probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2024-26-6-20-29probener-3219Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTУстройство для измерения влажности грунта в полевых условияхA device for measuring soil moisture in the fieldhttps://orcid.org/0000-0001-6816-0148СадыковМ. Ф.Sadykov M. F.

Садыков Марат Фердинантович – д-р. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) 

г. Казань

Marat F. Sadykov 

Kazan

sadykov@kgeu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7334-7775Голенищев-КутузовА. В.Golenishchev-KutuzovA. V.

Голенищев-Кутузов Александр Вадимович – д-р. физ.-мат. наук, профессор кафедры «Промышленная электроника» (ПЭ) 

г. Казань

Aleksander V. Golenishchev-Kutuzov 

Kazan

alex.kutuzov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1344-7453ИвановД. А.Ivanov D. A.

Иванов Дмитрий Алексеевич – д-р. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Промышленная электроника» (ПЭ) 

г. Казань

Dmitriy A. Ivanov 

Kazan

Ivanov.da@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5244-1110ГалиеваТ. Г.GalievaT. G.

Галиева Татьяна Геннадьевна – канд. техн. наук, ст. науч. сотр., преподаватель кафедры «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) 

г. Казань

Tatyana G. Galieva

Kazan

79534929817@ya.ruКочетковаА. А.Kochetkova A. A.

Кочеткова Азалия Адиповна – инженер-исследователь научно-исследовательской лаборатории «Беспилотные и робототехнические платформы в энергетике» (НИЛ БРПЭ) 

г. Казань

Azaliya A. Kochetkova 

Kazan

azalkakarimova.16@mail.ruКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation2024120120252662029Copyright © Садыков М.Ф., Голенищев-Кутузов А.В., Иванов Д.А., Галиева Т.Г., Кочеткова А.А., 20242024Садыков М.Ф., Голенищев-Кутузов А.В., Иванов Д.А., Галиева Т.Г., Кочеткова А.А.Sadykov  M.F., Golenishchev-Kutuzov A.V., Ivanov  D.A., Galieva T.G., Kochetkova  A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3219

АКТУАЛЬНОСТЬ. При строительстве дорог, подготовке фундаментов для высотных зданий необходима информация о таком важном параметре, как плотность скелета грунта – отношение массы частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры. Точное определение этого параметра является важной задачей, поскольку данный параметр имеет нелинейную зависимость от влажности. Следовательно, в узком диапазоне изменения влажности, плотность скелета грунта становится максимальной, что делает такой грунт наиболее благоприятным для проведения строительных работ. ЦЕЛЬ. Разработать автономное устройство для измерения влажности грунта в полевых условиях. МЕТОДЫ. Для разработки устройства измерения влажности грунта использовался диэлькометрический метод. Это косвенный метод измерения влажности веществ, основанный на зависимости диэлектрической проницаемости этих веществ от их влажности. РЕЗУЛЬТАТЫ. Было разработано автономное устройство определения влажности грунта использующее диэлькометрический метод, предназначенное для использования в полевых условиях, что значительно ускоряет процесс анализа и обработки результатов измерения, а, следовательно, и процесс обработки информации о состоянии грунта. В ходе проекта были проведены эксперименты по измерению емкости в зависимости от влажности и температуры на различных частотах от 100 Гц до 100 кГц в различных типах грунтов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Было разработано устройство определения влажности грунта и предложена методика определения влажности и плотности скелета грунта диэлькометрическим методом, проведены предварительные эксперименты. Однако в ходе экспериментов обнаружилась зависимость от температуры для низких частот, поэтому необходима дополнительная калибровки по температуре.

RELEVANCE. When building roads, preparing foundations for high–rise buildings, information is needed about such an important parameter as the density of the soil skeleton – the ratio of the mass of soil particles to the volume of the sample of an undisturbed structure. The precise determination of this parameter is an important task, since this parameter has a nonlinear dependence on humidity. Consequently, in a narrow range of humidity changes, the density of the soil skeleton becomes maximum, which makes such a soil the most favorable for construction work. PURPOSE. To develop an autonomous device for measuring soil moisture in the field. METHODS. The dielkometric method was used to develop a device for measuring soil moisture. This is an indirect method for measuring the humidity of substances based on the dependence of the dielectric constant of these substances on their humidity. RESULTS. An autonomous device for determining soil moisture using the dielkometric method has been developed, designed for use in the field, which significantly speeds up the process of analyzing and processing measurement results, and, consequently, the process of processing information about the state of the soil. During the project, experiments were carried out to measure capacity depending on humidity and temperature at various frequencies from 100 Hz to 100 kHz in various types of soils. CONCLUSION. A device for determining soil moisture was developed and a method for determining the moisture and density of the soil skeleton by the dielkometric method was proposed, preliminary experiments were conducted. However, during the experiments, a temperature dependence was found for low frequencies, so additional temperature calibration is necessary.

