Calibration of FDR sensor for irrigation automation Mohamed Fahmy Hussein Cairo University The theoretical basis of FDR sensors is often obscure for many scientists and field users. The present work introduces the concept and gives a first local calibration of two affordable VH400 Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensors (running at 80 MG Hz) from Vegetronics, Utah, USA, enhanced by local electronic components. The two calibrations were carried out in August 2013 (35°C) and January 2014 (15°C) at Cairo University, Egypt. The full scale relationships of moisture content to mV and soil dielectric, among others, were all non-linear. However, for the narrower scale useful for soil moisture contents, from wilting point to saturation, were acceptably linear. The observed strong linearity in this narrower range makes the sensor practical for irrigation automated control. A famous power dielectric mixing-formula was used to estimate soil dielectric from three components mixing (minerals, water and air). Temperature decrease significantly increased soil dielectric values of the used sand sediments of the Nile bank that were adjusted to given moisture contents. Temperature dependence urges that the calibration process must be run at least four times per year for each soil material. Irrigation automation is particularly needed in for the partial fulfillment of irrigation control in order to tackle Egypt's augmenting water scarcity problems.

3. ‫عديدة‬ ‫بيقات‬‫تط‬

7. ‫طاقة‬ ‫يل‬‫و‬‫حت‬ ‫هو‬ ‫حساس‬ ‫جمس‬ ‫ى‬‫أ‬ ‫ساس‬‫أ‬

8. ‫طاقة‬ ‫يل‬‫و‬‫حت‬ ‫هو‬ ‫حساس‬ ‫جمس‬ ‫ى‬‫أ‬ ‫ساس‬‫أ‬

10. Two concepts for the use of the
Dielectric Constant:
and R
Time Domain Reflectometry
and
Frequency Domain Reflectometry
‫نني‬‫ر‬ ‫دلارة‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬(‫بيا‬‫ر‬‫كه‬ ‫متذبذبة‬)‫مكوانهتا‬ ‫ئيات‬‫ز‬‫ج‬ ‫عىل‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫يمت‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫عىل‬
‫املاء‬‫هل‬ ‫اذلى‬ ‫بة‬‫رت‬‫ابل‬ ‫الوحيد‬ ‫املكون‬ ‫هو‬‫تقطاىب‬‫س‬‫ا‬ ‫كهرىب‬ ‫عزل‬ ‫اثبت‬‫تفع‬‫ر‬‫م‬‫املكوانت‬ ‫من‬ ‫بغريه‬ ‫نة‬‫ر‬‫ابملقا‬

12. ‫نني‬‫ر‬ ‫تردد‬ ‫يرصد‬ ‫جمس‬(‫حملطة‬ ‫اديو‬‫ر‬ ‫التقاط‬ ‫به‬‫تش‬ ‫مبا‬)‫اخنفاض‬‫و‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫املك‬ ‫سعة‬ ‫بزايدة‬‫ثف‬
Concept: Monitoring Soil Moisture to Improve Irrigation Decisions
‫الفكرة‬:‫بة‬‫و‬‫الرط‬ ‫بة‬‫نس‬ ‫تغري‬ ‫مع‬ ‫يتغري‬ ‫بة‬‫رت‬‫لل‬ ‫الكهرىب‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬--->‫تخدم‬‫يس‬‫ف‬‫لقياسها‬ ‫جمس‬
Dielectric constant measuring sensor probe - based on FDR
Sensor for Moisture Detection

13. ‫بة‬‫و‬‫منا‬ ‫لوحة‬4‫مس‬‫ىف‬5‫ملليـ‬ ‫قمي‬ ‫لعرض‬ ‫وشاشة‬ ‫رى‬ ‫وصامم‬ ‫ية‬‫ر‬‫ببطا‬ ‫اجملس‬ ‫لتوصيل‬ ‫مس‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬
DC Latching Relay Board
Sensor for Detection
Relay for Voltage
Comparison and
Data Transmission
Valve
or Monitor

