Introduction Precision agriculture is a modern approach to farming that ensures the crops and soil receive exactly what they need for optimum health and productivity. Precision agriculture offers the potential to automate and simplify the collection and analysis of information. It allows management decisions to be quickly made and implemented in small areas of larger fields. Measuring acoustic signals with a cone penetrometer is an advanced and inexpensive method that provides a lot of information about the soil within the shortest amount of time and with the lowest cost. The texture of the soil determines the percentage of the constituents of the mineral part of the soil such as sand, silt, and clay. In this study, an acoustic penetrometer is developed to provide an accurate method for determining the soil texture. This system uses a microphone to record the sound produced by the cone-soil contact and correlates this data with the soil texture. Materials and Methods An acoustic cone penetrometer (ACPT) was designed to determine if there is a relationship between the sound produced at the cone-soil contact and soil particle size. Three types of cones with angles of 30, 45, and 60 degrees, diameter of 20.27 mm, and rod length of 300 mm according to ASAE standard S313.3 FEB1999ED (R2013) were used to determine the relationship between sound and soil texture and to choose the best angle. A microphone (20-20,000 Hz) suitable for fast dynamic responses was used to record the audio signals produced from the soil. Audio signals were stored online through the oscilloscope section of Matlab software. To create the controlled vertical movement of the cones, a mechanical mechanism with electronic controllers was designed. This mechanism can be connected to the rails of the soilbin available in Urmia University, Iran, and is made of a 5 hp electric motor with a gearbox, an inverter for controlling the rotational speed of the electric motor, and a digital ruler for recording vertical movement. Soil samples were tested in 19-liter bins. Acoustic signals received from the microphone were processed in the time-frequency domain using wavelet transform. In this research, Daubechi function type 3 is used to analyze acoustic signals. It is not possible to use the processed acoustic signals directly for statistical analysis. Therefore, the relevant features should be extracted from them. From the 30 features of time domain signals, the most effective and main features include: SUM, Max, RMS, average, Var, kurtosis, and Moment4. They were ranked using the feature selection section of WEKA 3.9.2 software to avoid increasing the volume of calculations, increase processing speed, and reduce errors. The characteristic vector of the sub-signals of several different soil samples was analyzed to distinguish the soil type and constituents namely sand, silt, and clay. Results and Discussion The best type of cone was selected using WEKA software. The number of features in the

1. Research Article
Vol. 13, No. 4, 2023, p. 509-520
Feasibility of Soil Texture Determination Using Acoustic Signal Processing of a
Cone Penetrometer
J. Nasrollahi Azar1
, R. Farrokhi Teimourlou 2*
, V. Rostampour2
1- PhD Student, Department of Mechanical Enginering of Biosystem, Urmia University, Urmia, Iran
2- Associate Professor, Department of Mechanical Enginering of Biosystem, Urmia University, Urmia, Iran
(*- Corresponding Author Email: r.farrokhi@urmia.ac.ir)
How to cite this article:
Nasrollahi Azar, J., Farrokhi Teimourlou, R., & Rostampour, V. (2023). Feasibility of
Soil Texture Determination Using Acoustic Signal Processing of a Cone Penetrometer.
Journal of Agricultural Machinery, 13(4), 509-520. (in Persian with English abstract).
https://doi.org/10.22067/jam.2023.78870.1126
Received: 22 September 2022
Revised: 14 January 2023
Accepted: 22 January 2023
Available Online: 22 January 2023
Introduction1
Precision agriculture is a modern approach to farming that ensures the crops and soil receive exactly what
they need for optimum health and productivity. Precision agriculture offers the potential to automate and
simplify the collection and analysis of information. It allows management decisions to be quickly made and
implemented in small areas of larger fields. Measuring acoustic signals with a cone penetrometer is an advanced
and inexpensive method that provides a lot of information about the soil within the shortest amount of time and
with the lowest cost. The texture of the soil determines the percentage of the constituents of the mineral part of
the soil such as sand, silt, and clay.
In this study, an acoustic penetrometer is developed to provide an accurate method for determining the soil
texture. This system uses a microphone to record the sound produced by the cone-soil contact and correlates this
data with the soil texture.
Materials and Methods
An acoustic cone penetrometer (ACPT) was designed to determine if there is a relationship between the
sound produced at the cone-soil contact and soil particle size. Three types of cones with angles of 30, 45, and 60
degrees, diameter of 20.27 mm, and rod length of 300 mm according to ASAE standard S313.3 FEB1999ED
(R2013) were used to determine the relationship between sound and soil texture and to choose the best angle. A
microphone (20-20,000 Hz) suitable for fast dynamic responses was used to record the audio signals produced
from the soil. Audio signals were stored online through the oscilloscope section of Matlab software. To create
the controlled vertical movement of the cones, a mechanical mechanism with electronic controllers was
designed. This mechanism can be connected to the rails of the soilbin available in Urmia University, Iran, and is
made of a 5 hp electric motor with a gearbox, an inverter for controlling the rotational speed of the electric
motor, and a digital ruler for recording vertical movement. Soil samples were tested in 19-liter bins.
Acoustic signals received from the microphone were processed in the time-frequency domain using wavelet
transform. In this research, Daubechi function type 3 is used to analyze acoustic signals. It is not possible to use
the processed acoustic signals directly for statistical analysis. Therefore, the relevant features should be extracted
from them. From the 30 features of time domain signals, the most effective and main features include: SUM,
Max, RMS, average, Var, kurtosis, and Moment4. They were ranked using the feature selection section of
WEKA 3.9.2 software to avoid increasing the volume of calculations, increase processing speed, and reduce
errors. The characteristic vector of the sub-signals of several different soil samples was analyzed to distinguish
the soil type and constituents namely sand, silt, and clay.