влажность грунтаплотность скелета грунтадиэлектрическая проницаемостьдиэлькометрический (емкостной) методsoil moisturedensity of the soil skeletondielectric constantthe dielkometric (capacitive) methodReferencesСазонова С.А., Румянцев С.Д. Применение экспресс-методов для определения характеристик насыпных грунтов // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. – 2017. – Т. 8, № 3. – С. 113–120. DOI: 10.15593/2224-9826/2017.Sazonova S.A., Rumyantsev S.D. Application of express methods for determining the characteristics of bulk soils // Bulletin of PNRPU. Construction and architecture. - 2017. – Vol. 8, No. 3. – pp. 113-120. DOI: 10.15593/2224-9826/2017Сазонова С.А., Пономарев А.Б. О некоторых результатах исследований насыпных грунтов // Изв. вузов. Строительство. – 2016. – № 2 (686). – С. 109–116.Sazonova S.A., Ponomarev A.B. On some results of studies of bulk soils // Izv. vuzov. Construction. – 2016. – № 2 (686). – Pp. 109-116.В. А. Шадских, В. Е. Кижаева, В. О. Пешкова, И. А. Шушпанов, З. Ф. Иванищева, Е. С. Смирнов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(33), Перспективы использования влагомера для оперативного определения влажности почвы, 2019.V. A. Shadskikh, V. E. Kizhaeva, V. O. Peshkova, I. A. Shushpanov, Z. F. Ivanishcheva, E. S. Smirnov // Scientific Journal of the Russian Research Institute of Problems of Land Reclamation, No. 1(33), Prospects of using a moisture meter for the operational determination of soil moisture, 2019.Fleming P.R., Frost M.W., Lambert J.P. A review of the lightweight deflectometer (lwd) for routine insitu assessment of pavement material stiffness.Fleming P.R., Frost M.V., Lambert J.P. Overview of a lightweight deflectometer (LWD) for routine assessment of the stiffness of pavement material in situ.Брюховецкий А.Н., Скрыпников А.В., Бондарев А.Б., Берестовой А.А., Микова Е.Ю., Яровенко А. А. Комплексный метод измерения теплофизических характеристик грунтов земляного полотна автомобильной дороги, журнал СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ, 2023 г. № 4. с.34-37.Bryukhovetsky A.N., Skrypnikov A.V., Bondarev A.B., Berestovoy A.A., Mikova E.Yu., Yarovenko A.A. An integrated method for measuring the thermophysical characteristics of soils of the roadbed, journal CONSTRUCTION AND ROAD MACHINERY, 2023 No. 4. pp.34-37.Kopf F., Adam D., Paulmichl I. Investigation of the dynamic plate loading test with the light weight deflectometer using the boundary element // TIC service group. – URL: http://www.ticservicegroup.com.au/wp-content/uploads/2011/11/Investigation_of_ZFG_2000_using_Boundary_Element_Method.pdf (дата обращения: 10.03.2024).Kopf F., Adam D., Paulmichl I. Investigation of dynamic plate loading using a light deflectometer using a boundary element // TIC service group. – URL: http://www.ticservicegroup.com.au/wpcontent/uploads/2011/11/Investigation_of_ZFG_2000_using_ Boundary_Element_Method.pdf (accessed: 07/10/2024).Maria J.S. The application of the modern method of embakment compaction control // Journal of Civil Engineering and Management. – 2004. – Vol. X, suppl. 1. – P. 45–50.Maria Y.S. Application of the modern method of control of embankment compaction // Journal of Civil Engineering and Management. - 2004. – Volume X, Supplement 1. – pp. 45-50.Fleming P.R., Frost M.W., Lambert J.P. A review of the lightweight deflectometer (lwd) for routine insitu assessment of pavement material stiffness. TIC service group, available at: http://www.ticservicegroup.com.au/wp-content/uploads/2007_uk_portable_fwd_evaluation.pdf (дата обращения: 11.03.2024).Fleming P.R., Frost M.V., Lambert J.P. Review of a lightweight deflectometer (lwd) for routine assessment of the stiffness of the pavement material in place. TIC Service Group, available