Prueba de un analizador vectorial como dispositivo TDR para medir la humedad y la conductividad eléctrica del suelo

Fig 1. NanoVNA conectado a un teléfono móvilLa reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) es una técnica no destructiva para determinar la constante dieléctrica aparente del suelo, ε_a, el contenido volumétrico de agua, θ, y la conductividad eléctrica aparente, σ. Sin embargo, el elevado coste de los dispositivos TDR (Time Domain Reflectometry) puede limitar su uso.

En este estudio se evalúan dos analizadores vectoriales de redes (VNA) de bajo coste disponibles en el mercado (NanoVNA), con una frecuencia máxima de funcionamiento de 1,5 (VNA1,5) y 3,0 (VNA3,0) GHz. El NanoVNA puede utilizarse para medidas de Reflectometría en el Dominio de la Frecuencia (FDR) o, tras un post-procesado, para medidas de θ y σ en el dominio del tiempo o TDR. Aunque la FDR y la TDR son procedimientos duales, la técnica TDR es más fácil de interpretar. Las formas de onda TDR y ε_a medidas con los NanoVNA conectados a sondas de tres varillas de 10 y 20 cm de longitud sumergidas en aire, agua destilada y una columna de suelo con diferentes θ se compararon con las medidas con un instrumento TDR100 (Campbell Sci.). La capacidad de los VNA para medir σ se evaluó sumergiendo una sonda de tres varillas de 10 cm de longitud en diferentes soluciones de NaCl-agua. Las medidas obtenidas con el VNA y el TDR100 se compararon en una prueba de campo utilizando sondas TDR de dos varillas de 22 cm de longitud insertadas en parcelas de suelo con diferente contenido de humedad.

Figura 2. Onda TDR registradas con dispositivos TDR100 y VNA1.5 y 3.0 conectados a una sonda TDR de 10 cm de longitud sumergida en agua destilada.

Se observó un ajuste sólido entre las formas de onda TDR registradas con los dos VNA y el TDR100. Aunque el VNA3.0 duplica el rango de frecuencias del VNA1.5, ambos dispositivos permitieron obtener buenas estimaciones de ε_a (ε_aVNA1.5, 3.0 = 1.001 ε_aTDR100 – 0.2125; R2 = 0.999).

En conclusión, este nuevo dispositivo portátil y de bajo coste puede ser una herramienta muy útil en áreas de investigación tan diversas como agricultura, ecología de restauración o hidrología, entre otros ámbitos.

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