©2023 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution
4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and
reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s)
and the source.
https://doi.org/10.22067/jam.2023.78870.1126
Journal of Agricultural Machinery
Homepage: https://jame.um.ac.ir

2. 015
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫جلد‬ ،‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
Results and Discussion
The best type of cone was selected using WEKA software. The number of features in the d1 sub-signals was
higher for the 45-degree cone, and it can be concluded that with this cone, the soil type can be better recognized.
The average values of characteristics in clay, loam, and sand had an increasing trend, respectively, and were
statistically significant with a probability of 1% and 5%.
Acoustic signals for clay soil, which has a heavy texture and small particles, have minimum amplitude, and
for loamy and sandy soils, they were observed as medium and maximum, respectively. This will cause the values
of the selected features of clay soil to be low, and as a result, the average values, variance, and standard
deviation are also low. They would be higher for loamy and sandy soil which have larger particles. It can be
deduced that, as the size of the soil particles increases, the particles hitting the cone wall would become heavier
and would affect the frequency and amplitude of the signal. This will result in the increase of signal amplitude
values and, the sum, max, and mean values as well.
Conclusion
Among the sub-signals, the maximum effect of -
cone, and these signals had more potential to identify the soil texture type. Among the features, the sum,
average, VAR, and RMS were significant at 1% probability levels. Therefore, these features have more potential
to detect the type of soil texture in the mentioned sub-signal. Additionally, the effect of soil texture change on
Moment and Kurtosis characteristics was significant at 5% probability levels.
Keywords: Cone penetrometer, Microphone, Signal processing, Sub-signal, Wavelet transform

3. ،‫همکاران‬ ‫و‬ ‫آذر‬ ‫نصرالهی‬
‫امکان‬
‫استفاده‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫تعيين‬ ‫سنجی‬
‫ا‬
‫ز‬
‫سيگنال‬ ‫پردازش‬
‫صوتی‬ ‫هاي‬
...
011
‫پژوهشی‬ ‫مقاله‬
‫جلد‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
‫ص‬ ،
014
-
045
‫امکان‬
‫استفاده‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫تعیین‬ ‫سنجی‬
‫ا‬
‫ز‬
‫سیگنال‬ ‫پردازش‬
‫مخروطی‬ ‫نفوذسنج‬ ‫یک‬ ‫صوتی‬ ‫های‬
‫آذر‬ ‫نصرالهی‬ ‫جعفر‬
3
‫تیمورلو‬ ‫فرخی‬ ‫رحمان‬ ،
1
*
‫پور‬ ‫رستم‬ ‫وحید‬ ،
1
:‫دریافت‬ ‫تاریخ‬
13
/
60
/
3063
:‫پذیرش‬ ‫تاریخ‬
60
/
33
/
3063
‫چکیده‬
‫خاک‬ ‫بافت‬
‫ی‬
‫ک‬
‫از‬ ‫ی‬
‫خ‬
‫صوصیات‬
‫ب‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫خاک‬ ‫مهم‬
‫ا‬
‫بس‬
‫ی‬
‫ار‬
‫ی‬
‫جنبه‬ ‫از‬
‫ها‬
‫ی‬
‫بهره‬ ‫از‬ ،‫خاک‬ ‫عملکرد‬
‫ور‬
‫ی‬
‫خاک‬ ‫سهولت‬ ‫تا‬
‫ورز‬
‫ی‬
،
‫ارتباط‬ ‫در‬
‫است‬
‫حال‬ ‫در‬ .
،‫حاضر‬
‫تعیین‬
‫بافت‬
‫می‬ ‫انجام‬ ‫صورت‬ ‫دو‬ ‫به‬ ‫خاک‬
:‫گیرد‬
‫د‬
‫مزرعه‬ ‫سطح‬ ‫ر‬
‫دقت‬ ‫با‬
‫کم‬
‫ی‬
‫ا‬
‫مح‬ ‫در‬
‫ی‬
‫ط‬
‫آزما‬
‫ی‬
‫شگاه‬
‫ی‬
‫و‬
‫زمان‬
.‫بر‬
‫در‬
‫ا‬
‫ی‬
‫ن‬
‫ه‬ ‫مطالع‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫عه‬ ‫توس‬
‫ی‬
‫ک‬
‫س‬
‫ی‬
‫ستم‬
‫جد‬
‫ی‬
‫د‬
‫برا‬
‫ی‬
‫تعیین‬
‫محل‬ ‫در‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬
،‫نظر‬ ‫مورد‬
‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬
‫ی‬
‫ک‬
‫مخروط‬ ‫نفوذسنج‬
‫روط‬ ‫مخ‬ ‫ه‬ ‫زاوی‬ ‫سه‬ ‫با‬ ‫ی‬
16
،
04
‫و‬
06
‫ه‬ ‫درج‬
.‫د‬ ‫د‬ ‫ه‬ ‫پرداخت‬
‫به‬ ‫مجهز‬ ‫نفوذسنج‬
‫یک‬
‫م‬
‫ی‬
‫کروفون‬
‫بود‬
‫صدا‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬
‫ی‬
‫از‬ ‫حاصل‬
‫اصطکاک‬
‫مخروط‬
-
‫برا‬ ‫خاک‬
‫ی‬
‫تع‬
‫یی‬
‫ن‬
‫استفاده‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬
‫د‬
‫د‬
‫و‬ ‫ن‬ ‫ه‬ ‫س‬ ‫تشخیص‬ ‫برای‬ .