14. ‫بط‬‫ر‬4‫بـ‬ ‫جمسات‬4‫يتش‬‫و‬‫س‬ ‫لوحات‬(‫التفاصيل‬‫حتتاج‬‫نيات‬‫و‬‫ليكرت‬‫ا‬ ‫فىن‬ ‫ىل‬‫ا‬)
Dielectric Constant Analog FDR Sensor ---> Volt Output
‫ية‬‫ر‬‫بطا‬5-24‫ﭬ‬‫لت‬‫و‬
‫ابجتاه‬ ‫تيار‬‫ل‬‫ا‬ ‫لتوجيه‬ ‫دايود‬‫احد‬‫و‬
‫مكثف‬1000‫اد‬‫ر‬‫ميكروفا‬50‫لت‬‫و‬‫ف‬‫ملف‬(‫كهرىب‬ ‫مغنطيس‬)220‫هرنى‬ ‫ميلىل‬
‫مكثف‬470‫اد‬‫ر‬‫بيكوفا‬
‫مبليفاير‬‫أ‬ ‫بلوك‬(‫ض‬ُ‫م‬‫م‬ّ‫ــ‬‫خ‬)
‫يالى‬‫ر‬
‫متغري‬ ‫مقاوم‬(‫ي‬‫ينش‬‫ت‬‫و‬‫ب‬‫ومرت‬)
‫عادة‬ ‫مغلق‬–‫مشرتك‬–‫عادة‬ ‫مفتوح‬
or
‫اثبت‬ ‫مقاوم‬10‫و‬ ‫الف‬‫أ‬100‫وم‬‫أ‬ ‫لف‬‫أ‬
‫اكثود‬(‫سالب‬)
‫اكثود‬(‫سالب‬)
‫اثبت‬ ‫مقاوم‬3800‫و‬1200‫وم‬‫أ‬

17. ‫املاء‬‫هل‬ ‫اذلى‬ ‫بة‬‫رت‬‫ابل‬ ‫الوحيد‬ ‫املكون‬ ‫هو‬‫تقطاىب‬‫س‬‫ا‬ ‫كهرىب‬ ‫عزل‬ ‫اثبت‬‫تفع‬‫ر‬‫م‬‫املكوانت‬ ‫من‬ ‫بغريه‬ ‫نة‬‫ر‬‫ابملقا‬
‫نني‬‫ر‬ ‫دلارة‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬(‫بيا‬‫ر‬‫كه‬ ‫متذبذبة‬)‫مكوانهتا‬ ‫ئيات‬‫ز‬‫ج‬ ‫عىل‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫يمت‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫عىل‬

18. Reflectometry is a noninvasive technique that allows the analysis of properties of a medium.
This technique is based on the reflection of waves at the interface of interest. Waves propagates
into a medium (according to the laws of propagation into the medium studied) and when it
encounters a discontinuity (impedance break), part of its energy is reflected back to injection
point. The analysis of the reflected signal can infer information about the system or the medium
under consideration.
‫نني‬‫ر‬ ‫دلارة‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬(‫بيا‬‫ر‬‫كه‬ ‫متذبذبة‬)‫مكوانهتا‬ ‫ئيات‬‫ز‬‫ج‬ ‫عىل‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫يمت‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫عىل‬
‫املاء‬‫هل‬ ‫اذلى‬ ‫بة‬‫رت‬‫ابل‬ ‫الوحيد‬ ‫املكون‬ ‫هو‬‫تقطاىب‬‫س‬‫ا‬ ‫كهرىب‬ ‫عزل‬ ‫اثبت‬‫تفع‬‫ر‬‫م‬‫املكوانت‬ ‫من‬ ‫بغريه‬ ‫نة‬‫ر‬‫ابملقا‬

20. ‫نني‬‫ر‬ ‫دلارة‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬(‫بيا‬‫ر‬‫كه‬ ‫متذبذبة‬)‫مكوانهتا‬ ‫ئيات‬‫ز‬‫ج‬ ‫عىل‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫يمت‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫عىل‬
Soil works as part of the electric oscillator’s capacitor. The “soil
mixture” will show high values for the “dielectric constant”
when moisture content increases (higher dielectric constant
in case of higher moisture content and vice versa)
‫املاء‬‫هل‬ ‫اذلى‬ ‫بة‬‫رت‬‫ابل‬ ‫الوحيد‬ ‫املكون‬ ‫هو‬‫تقطاىب‬‫س‬‫ا‬ ‫كهرىب‬ ‫عزل‬ ‫اثبت‬‫تفع‬‫ر‬‫م‬‫املكوانت‬ ‫من‬ ‫بغريه‬ ‫نة‬‫ر‬‫ابملقا‬