at: http://www.ticservicegroup.com.au/wp-content/uploads/2007_uk_portable_fwd_evaluation.pdf (date reference: 03/11/2024). ofUse of the light weight deflectometer (lwd) at highland valley copper mine / K. Neil Singh [et al.] // TIC service group. – URL: http://www.ticservicegroup.com.au/wpcontent/uploads/Use_of_the_Light_Weight_Deflectometer.pdf (дата обращения: 15.03.2024).The use of a light deflectometer (lwd) at the Highland Valley copper mine / K. Neil Singh [et al.] // TIC service group. – URL: http://www.ticservicegroup.com.au/wpcontent/uploads/Use_of_the_Light_Weight_Deflectometer.pdf (date of application: 03/15/2024).Пономарев А.Б., Сазонова С.А., Румянцев С.Д. О современных методах экспресс-контроля характеристик насыпных грунтов. Журнал геотехника Учредители: 2017г.,№3, с. 4-8.Ponomarev A.B., Sazonova S.A., Rumyantsev S.D. On modern methods of express control of the characteristics of bulk soils. Journal of Geotechnics Founders: 2017, No.3, pp. 4-8.Александрова Н.П., Семенова Т.В. Совершенствование методов экспресс-контроля уплотнения грунтов в земляном полотне лесных дорог. Часть 1. Обобщающая математическая модель // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 6-2(48). С. 10-14.Alexandrova N.P., Semenova T.V. Improvement of methods of express control of soil compaction in the roadbed of forest roads. Part 1. Generalizing mathematical model // International Scientific Research Journal. 2016. No. 6-2(48). pp. 10-14.Панкова, Т. А. Применение современных методов определения влажности почвы / Т. А. Панкова // Научная жизнь. – 2016. – № 4. – С. 130–137.Pankova, T. A. Application of modern methods for determining soil moisture / T. A. Pankova // Scientific life. - 2016. – No. 4. – pp. 130-137.Study of the precision farming with soil maps describing environmental load using a real-time soil sensor / H. Umeda, S. Shibusawa, T. Okayama, D. Y. Sakuma, T. Kaho, K. Ninomiya // J. Japan. Soc. Agr. Mach. – 2011. – Vol. 73, № 1. – P. 37–44.Research of precision agriculture using soil maps describing the environmental load using a soil sensor in real time / H. Umeda, S. Shibusawa, T. Okayama, D. Y. Sakuma, T. Kaho, K. Ninomiya // Japan. Sokr. agr. Max. – 2011. – Vol. 73, No. 1. – pp. 37-44.Аскеров К.А., Мардахаев А.В., Хидиров А.Ш. О диэлькометрическом методе измерения влажности почвы (TDR метод) DOI: 10.52171/2076-0515_2022_14_03_104_122 Вестник Азербайджанской инженерной академии 2022, т. 14, №3, с. 104-122.Askerov K.A., Mardadaev A.V., Idirov A.Sh. On the digital method of measuring air humidity (TDR method) DOI: 10.52171/2076-0515_2022_14_03_104_122 Bulletin of the Azerbaijan Academy of Sciences 2022, vol. 14, No. 3, pp. 104-122.Robinson D.A., Jones S.B., Wraith J.M., Or D., and Friedman S.P. A review of advances in dielectric and electrical conductivity measurement in soils using time domain reflectometry // Vadose Zone J., vol. 2, pp 444–475, 2003 (in English)Robinson D.A., Jones S.B., Reith J.M., Or D. and Friedman S.P. Review of achievements in the field of measuring dielectric and electrical conductivity in soils using time domain reflectometry // Vadose Zone J., volume 2, pp. 444-475, 2003 (in English)Rothe A., Weis W., Kreutzer K., Matthies D., Hess U., Ansorge B. Changes in soil structure caused by the installation of time domain reflectometry probes and their influence on the measurement of soil moisture // Water Resour. Res., vol. 33, iss. 7, pp 1585-1593, 1997.Roth A., Weiss V., Kreutzer K., Mattis D., Hess U., Ansorg B. Changes in soil structure caused by the installation of reflectometric sensors in the time domain and their effect on soil moisture measurement // Water Resources. Res., volume 33, volume 7, pp. 1585-1593, 1997.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.