sonda Open-Ended. W drugiej metodzie do pomiarów zostały wykorzystane sondy dwuprętowe o różnej długości, przy pomocy których dokonywano pomiaru przenikalności dielektrycznej w tak dobranych częstotliwościach, aby można je było traktować jako elementy o parametrach skupionych. W pracy przedstawiono kalibrację sond dwuprętowych metodą używaną do kalibracji sond Open-Ended. Polega ona na pomiarach sond w stanach zwarcia, rozwarcia i po umieszczeniu ich w ośrodku o znanych właściwościach dielektrycznych. Po kalibracji dokonano pomiarów parametrów odbiciowych na próbkach trzech gleb w wybranych częstotliwościach. Wszystkie pomiary wykonywane były wektorowym analizatorem sieci pracującym w zakresie częstotliwości 20 kHz + 8 GHz. Obiektami badanymi były trzy gleby o różnym rozkładzie granulometrycznym oraz wilgotności. Ze względu na specyfikę pomiaru w pracy przedstawiono analizę dla jednej tylko gleby. Porównanie wyników pozwala sądzić, że stosowane metody wykazują się wysoką korelacją wyników w przypadku pomiarów obu składowych zespolonej przenikalności dielektrycznej.The main aim of the study is comparision of two measurement methods of the complex dielectric permittivity of soils. The first one used an Open-Ended probe and it was a reference method. The other one used two-rod probes of different length. These probes measured reflection parameters soils in selected frequencies that enabled to treat the probes as elements of lumped parameters. The study presents calibration of the two-rod probes using the method applied in Open-Ended probes. Il consists of measurements in shorted and open states as well as the measurement in a medium of known dielectric properties. All measurements were done using a vector network analyzer of the frequency range 20 kHz 8 GHz. Three soils of various texture and moisture were the analysed objects. Due to specificity of the measurement the paper presents the analysis for only one soil. The comparison of the measured data shows that the real and imaginary parts of the complex dielectric permittivity measured by both methods are highly correlated