22. LC & RLC ‫نني‬‫ر‬ ‫دارة‬
‫الساعة‬ ‫عقارب‬ ‫عكس‬ ‫بتيار‬ ‫ُشحن‬‫ي‬ ‫املكثف‬ ‫ميني‬‫ل‬‫ا‬ ‫عىل‬--->‫ال‬ ‫عقارب‬ ‫مع‬ ‫يصبح‬‫ف‬ ‫الاجتاه‬ ‫ينعكس‬ ‫يسار‬‫ل‬‫ا‬ ‫عىل‬‫ساعة‬
‫ية‬‫ر‬‫بطا‬ ‫من‬ ‫متر‬‫مس‬ ‫بتيار‬ ‫تغذيهتا‬ ‫ان‬‫بدأ‬ ‫ن‬‫ا‬‫و‬ ‫حىت‬ ‫التذبذب‬ ‫دارة‬ ‫ىف‬ ‫مرتدد‬ ‫تيار‬ ‫نشأ‬‫ي‬(‫ذا‬ ‫ادلارة‬ ‫ىف‬ ‫الرتدد‬ ‫ن‬‫ل‬‫ىت‬)
‫التذبذب‬ ‫ىف‬ ‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫دارة‬ ‫تبدأ‬ ‫متر‬‫مس‬ ‫و‬‫أ‬ ‫مرتدد‬ ‫تيار‬ ‫وفصل‬ ‫توصيل‬ ‫عند‬(‫اذل‬ ‫املرتدد‬ ‫الكهرىب‬ ‫حقلها‬ ‫نشأ‬‫ي‬‫اىت‬)
Oscillation of magnetic energy (in the inductor) and electric energy (in the capacitor)

23. LC ‫نوع‬ ‫من‬ ‫نني‬‫ر‬ ‫دارة‬
‫بني‬ ‫الطاقة‬ ‫تبادل‬ ‫ار‬‫ر‬‫بتك‬ ‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫دارة‬ ‫ىف‬ ‫الرتدد‬ ‫نشأ‬‫ي‬‫م‬‫كثف‬(‫بية‬‫ر‬‫كه‬ ‫طاقة‬ ‫به‬)‫وملف‬(‫ية‬‫يس‬‫ط‬‫مغنا‬ ‫طاقة‬ ‫به‬)‫ار‬‫ر‬‫مت‬‫س‬‫اب‬
Oscillation of the magnetic energy (in inductor) and the electric energy (in capacitor)
‫هبا‬ ‫نشأ‬‫ي‬ ‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫دارة‬(‫الطاقة‬ ‫بتبادل‬)‫متذبذب‬ ‫مضاد‬ ‫كهرىب‬ ‫حقل‬(‫ية‬‫ر‬‫بطا‬ ‫من‬ ‫متر‬‫مس‬ ‫بتيار‬ ‫تغذيهتا‬ ‫متت‬ ‫ن‬‫ا‬‫و‬ ‫حىت‬)

24. http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_sensing

28. ‫بندول‬‫ل‬‫ا‬ ‫مع‬ ‫تشابه‬:‫وضع‬ ‫طاقة‬ ‫حتول‬(‫به‬‫تش‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬)‫حركة‬ ‫طاقة‬ ‫ىل‬‫ا‬(‫تيار‬‫ل‬‫ا‬ ‫به‬‫تش‬.)
‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫دارة‬ ‫ملف‬ ‫به‬‫يش‬ ‫بندول‬‫ل‬‫ا‬.‫بندول‬‫ل‬‫ا‬ ‫بساطة‬ ‫ورمغ‬‫ففكرة‬ ‫اجملس‬ ‫دارة‬ ‫تعقد‬‫و‬«‫التذبذب‬»‫احدة‬‫و‬ ‫يبا‬‫ر‬‫تق‬.
Inductor
ELI