‫سیگنال‬ ‫آنالیز‬ ‫روش‬ ‫از‬ ،‫بود‬ ‫لوم‬ ‫و‬ ‫دن‬ ،‫رس‬ ‫دامل‬ ‫که‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬
‫زمان‬ ‫حوزه‬ ‫در‬ ‫صوتی‬ ‫های‬
-
‫سیگ‬ ‫تجزیه‬ .‫گردید‬ ‫استفاده‬ )‫موجک‬ ‫(تبدیل‬ ‫فرکانس‬
‫نال‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫در‬
4
‫ویژگی‬ ‫و‬ ‫دد‬ ‫انجام‬ ‫سطح‬
( ‫مجمو‬ ‫های‬
SUM
‫مربعات‬ ‫میانگین‬ ‫ریشه‬ ،)
(RMS)
‫واریانس‬ ،
Var
‫کشیدگی‬ ،
(kurtosis)
‫ممان‬ ‫و‬
‫ا‬ ‫ب‬ ‫ه‬ ‫مرتب‬ ‫ای‬ ‫ه‬
Moment4
‫سیگنال‬ ‫زیر‬ ‫که‬ ‫داد‬ ‫نشان‬ ‫نتایج‬ .‫گرفتند‬ ‫قرار‬ ‫مقایسه‬ ‫مورد‬
‫مخروط‬ ‫اول‬ ‫جزئیات‬ ‫های‬
16
‫و‬
06
‫مخروط‬ ‫سوم‬ ‫جزئیات‬ ،‫درجه‬
06
‫جزئ‬ ،‫درجه‬
‫یات‬
‫مخروط‬ ‫چهارم‬
06
‫مخروط‬ ‫آپروکسیمت‬ ‫و‬ ‫درجه‬
04
‫و‬
06
‫به‬ ‫درجه‬
‫دیگر‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫و‬ ‫ن‬ ‫خیص‬ ‫تش‬ ‫برای‬ ‫اولویت‬ ‫و‬ ‫توانایی‬ ‫بیشترین‬ ‫دارای‬ ‫ترتیب‬
‫می‬
‫ویژگی‬ ‫بین‬ ‫در‬ .‫بادند‬
‫بررسی‬ ‫های‬
‫به‬ ‫دده‬
‫ویژگی‬ ‫ترتیب‬
‫ال‬ ‫احتم‬ ‫طح‬ ‫س‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫خاک‬ ‫نو‬ ‫تشخیص‬ ‫برای‬ ‫ماکزیمم‬ ‫و‬ ‫کشیدگی‬ ،‫ممان‬ ،‫واریانس‬ ، ‫مجمو‬ ‫های‬
3
‫ویژگی‬ ‫این‬ ‫همه‬ ‫مقادیر‬ .‫هستند‬ ‫اولویت‬ ‫دارای‬ %
‫ت‬ ‫جه‬ ‫خوبی‬ ‫پتانسیل‬ ‫دارای‬ ‫صوت‬ ‫تکنیک‬ .‫یافت‬ ‫افزایش‬ ‫دن‬ ‫تا‬ ‫رس‬ ‫از‬ ‫خاک‬ ‫ذرات‬ ‫اندازه‬ ‫افزایش‬ ‫با‬ ‫ها‬
.‫بود‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬ ‫تشخیص‬
‫واژه‬
‫های‬
‫کلیدی‬
:
،‫سیگنال‬ ‫زیر‬ ،‫موجک‬ ‫تبدیل‬ ،‫سیگنال‬ ‫پردازش‬
‫میکروفون‬ ،‫مخروطی‬ ‫داخص‬
‫مقدمه‬
1
‫مد‬
‫ی‬
‫ر‬
‫ی‬
‫ت‬
‫محصول‬
‫ان‬ ‫هم‬ ‫ا‬ ‫ی‬ ‫کوچک‬ ‫سطح‬ ‫در‬ ‫خاک‬ ‫و‬
‫اورز‬ ‫کش‬
‫ی‬
‫دق‬
‫ی‬
‫ق‬
‫انقالب‬ ‫حاضر‬ ‫حال‬ ‫در‬ ،
‫ی‬
‫د‬ ‫در‬
‫ی‬
‫وه‬
‫ها‬
‫از‬ ‫ر‬ ‫بهت‬ ‫تفاده‬ ‫اس‬ ‫و‬ ‫مدیریت‬ ‫ی‬
‫ا‬ ‫مزرعه‬
‫ی‬
‫جاد‬
.‫ت‬ ‫اس‬ ‫کرده‬
‫ی‬ ‫م‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫ک‬ ‫ی‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫و‬ ‫ن‬
‫اریرات‬ ‫ت‬ ‫د‬ ‫توان‬
‫گسترده‬
‫ی‬ ‫ویژگ‬ ‫بر‬ ‫ای‬
‫کل‬ ‫د‬ ‫د‬ ‫مانن‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫ای‬ ‫ه‬
،‫ذیری‬ ‫نفوذپ‬ ،‫ذیری‬ ‫پ‬
‫خاک‬ ‫سهولت‬
‫د‬ ‫باد‬ ‫دادته‬ ‫بهروری‬ ‫و‬ ‫حاصلخیزی‬ ،‫ورزی‬
(Sun et al.,
2011)
.
‫تعیین‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬
‫کیل‬ ‫تش‬ ‫زای‬ ‫اج‬ ‫درصد‬ ‫کننده‬
‫ش‬ ‫بخ‬ ‫ده‬ ‫دهن‬
‫ر‬ ‫ه‬ ‫د‬ ‫درص‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫رس‬ ‫و‬ ‫سیلت‬ ،‫دن‬ ‫یعنی‬ ‫خاک‬ ‫معدنی‬
‫ی‬ ‫م‬ ‫مشخص‬ ‫خاک‬ ‫بافتی‬ ‫کالس‬ ،‫جزء‬
‫ود‬ ‫د‬
‫تم‬ ‫سیس‬ .
USDA
‫دازه‬ ‫ان‬
3
-
،‫دکتری‬ ‫دانشجوی‬
‫گروه‬
،‫ه‬ ‫ارومی‬ ،‫ه‬ ‫ارومی‬ ‫گاه‬ ‫دانش‬ ،‫بیوسیستم‬ ‫مکانیک‬ ‫مهندسی‬
‫ایران‬
0
-
‫ایران‬ ،‫ارومیه‬ ،‫ارومیه‬ ‫دانشگاه‬ ،‫بیوسیستم‬ ‫مکانیک‬ ‫مهندسی‬ ‫گروه‬ ،‫استادیار‬
(
*
-
:‫مسئول‬ ‫نویسنده‬
r.farrokhi@urmia.ac.ir
Email:
)
https://doi.org/10.22067/jam.2023.78870.1126
‫خاک‬ ‫ذرات‬
‫تا‬ ‫رس‬
0
‫میکرو‬
‫مت‬
‫ر‬
،
‫لوم‬ ‫خاک‬
‫محدوده‬ ‫در‬
46
-
0
‫میکرو‬
‫متر‬
‫و‬
‫ذرات‬ ‫اندازه‬
‫ب‬ ‫دن‬
‫ی‬
‫ن‬
46
‫میکرو‬
‫تا‬ ‫متر‬
0
‫م‬
‫ی‬
‫ل‬
‫ی‬
‫طبقه‬ ‫متر‬
‫بند‬
‫ی‬
‫م‬
‫ی‬
.‫د‬ ‫کن‬
‫بزر‬ ‫خاک‬ ‫ذرات‬
‫گ‬
‫تر‬
‫از‬
0
‫م‬
‫ی‬
‫ل‬
‫ی‬
‫به‬ ‫متر‬
‫به‬ ‫معمول‬ ‫طور‬
‫ناخته‬ ‫د‬ ‫دن‬ ‫عنوان‬
‫م‬
‫ی‬
‫طبقه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫دوند‬
‫بند‬
‫ی‬
‫خاک‬
‫ناد‬ ‫ها‬
‫ی‬
‫ده‬
‫م‬ ‫گرفته‬
‫ی‬
‫وند‬ ‫د‬
(Posadas,
Giménez, Bittelli, Vaz, & Flury, 2001)
‫در‬ .
‫حال‬
،‫حاضر‬
‫بافت‬
‫یا‬ ‫خاک‬
‫از‬
‫طریق‬
‫حدس‬
‫بر‬
‫اساس‬
‫احساس‬
‫یک‬
‫نمونه‬
‫در‬
،‫دست‬
‫ا‬ ‫ی‬
‫در‬
‫آزمایشگاه‬
‫با‬
‫کار‬
‫گسترده‬
‫تعیین‬
‫می‬
‫دود‬
.
‫تعیین‬
‫بافت‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫در‬
‫ه‬ ‫مزرع‬
‫نیز‬
‫یک‬
‫اندازه‬
‫گیری‬
‫واقعی‬
،‫نیست‬
‫ه‬ ‫بلک‬
‫ک‬ ‫ی‬
‫ین‬ ‫تخم‬
‫ت‬ ‫اس‬
(Tate,
2016)
.
‫با‬
‫وجود‬
‫اهمیت‬
‫زیاد‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫در‬
‫تعیین‬
‫بافت‬
،‫خاک‬
‫به‬
‫استفاده‬
‫و‬
‫بهبود‬
‫آن‬
‫ه‬ ‫توج‬
‫کمتری‬
‫دده‬
‫است‬
.
‫اندازه‬
‫گ‬
‫ی‬
‫ر‬
‫ی‬
‫س‬
‫ی‬
‫گنال‬
‫ها‬
‫ی‬
‫صوت‬
‫ی‬
‫م‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬
‫ی‬
‫کروفون‬
‫تعب‬
‫ی‬
‫ه‬
‫ده‬ ‫د‬
‫در‬
‫ی‬
‫ک‬
‫مخروط‬ ‫نفوذسنج‬
‫ی‬
‫برا‬
‫ی‬
‫آزما‬
‫ی‬
‫ش‬
‫ژئوتکن‬ ‫نفوذ‬
‫ی‬
‫ک‬
‫ی‬
‫ی‬
‫ه‬
‫ز‬
‫ی‬
‫ر‬
‫ی‬
‫ن‬
‫اوا‬ ‫ه‬ ‫ب‬
‫ی‬
‫ل‬
‫ه‬ ‫ده‬
3896
‫برم‬
‫ی‬
‫ردد‬ ‫گ‬
.
‫ا‬
‫ی‬
‫ن‬
‫نج‬ ‫نفوذس‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫ی‬
‫مخروط‬
‫ی‬
‫ژئوتکن‬
‫ی‬
‫ک‬
‫ی‬
‫دبه‬
‫استات‬
‫ی‬
‫ک‬
‫پا‬ ‫(مساحت‬
‫ی‬
‫ه‬
‫مخروط‬
‫ی‬
36
‫سانت‬
‫ی‬
‫و‬ ‫مترمرب‬
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
https://jame.um.ac.ir

4. 015
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫جلد‬ ،‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
‫زاو‬
‫ی‬
‫ه‬
‫مخروط‬ ‫نوک‬
‫ی‬
06
‫روط‬ ‫مخ‬ ‫نوک‬ ‫نفوذ‬ ‫برابر‬ ‫در‬ ‫مقاومت‬ )‫درجه‬
‫و‬
‫وت‬ ‫ص‬ ‫ات‬ ‫اطالع‬
‫ی‬
‫را‬ ‫ب‬ ‫را‬
‫ی‬
‫ماه‬ ‫و‬ ‫ه‬ ‫دان‬ ‫دازه‬ ‫ان‬ ‫ه‬ ‫ارائ‬
‫ی‬
‫ت‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫و‬ ‫ن‬
‫اندازه‬
‫گ‬
‫ی‬
‫ر‬
‫ی‬
‫کردند‬
(Tringale, 1983)
‫ا‬ .