29. ،‫وابلعكس‬ ،‫املكثف‬ ‫ىف‬ ‫بية‬‫ر‬‫كه‬ ‫طاقة‬ ‫ىل‬‫ا‬ ‫ابمللف‬ ‫ية‬‫يس‬‫ملغنط‬‫ا‬ ‫الطاقة‬ ‫تتحول‬ ‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫دارة‬ ‫ىف‬
‫ساس‬‫أ‬ ‫هو‬ ‫وهذا‬ ‫ار‬‫ر‬‫مت‬‫س‬‫اب‬ ‫املكثف‬‫و‬ ‫امللف‬ ‫بني‬ ‫الطاقة‬ ‫تبادل‬ ‫متر‬‫يس‬‫و‬«‫التذبذب‬»(‫الر‬ ‫دارة‬ ‫ىف‬ ‫مرتدد‬ ‫تيار‬ ‫نشوء‬‫نني‬.)

31. ‫ند‬‫ع‬ ‫الرتدد‬ ‫نخفض‬‫ي‬‫عة‬ ّ‫س‬‫ل‬‫ا‬ ‫زايدة‬(‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫بة‬‫و‬‫رط‬ ‫بزايدة‬ ‫تزداد‬)‫ند‬‫ع‬‫و‬ّ‫احلث‬ ‫زايدة‬
takes place when XL = XC
XC ‫كبة‬‫ر‬‫امل‬ ‫املقاومة‬ ،‫للمكثف‬
f ‫مع‬ ‫يا‬‫عكس‬ ‫تتناسب‬‫الرتدد‬
XL ‫كبة‬‫ر‬‫امل‬ ‫املقاومة‬ ،‫للملف‬
f ‫مع‬ ‫طرداي‬ ‫تتناسب‬‫الرتدد‬
LC ‫هبا‬ ‫دارة‬ ‫ىف‬ ‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫حدوث‬ ‫رشط‬‫مكثف‬‫و‬‫ملف‬
‫وجود‬ ‫وعند‬‫مكثفني‬‫عىل‬ ‫موصلني‬‫اىل‬‫و‬‫الت‬
‫العالقة‬ ‫من‬ ‫هلام‬ ‫املاكفئة‬ ‫السعة‬ ‫حتسب‬
‫نني‬‫ر‬ ‫دلارة‬ ‫بلليت‬‫أ‬ ‫جافا‬
http://www.walter-fendt.de/ph14e/osccirc.htm
‫التوصيل‬ ‫وعند‬‫مكثفني‬‫عىل‬‫ازى‬‫و‬‫الت‬

32. X ‫اللكية‬ ‫التفاعلية‬
When =  X = , = , and =
‫الطور‬ ‫ية‬‫و‬‫وزا‬ ‫املوجة‬ ‫تفاع‬‫ر‬‫ا‬(‫جي‬ ‫مكوجة‬ ‫يتذبذب‬ ‫مرتدد‬ ‫تيار‬ ‫بوجود‬‫بية‬)
‫ميثل‬‫املعقدة‬ ‫املقاومة‬

34. ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬‫كهرىب‬ ‫حقل‬‫مادة‬ ‫عىل‬‫نية‬‫و‬‫ي‬‫أ‬‫نربك‬‫ز‬‫ال‬ ‫مثل‬ ‫والاسرتخاء‬ ‫ابلشد‬ ‫روابطها‬ ‫تتذبذب‬
1 2
–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫لشلك‬‫ا‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫لشلك‬‫ا‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬------

35. ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬‫كهرىب‬ ‫حقل‬‫مادة‬ ‫عىل‬‫بية‬‫قط‬‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫اجتاه‬ ‫مع‬ ‫تقطاىب‬‫الاس‬ ‫ابدلوران‬ ‫يئاهتا‬‫ز‬‫ج‬ ‫تتذبذب‬
‫عند‬‫ارة‬‫ر‬‫احل‬ ‫درجة‬ ‫اخنفاض‬‫بية‬‫لقط‬‫ا‬ ‫يئات‬‫ز‬‫اجل‬ ‫تقطاب‬‫اس‬ ‫عىل‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫ثري‬‫تأ‬ ‫يد‬‫ز‬‫ي‬‫الكهرىب‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬ ‫يد‬‫زي‬‫ف‬‫للامء‬
–‫عىل‬ ‫الشلك‬‫اليسار‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫لشلك‬‫ا‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫لشلك‬‫ا‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫عىل‬ ‫الشلك‬‫اليسار‬–‫عىل‬ ‫الشلك‬‫اليسار‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫عىل‬ ‫الشلك‬‫اليسار‬–‫اليسار‬ ‫عىل‬ ‫الشلك‬–‫عىل‬ ‫لشلك‬‫ا‬‫اليسار‬--
‫املاء‬ ‫ن‬‫أ‬ ‫رمغ‬‫قطىب‬‫هل‬ ‫فليس‬ ‫يئات‬‫ز‬‫اجل‬‫صاىف‬‫تقطاب‬‫اس‬‫ال‬‫ا‬‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬‫كهرىب‬ ‫حقل‬‫عليه‬
1 2

37. ‫املاء‬ ‫ئيات‬‫ز‬‫ج‬‫قطاب‬‫ال‬ ‫ثنائية‬‫لكهنا‬‫تقطبة‬‫مس‬ ‫غري‬‫بعضها‬ ‫تلغى‬ ‫ثنائيات‬‫ل‬‫ا‬ ‫عزوم‬ ‫ن‬‫ل‬(‫صفر‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫صاىف‬)
‫املاء‬ ‫يصبح‬ ‫ال‬‫تقطبا‬‫مس‬‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬ ‫سوى‬‫كهرىب‬ ‫حقل‬‫عليه‬
1 2
‫حيدث‬ ‫اجملس‬ ‫دلارة‬ ‫املرتدد‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫سليط‬‫ت‬ ‫عند‬‫تقطا‬‫الاس‬‫ب‬
(‫دوران‬‫ار‬‫ر‬‫مت‬‫س‬‫واب‬ ،‫وعكسه‬ ‫اجتاه‬ ‫ىف‬ ‫املاء‬ ‫يئات‬‫ز‬‫ج‬)

38. ‫شلك‬ ‫ىف‬2‫صبح‬‫أ‬ ‫قد‬ ‫املاء‬‫تقطبا‬‫مس‬(‫سليط‬‫ت‬ ‫بعد‬‫ا‬‫الكهرىب‬ ‫حلقل‬‫عليه‬ ‫اجملس‬ ‫دلارة‬)‫ينخفض‬‫ف‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬
‫تقطاب‬‫الاس‬‫احلجم‬ ‫بوحدة‬ ‫قطاب‬‫ال‬ ‫ثنائيات‬ ‫عزوم‬ ‫مجموع‬ ‫متجه‬ ‫هو‬
‫للامء‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫صاىف‬=‫صفر‬‫عند‬‫مسلط‬ ‫كهرىب‬ ‫حقل‬ ‫وجود‬ ‫عدم‬،‫عليه‬
‫لكن‬‫و‬‫سليط‬‫ت‬ ‫مبجرد‬‫كهرىب‬ ‫حقل‬‫عليه‬‫حيدث‬‫هل‬‫تقطاب‬‫اس‬‫فرق‬ ‫ينخفض‬‫ف‬ ،‫للنظام‬ ‫اللكى‬ ‫اجلهد‬.
and the “Sweeping” Concept
‫دلارة‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫سليط‬‫ت‬ ‫عندما‬‫ا‬‫جملس‬(‫وىه‬‫تيار‬‫ل‬‫ا‬ ‫مرتدد‬ ‫كهرىب‬ ‫متذبذب‬)‫اجتاه‬ ‫يتغري‬‫تقطاب‬‫اس‬‫بتذبذب‬ ‫ار‬‫ر‬‫مت‬‫س‬‫اب‬ ‫املاء‬،‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬
‫يعمل‬‫و‬‫كعازل‬ ‫املاء‬‫تقطاىب‬‫اس‬(‫مكثف‬)‫عىل‬ ‫التعرف‬ ‫يمت‬ ‫مث‬ ‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫من‬ ‫اب‬‫رت‬‫الاق‬ ‫يمت‬ ،‫مقارانت‬ ‫عقد‬ ‫مع‬ ،‫متدرج‬ ‫يط‬‫متش‬ ‫تنفيذ‬‫ب‬‫و‬ ،‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫حدوث‬
‫بة‬‫و‬‫املنا‬ ‫لوحة‬ ‫فتقوم‬(‫يالى‬‫ر‬)‫الـ‬ ‫اخنفاض‬ ‫برصد‬‫ﭭ‬‫نني‬‫ر‬‫ال‬ ‫عند‬ ‫اجملس‬ ‫دارة‬ ‫من‬ ‫اخلارج‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬(‫يعرب‬ ‫وهو‬‫احملتوى‬ ‫عن‬‫الرطوىب‬)‫جنر‬ ‫مث‬ ،‫معايرة‬ ‫ى‬.
1 2
‫الـ‬ ‫ينخفض‬‫ﭭ‬‫تقطاىب‬‫الاس‬ ‫الكهرىب‬ ‫العازل‬ ‫وجود‬ ‫ىف‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬(‫املاء‬)‫مضاد‬ ‫حشن‬ ‫نشاء‬‫ا‬ ‫ىف‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫دور‬ ‫سبب‬‫ب‬