‫ین‬
‫نفوذسنج‬
‫مخروط‬
‫ی‬
‫صوت‬
‫ی‬
‫آزما‬ ‫انجام‬ ‫با‬
‫ی‬
‫ش‬
‫ها‬
‫ی‬
‫آزما‬
‫ی‬
‫شگاه‬
‫ی‬
‫آزما‬ ‫و‬
‫ی‬
‫ش‬
‫ها‬
‫ه‬ ‫مزرع‬ ‫ی‬
‫ای‬
،
‫ت‬ ‫توانس‬
‫نتا‬
‫ی‬
‫ج‬
‫ی‬
‫تجز‬ ‫از‬ ‫را‬
‫ی‬
‫ه‬
‫تحل‬ ‫و‬
‫ی‬
‫ل‬
‫محتوا‬ ‫و‬ ‫دامنه‬
‫ی‬
‫س‬ ‫فرکانس‬
‫ی‬
‫گنال‬
‫صوت‬
‫ی‬
‫ب‬
‫ه‬
‫آورد‬ ‫دست‬
.
‫ب‬ ‫رابطه‬
‫ی‬
‫ن‬
‫مقدار‬
‫مربعات‬ ‫میانگین‬ ‫ریشه‬
‫نفوذ‬ ‫نرخ‬ ‫و‬ ‫دامنه‬
‫ت‬ ‫رطوب‬ ‫و‬ ‫ه‬ ‫دان‬ ‫ط‬ ‫متوس‬ ‫اندازه‬ ،‫نفوذ‬ ‫برابر‬ ‫در‬ ‫مقاومت‬ ،‫مخروط‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫تع‬
‫یی‬
‫ن‬
.‫دد‬
‫مطالعه‬ ‫یک‬ ‫در‬
‫که‬
‫ی‬
‫ک‬
‫مخروط‬ ‫نفوذسنج‬
‫ی‬
‫وت‬ ‫ص‬
‫ی‬
‫افق‬
‫ی‬
‫را‬ ‫ب‬
‫ی‬
‫تشخ‬
‫ی‬
‫ص‬
‫تراکم‬
‫ی‬
‫ه‬
‫آزما‬ ‫سطل‬ ‫در‬ ‫خاک‬
‫ی‬
‫ش‬
‫دد‬
.
‫ای‬ ‫نتیجه‬
‫ن‬
‫ه‬ ‫ک‬ ‫ود‬ ‫ب‬
‫ی‬
‫ک‬
‫ی‬
‫ه‬
‫فشرده‬ ‫سخت‬
‫م‬ ‫تر‬
‫ی‬
‫صدا‬ ‫سطح‬ ‫تواند‬
‫ی‬
‫تر‬ ‫با‬
‫ی‬
‫ا‬ ‫را‬
‫ی‬
‫جاد‬
‫د‬ ‫کن‬
)
2005
,
Raper
&
Grift, Tekeste,
(
.
،‫تجربی‬ ‫مطالعه‬ ‫یک‬ ‫در‬
‫آزمایشات‬
‫ک‬ ‫ی‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫ی‬
‫ی‬ ‫مخروط‬ ‫نج‬ ‫نفوذس‬
‫ویژگی‬ ‫و‬ ‫صوتی‬ ‫سیگنال‬ ‫بین‬ ‫همبستگی‬ ‫تعیین‬ ‫برای‬ ‫صوتی‬
‫خاک‬ ‫های‬
‫داد‬ ‫انجام‬
‫ند‬
‫محدوده‬ ‫که‬ ‫دد‬ ‫مشخص‬ .
04
-
31
‫ک‬
‫ی‬
‫لوهرتز‬
‫خصوص‬ ‫با‬
‫ی‬
‫ات‬
‫دارد‬ ‫ارتباط‬ ‫خاک‬
(Houlsby & Ruck, 1998)
.
‫دیگر‬ ‫مطالعه‬ ‫در‬
‫ی‬
‫ک‬
‫مخروط‬ ‫نفوذسنج‬
‫ی‬
‫صوت‬
‫ی‬
‫برا‬
‫ی‬
‫پ‬
‫ی‬
‫دا‬
‫ردن‬ ‫ک‬
‫ب‬ ‫رابط‬
‫ی‬
‫ن‬
‫خاک‬ ‫ذرات‬
‫در‬
‫ی‬
‫ک‬
‫مح‬
‫ی‬
‫ط‬
‫آزما‬
‫ی‬
‫شگاه‬
‫ی‬
‫استفاده‬
‫دد‬
‫جا‬ ‫به‬ .
‫ی‬
‫تبد‬ ‫از‬ ‫استفاده‬
‫ی‬
‫ل‬
‫فور‬
‫ی‬
‫ه‬
‫سر‬
‫ی‬
(
FFT
)
‫از‬
‫تبدیل‬ ‫روش‬
‫ه‬
‫ی‬
‫لبرت‬
-
‫هوان‬
(
HHT
‫مش‬ ،‫دد‬ ‫استفاده‬ )
‫خص‬
‫که‬ ‫دد‬
‫روش‬ ‫این‬
‫دقت‬ ‫وجود‬ ‫با‬
،
‫بس‬
‫ی‬
‫ار‬
‫پ‬
‫ی‬
‫چ‬
‫ی‬
‫ده‬
.‫است‬
‫آن‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫د‬ ‫دریافتن‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫دار‬ ‫مق‬
‫و‬ ‫مجم‬
‫م‬
‫ی‬
‫انگ‬
‫ی‬
‫ن‬
‫مربع‬
‫ات‬
(
RMS
)
‫با‬
‫مقدار‬
‫صدا‬
‫تولیدی‬
‫به‬
‫میزان‬
‫مشخص‬
‫ی‬
‫رز‬ ‫م‬
‫ذرات‬ ‫ان‬ ‫می‬
‫را‬
‫نشان‬
‫می‬
‫دهد‬
)
2010
,
Wang
&
Chang, Chang, Nguyen,
(
.
‫تحقیقی‬ ‫در‬
،‫مشابه‬
‫همکاران‬ ‫و‬ ‫همت‬
&
Hemmat, Rahnama,
(
Vahabi, 2014)
،
‫م‬
‫ی‬
‫کروفون‬
‫افق‬ ‫نوک‬ ‫سه‬ ‫از‬ ‫تا‬ ‫دو‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫ها‬
‫ی‬
‫داد‬ ‫قرار‬
‫ند‬
‫و‬
‫ب‬ ‫رابطه‬
‫ی‬
‫ن‬
‫حالت‬
‫ها‬
‫خاک‬ ‫دکست‬ ‫ی‬
‫صوت‬ ‫پاسخ‬ ‫و‬
‫بررسی‬ ‫را‬ ‫ی‬
‫کرد‬
‫ند‬
.
‫چگال‬ ‫که‬ ‫دد‬ ‫مشخص‬
‫ی‬
‫ط‬
‫ی‬
‫ف‬
‫ی‬
‫موارد‬ ‫در‬ ‫توان‬
‫ی‬
‫دکست‬ ‫که‬
‫ا‬ ‫ب‬ ‫اک‬ ‫خ‬
‫م‬ ‫رخ‬ ‫فشار‬
‫ی‬
‫دهد‬
‫مقا‬ ‫در‬
‫ی‬
‫سه‬
‫با‬
‫سست‬ ‫خاک‬
‫به‬
‫قابل‬ ‫طور‬
‫وجه‬ ‫ت‬
‫ی‬
‫تر‬ ‫ا‬ ‫ب‬
.‫بود‬
‫همکاران‬ ‫و‬ ‫میثمی‬
‫تحقیقی‬
‫در‬
‫مورد‬
‫اررات‬
‫رطوبت‬
‫خاک‬
‫بر‬
‫ار‬ ‫انتش‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫انجام‬
‫دادند‬
.
‫مشخ‬
‫ص‬
‫دد‬
‫که‬
‫با‬
‫زایش‬ ‫اف‬
،‫ت‬ ‫رطوب‬
‫دامنه‬
‫و‬
‫قدرت‬
‫سیگنال‬
‫افزایش‬
‫ی‬ ‫م‬
‫د‬ ‫یاب‬
.
‫ا‬ ‫اعوج‬
‫ک‬ ‫هارمونی‬
‫ل‬ ‫ک‬
‫و‬
‫نسبت‬
‫سیگنال‬
‫به‬
‫نویز‬
‫هر‬
‫دو‬
‫رابطه‬
‫درجه‬
‫دوم‬
‫را‬
‫با‬
‫رطوبت‬
‫خاک‬
‫نشان‬
‫دادند‬
Alimardani,
&
asl, Shari, Mobli, Eyvani,
-
Meisami
(
2013)
.
‫ادری‬ ‫ن‬
‫اران‬ ‫همک‬ ‫و‬ ‫داجی‬ ‫بل‬
(Naderi-Boldaji, Tekeste,
Nordstorm, Barnard, & Birrel, 2019)
‫یک‬
‫حسگر‬
‫دامل‬
‫ک‬ ‫ی‬
‫نفوذسنج‬
‫مخروطی‬
،‫عمودی‬
‫یک‬
‫حسگر‬
‫ک‬ ‫پیزوالکتری‬
‫ار‬ ‫انتش‬
‫وت‬ ‫ص‬
(
AE
)
‫در‬
‫انس‬ ‫فرک‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫و‬
‫ک‬ ‫ی‬
‫ور‬ ‫سنس‬
‫دی‬
‫ک‬ ‫الکتری‬
‫ازنی‬ ‫خ‬
‫رای‬ ‫ب‬
‫مشخصه‬
‫های‬
‫فیزیکی‬
‫خاک‬
‫توسعه‬
‫دادند‬
.
‫ارزیابی‬
‫های‬
‫حسگر‬
‫نشان‬
‫داد‬
‫که‬
‫طیف‬
‫توزی‬
‫فرکانس‬
‫صوتی‬
‫به‬
‫ت‬ ‫دس‬
‫ده‬ ‫آم‬
‫از‬
‫دیل‬ ‫تب‬
‫ه‬ ‫فوری‬
‫ت‬ ‫باف‬
‫خاک‬
‫دنی‬
‫را‬
‫از‬
‫بافت‬
‫های‬
‫خاک‬
‫رس‬
‫و‬
‫لوم‬
‫متمایز‬
‫می‬
‫کند‬
.
‫با‬
‫این‬
،‫حال‬
‫تفاده‬ ‫اس‬
‫از‬
‫گر‬ ‫حس‬
‫ک‬ ‫پیزوالکتری‬
‫ار‬ ‫انتش‬
‫وتی‬ ‫ص‬
(
AE
)
‫و‬
‫تم‬ ‫سیس‬
‫جم‬
‫آوری‬
‫داده‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫رخ‬ ‫ن‬
‫ه‬ ‫نمون‬
‫رداری‬ ‫ب‬
، ‫ا‬ ‫ب‬
‫وز‬ ‫هن‬
‫ک‬ ‫ی‬
‫اوری‬ ‫فن‬
‫گران‬
‫قیمت‬
‫با‬
‫محدودیت‬
‫زیاد‬ ‫فنی‬ ‫های‬
‫است‬
.