40. ‫الـ‬ ‫ينخفض‬‫ﭭ‬‫تقطاىب‬‫الاس‬ ‫الكهرىب‬ ‫العازل‬ ‫وجود‬ ‫ىف‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬(‫املاء‬)‫مضاد‬ ‫حشن‬ ‫نشاء‬‫ا‬ ‫ىف‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫دور‬ ‫سبب‬‫ب‬
‫تقطبا‬‫مس‬ ‫صبح‬‫أ‬ ‫قد‬ ‫املاء‬ ‫السفىل‬ ‫الشلك‬ ‫ىف‬(‫سليط‬‫ت‬ ‫بعد‬‫ا‬‫الكهرىب‬ ‫حلقل‬‫عليه‬ ‫اجملس‬ ‫دلارة‬)‫الـ‬ ‫ينخفض‬‫ف‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬
‫تقطاىب‬‫الاس‬ ‫الكهرىب‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬‫ثريها‬‫تأ‬ ‫مدى‬ ‫هو‬ ‫للامدة‬
‫مكثف‬ ‫سعة‬ ‫عىل‬(‫الثابت‬ ‫هذا‬ ‫يد‬‫ز‬‫ت‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫بة‬‫و‬‫رط‬ ‫زايدة‬.)
‫هو‬ ‫الثابت‬ ‫هذا‬‫بة‬‫نس‬‫عىل‬ ‫حيتوى‬ ‫عندما‬ ‫املكثف‬ ‫سعة‬ ‫بني‬
‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫حاةل‬ ‫ىف‬ ‫ى‬‫أ‬ ،‫فارغا‬ ‫يكون‬ ‫عندما‬ ‫املكثف‬ ‫سعة‬ ‫بني‬‫و‬ ‫مادة‬
‫هو‬‫بة‬‫نس‬‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫سامحية‬‫ىل‬‫ا‬‫اغ‬‫ر‬‫الف‬ ‫سامحية‬(‫سبية‬‫ن‬ ‫سامحية‬)
،‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫عىل‬ ‫ثريها‬‫تأ‬ ‫ىه‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫فسامحية‬(‫ادت‬‫ز‬ ‫لكام‬
‫ينخفض‬‫ف‬ ‫ط‬ّ‫ل‬‫املس‬ ‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬ ‫اخنفض‬ ‫لكام‬ ‫السامحية‬
‫الـ‬‫ﭭ‬‫تقطاب‬‫ابالس‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬)‫تعداد‬‫الاس‬ ‫مدى‬ ‫ىه‬ ‫فالسامحية‬
‫ط‬ّ‫ل‬‫املس‬ ‫الكهرىب‬ ‫للحقل‬ ‫تجابة‬‫اكس‬ ‫تقطاب‬‫لالس‬.‫السامحية‬ ‫يد‬‫ز‬‫ت‬
‫اخنفاض‬ ‫تد‬‫يش‬‫ف‬ ،‫بة‬‫و‬‫الرط‬ ‫بزايدة‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫جزء‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫ن‬‫ل‬ ‫ط‬ّ‫ل‬‫املس‬
‫اجملس‬ ‫مكثف‬ ‫سعة‬ ‫من‬(‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫سامحية‬ ‫يغري‬ ‫ما‬ ‫مه‬‫أ‬ ‫بة‬‫و‬‫الرط‬‫و‬.)
‫تقطاب‬‫لالس‬ ‫كرث‬‫أ‬ ‫ليات‬‫أ‬ ‫بوجود‬ ‫للامدة‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬ ‫يزداد‬‫و‬
(‫اجلافة‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬‫و‬ ‫للثلج‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬ ‫اخنفاض‬ ‫ميثهل‬‫ف‬ ‫العكس‬ ‫ما‬‫أ‬)
kappa is polarizability
eis dielectric permittivity
kappa is “infinity” for metals
kappa is 80 for water, 1 for air