‫تع‬
‫یی‬
‫ن‬
‫در‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬
‫ی‬ ‫مزرعه‬
‫ک‬
‫اندازه‬
‫گ‬
‫ی‬
‫ر‬
‫ی‬
‫د‬
‫ق‬ ‫قی‬
‫ن‬
‫ی‬
‫ت‬ ‫س‬
‫ه‬ ‫بلک‬ ،
‫ی‬
‫ک‬
‫حال‬ ‫در‬ .‫است‬ ‫برآورد‬
‫ی‬
‫بس‬ ‫ه‬ ‫ک‬
‫ی‬
‫ار‬
‫ی‬
‫بررس‬ ‫ورد‬ ‫م‬ ‫در‬ ‫ات‬ ‫مطالع‬ ‫از‬
‫ی‬
‫دارد‬ ‫ود‬ ‫وج‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫مختلف‬ ‫خواص‬
،
‫کم‬ ‫داد‬ ‫تع‬
‫ی‬
‫تق‬ ‫مس‬ ‫ه‬ ‫رابط‬
‫ی‬
‫م‬
‫ین‬ ‫ب‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫تولیدی‬ ‫صدای‬ ‫فرکانس‬
‫ود‬ ‫وج‬
.‫دارد‬
‫ان‬ ‫کس‬
‫ی‬
‫ا‬ ‫ب‬ ‫ه‬ ‫ک‬
‫نفوذسنج‬
‫ها‬
‫ی‬
‫مخروط‬
‫ی‬
‫صوت‬
‫ی‬
‫آزما‬
‫ی‬
‫ش‬
‫داده‬ ‫انجام‬
‫اند‬
،
‫برده‬ ‫پی‬
‫ه‬ ‫ک‬ ‫د‬ ‫ان‬
‫داده‬
‫ها‬
‫ی‬
‫ارزدمند‬
‫ی‬
‫را‬
‫می‬
‫داد‬ ‫ارائه‬ ‫توان‬
‫ته‬ ‫نتوانس‬ ‫ا‬ ‫ام‬ ،
‫آن‬ ‫د‬ ‫ان‬
‫از‬ ‫را‬ ‫ا‬ ‫ه‬
.‫ببرند‬ ‫فراتر‬ ‫مفهوم‬ ‫اربات‬ ‫مرحله‬
‫ی‬
‫ک‬
‫صوت‬ ‫نفوذسنج‬
‫ی‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫ه‬ ‫ارائ‬ ‫ور‬ ‫منظ‬
‫ی‬
‫ک‬
‫قو‬ ‫روش‬
‫ی‬
‫برا‬ ‫تر‬
‫ی‬
‫تع‬
‫یی‬
‫ن‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫بافت‬ ‫نو‬ ‫سه‬
‫ا‬ ‫درج‬
‫بال‬ ‫و‬
‫درن‬
‫ا‬ .‫دد‬ ‫داده‬ ‫توسعه‬
‫ی‬
‫ن‬
‫س‬
‫ی‬
‫ستم‬
‫از‬ ‫پس‬
‫ضبط‬
‫صدا‬
‫ی‬
‫تول‬
‫ی‬
‫د‬
‫ده‬ ‫د‬
‫ق‬ ‫طری‬ ‫از‬
‫ارتباط‬
‫داخص‬
‫مخروط‬
‫با‬ ‫ی‬
‫اک‬ ‫خ‬
،
‫داده‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫ا‬ ‫ب‬ ‫را‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬
‫رتبط‬ ‫م‬
‫می‬
‫سازد‬
.
‫روش‬ ‫و‬ ‫مواد‬
‫ها‬
‫فرآیند‬
‫تحقیق‬
‫و‬
‫تهیه‬
‫نمونه‬
‫از‬
‫روش‬
‫آنالیز‬
‫سیگنال‬
‫صوتی‬
‫برای‬
‫تشخیص‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫نو‬
‫در‬
‫سه‬
‫مشخص‬ ‫بافت‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫نو‬
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫در‬
‫ن‬ ‫ای‬
‫ق‬ ‫تحقی‬
‫ا‬ ‫آزم‬
‫ی‬
‫ش‬
‫عمود‬ ‫نفوذ‬
‫ب‬ ‫ی‬
‫ه‬
‫صورت‬
‫آزما‬
‫ی‬
‫شگاه‬
‫ی‬
‫بافت‬ ‫در‬
‫ها‬
‫ی‬
،‫رس‬ ‫خاک‬
‫ومی‬ ‫ل‬
‫و‬
‫دن‬
‫ی‬
‫ترک‬ .‫دد‬ ‫انجام‬
‫ی‬
‫ب‬
‫بافت‬
‫ی‬
‫و‬
‫رطوبت‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫ی‬
‫ا‬ ‫آزم‬
‫ی‬
‫ش‬
‫در‬ ‫ده‬ ‫د‬
‫جدول‬
3
‫خاک‬ .‫است‬ ‫دده‬ ‫داده‬ ‫نشان‬
‫ها‬
‫مزار‬ ‫از‬
‫آدربایجان‬ ‫استان‬
‫غربی‬
‫ارتفا‬ ‫با‬
3006
‫طول‬ ،‫متر‬
30
/
04
‫عرض‬ ‫و‬ ‫درقی‬ ‫درجه‬
04
/
10
‫ه‬ ‫درج‬
‫جم‬ ‫دمالی‬
‫دد‬ ‫آوری‬
‫و‬
‫در‬
‫سوراخ‬ ‫قطر‬ ‫اندازه‬ ‫با‬ ‫غربال‬
4
‫م‬
‫ی‬
‫ل‬