42. ‫اخنفاض‬ ‫معىن‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫املكثف‬ ‫عرب‬(‫للوحني‬‫ا‬ ‫عىل‬ ‫شحنة‬‫ل‬‫ا‬ ‫تغري‬ ‫بدون‬)‫ن‬‫أ‬ ‫هو‬‫تقطاب‬‫لالس‬ ‫قابةل‬ ‫مادة‬ ‫اجد‬‫و‬‫ت‬(‫امل‬‫اء‬)
‫تقطاىب‬‫الاس‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬ ‫عىل‬ ‫متد‬‫يع‬ ‫بشلك‬ ‫السعة‬ ‫يد‬‫ز‬‫ي‬.‫بزايدة‬ ‫سوى‬ ‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫ىف‬ ‫يد‬‫ز‬‫ي‬ ‫ال‬ ‫خري‬‫ال‬‫و‬‫ال‬ ‫اها‬‫و‬‫حمت‬‫رطوىب‬.‫فيكون‬
‫ىف‬ ‫الاخنفاض‬ ‫قياس‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫بة‬‫رت‬‫ال‬ ‫ىف‬ ‫الرطوىب‬ ‫احملتوى‬ ‫عن‬ ‫ا‬‫ري‬‫تعب‬(‫ىف‬ ‫كبري‬ ‫اخنفاض‬ ‫اءة‬‫ر‬‫ق‬ ‫عىل‬ ‫حنصل‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫اجد‬‫و‬‫ت‬ ‫عند‬
‫ابلعكس‬ ‫العكس‬‫و‬ ،‫تفع‬‫ر‬‫م‬ ‫رطوىب‬ ‫حمتوى‬).
‫تقطبا‬‫مس‬ ‫املاء‬ ‫يصبح‬ ‫حني‬
(‫سليط‬‫ت‬ ‫بعد‬‫الكهرىب‬ ‫احلقل‬‫عليه‬ ‫اجملس‬ ‫دلارة‬)
‫ينخفض‬‫الـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬
https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0
‫الـ‬ ‫ينخفض‬‫ﭭ‬‫تقطاىب‬‫الاس‬ ‫الكهرىب‬ ‫العازل‬ ‫وجود‬ ‫ىف‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬(‫املاء‬)‫مضاد‬ ‫حشن‬ ‫نشاء‬‫ا‬ ‫ىف‬ ‫تقطاب‬‫الاس‬ ‫دور‬ ‫سبب‬‫ب‬

43. kappa is polarizability

44. https://www.youtube.com/watch?v=rkntp3_cZl4
kappa is polarizability

45. J. Agr. Sci. Tech. (2010) Vol. 12: 339-346
Estimation of Leaf Moisture Content by Measuring the Capacitance
A. Afzal1, S. F. Mousavi2*, and M. Khademi2
1 Department of Agricultural Machinery, College of Agriculture, Isfahan
University of Technology, Isfahan 84156-83111, Islamic Republic of Iran.
2 Department of Water Engineering, College of Agriculture, Isfahan University of
Technology, P. O. Box: 84156-83111, Isfahan, Islamic Republic of Iran.
* Corresponding author; e-mail: mousavi@cc.iut.ac.ir
It is expected that
when the sensor is
made up of 1 plate
(not 2 plates that
sandwich the
dielectric as usual),
the capacitance will
stay the same (since
removal corresponds
to theoretically
changing A in the
nominator and d in
the denominator by
same factor).

46. Removing second plate means the increase of A & d by the same factor
and the same results are obtained when using 2 plates sensor or 1 plate sensor

50. ‫الرشكة‬ ‫نفس‬ ‫من‬ ‫حىت‬ ‫خر‬‫أ‬ ‫ىل‬‫ا‬ ‫جمس‬ ‫من‬ ‫ختتلف‬ ‫اءات‬‫ر‬‫الق‬–‫املوضوع‬ ‫ىف‬ ‫ما‬ ‫مه‬‫أ‬ ‫ىه‬ ‫املعايرة‬ ‫ن‬‫أ‬ ‫ى‬‫أ‬
‫اكمل‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫ىس‬‫أ‬‫ر‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
1
‫نيكس‬‫و‬‫فيجيرت‬
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
mV = -2.1417*10^3*qv
2 + 3.7157*10^3*mV + 1421.0174
mV = -2.0923*10^3*qv
2 + 4.1320*10^3*mV + 961.2952

51. ‫موسع‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫ىس‬‫أ‬‫ر‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
2
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬

52. ‫اكمل‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫فقى‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
3
‫نيكس‬‫و‬‫فيجيرت‬
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
qv = 2.0236*10^-7*mV2 - 3.3777*10^-4*mV + 0.1753
qv = 3.3188*10^-7*mV2 - 8.3151*10^-4*mV + 0.5086

53. ‫موسع‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫فقى‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
4
<--->‫دياكجون‬
Saturation
Wilting Point
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬

54. ‫موسع‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫فقى‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
5
Saturation
Wilting Point
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬

55. ‫موسع‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫فقى‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
6
Saturation
Wilting Point
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
displacement to adjust for temperature

56. ‫موسع‬ ‫املقياس‬
‫ميلليـ‬‫ﭭ‬‫لت‬‫و‬‫ـ‬‫فقى‬‫ال‬ ‫احملور‬ ‫عل‬
7
Saturation
Wilting Point
‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
composed with temperature-modified data

57. ‫بية‬‫ي‬‫ر‬‫تق‬ ‫ية‬‫خط‬ ‫خلط‬ ‫معادةل‬
‫العزل‬ ‫ثابت‬‫ل‬‫تقطاىب‬‫س‬‫الا‬
(‫دياكجون‬ ‫من‬)
8

58. ‫يبية‬‫ر‬‫تق‬ ‫خطية‬ ‫خلط‬ ‫معادةل‬
‫العزل‬ ‫لثابت‬‫تقطاىب‬‫الاس‬
(‫دياكجون‬ ‫من‬)
… and a site emphasizing on calibration for each soil type apart
and referring to matric potential rather than moisture content
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-73862002000300012
9
a paper mentioned initial work on 0.50 for the exponent in the dielectric mixing-model
https://www.researchgate.net/profile/Brian_Borchers/publications?page=2&sorting=newest
Power-law dielectric mixing-formula

59. 9
References
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=1288372&
url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.js
p%3Farnumber%3D1288372
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=4072240&
url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fiel5%2F36%2F40
72232%2F04072240.pdf%3Farnumber%3D4072240
The most important reference is the following
http://www.piers.org/piersonline/pdf/Vol4No1Page31to35.pdf

60. ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
10

61. ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
11

62. ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
12

63. ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
13

64. ‫يلليـ‬‫مل‬‫ا‬ ‫عالقة‬‫ﭭ‬‫بة‬‫و‬‫الرط‬ ‫من‬ ‫احملسوب‬ ‫العزل‬ ‫بثابت‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬ ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
14

65. ‫يلليـ‬‫مل‬‫ا‬ ‫عالقة‬‫ﭭ‬‫بة‬‫و‬‫الرط‬ ‫من‬ ‫احملسوب‬ ‫العزل‬ ‫بثابت‬ ‫لت‬‫و‬‫ـ‬ ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
15

66. ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
16
displaced to adjust temperature

67. ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
17
composed with temperature-modified data

68. ‫اجملسني‬ ‫معايرة‬ ‫عند‬ ‫للامء‬ ‫العزل‬ ‫اثبت‬ ‫عىل‬ ‫ارة‬‫ر‬‫احل‬ ‫درجة‬ ‫ثري‬‫تأ‬ ‫املعايرة‬‫نيكس‬‫و‬‫يجيرت‬‫ف‬ ‫من‬ ‫جملسني‬ ‫احلالية‬
18

69. 19

70. 20

71. That
is
what
we
are!
Really?
That
is
what
we
are!
Really?
Have
fun
with
oscillation!
Have
fun
with
oscillation!
http://en.wikipedia.org/wiki/Body_capacitance