‫ی‬
‫الک‬ ‫متر‬
‫دد‬
‫و‬
‫را‬ ‫ب‬ ‫ت‬ ‫رطوب‬
‫ی‬
‫دار‬ ‫مق‬ ‫دادن‬ ‫رار‬ ‫ق‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫ه‬ ‫نمون‬ ‫ر‬ ‫ه‬
‫رو‬ ‫ر‬ ‫ی‬ ‫وزن‬
‫مخصوص‬
‫کوره‬ ‫در‬
364
‫سانت‬ ‫درجه‬
‫ی‬
‫گراد‬
‫م‬ .‫دد‬ ‫محاسبه‬
‫ی‬
‫زان‬
‫ت‬ ‫رطوب‬
( ‫پایه‬ ‫رطوبت‬ ‫اساس‬ ‫بر‬
wet-basis
.‫دد‬ ‫محاسبه‬ )
‫تجهیزات‬
‫ی‬
‫ک‬
‫مخروط‬ ‫نفوذسنج‬
‫ی‬
‫صوت‬
‫ی‬
(
ACPT
)
3
‫به‬
‫تع‬ ‫منظور‬
‫یی‬
‫ن‬
‫ا‬
‫ی‬
‫ن‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫آ‬
‫ی‬
‫ا‬
‫رابطه‬
‫ا‬
‫ی‬
‫ب‬
‫ی‬
‫ن‬
‫صدا‬
‫ی‬
‫تول‬
‫ی‬
‫د‬
‫و‬ ‫خاک‬ ‫و‬ ‫مخروط‬ ‫مشترک‬ ‫سطح‬ ‫در‬ ‫دده‬
‫ذرات‬ ‫اندازه‬
‫خاک‬
‫دارد‬ ‫وجود‬
،
‫طراح‬
‫ی‬
‫ت‬ ‫اس‬ ‫ده‬ ‫د‬
‫روط‬ ‫مخ‬ .
‫ق‬ ‫طب‬ ‫ا‬ ‫ه‬
‫تادندارد‬ ‫اس‬
S313.3 FEB1999ED (R2013)
ASAE
‫ر‬ ‫قط‬ ‫ا‬ ‫ب‬
04
/
06
‫میلی‬
‫زاویه‬ ‫سه‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫متر‬
16
،
04
‫و‬
06
‫ه‬ ‫میل‬ ‫ول‬ ‫ط‬ ،‫ه‬ ‫درج‬
166
‫میلی‬
‫متر‬
‫و‬
‫د‬ ‫فو‬ ‫از‬
3604
‫مادین‬ ‫روش‬ ‫با‬ ‫و‬
‫اط‬ ‫ارتب‬ ‫ین‬ ‫تعی‬ ‫برای‬ ‫کاری‬
‫د‬ ‫د‬ ‫تفاده‬ ‫اس‬ ‫ه‬ ‫زاوی‬ ‫رین‬ ‫بهت‬ ‫ا‬ ‫انتخ‬ ‫و‬ ‫ی‬ ‫مخروط‬ ‫اخص‬ ‫د‬ ‫و‬ ‫دا‬ ‫ص‬
(
Anonymous, 2013
.
1- Acoustic Cone Penetrometer Test

5. ،‫همکاران‬ ‫و‬ ‫آذر‬ ‫نصرالهی‬
‫امکان‬
‫استفاده‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫تعيين‬ ‫سنجی‬
‫ا‬
‫ز‬
‫سيگنال‬ ‫پردازش‬
‫صوتی‬ ‫هاي‬
...
015
‫جدول‬
1
-
‫نمونه‬
‫خاک‬ ‫رطوبت‬ ‫و‬ ‫بافتی‬ ‫های‬
‫های‬
‫جم‬
‫آوری‬
‫دده‬
Table 1-Texture and moisture samples of collected soils
‫رطوبت‬
Moisture (%)
‫خاک‬ ‫بافت‬
Texture class
‫رس‬
Clay (%)
‫سیلت‬
Silt (%)
‫شن‬
Sand (%)
‫آزمایش‬ ‫شماره‬
Test number
‫نمونه‬
‫خاک‬ ‫های‬
Soil sample
10
Loam
25
32
42
1-20
South of Piranshahr
‫(جنو‬
)‫پیرانشهر‬
11
Clay
42
36
22
21-40
East of Piranshahr
)‫پیرانشهر‬ ‫(درق‬
10.5
Sand
4
8
88
41-60
North of Piranshahr
)‫پیرانشهر‬ ‫(دمال‬
‫به‬
‫منظور‬
‫ضبط‬
‫سیگنال‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫وتی‬ ‫ص‬
‫ده‬ ‫تولیدد‬
‫از‬
،‫اک‬ ‫خ‬
‫ک‬ ‫ی‬ ‫از‬
‫میکروفون‬
(VM-034CY)
‫استفاده‬
‫که‬ ‫دد‬
‫دارای‬
‫پاسخ‬
‫از‬ ‫ی‬ ‫فرکانس‬
06
‫تا‬
06666
‫از‬ ‫ب‬ ‫دار‬ ‫م‬ ‫یت‬ ‫حساس‬ ،‫ز‬ ‫هرت‬
mv.Pa-1
0
/
0
‫یت‬ ‫حساس‬ ،
‫مکانیکی‬
nm.Pa-1
4
/
3
‫و‬
‫برای‬
‫خ‬ ‫پاس‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫امیکی‬ ‫دین‬
‫ری‬ ‫س‬
‫یار‬ ‫بس‬
‫مناسب‬
‫است‬
.
‫سرعت‬
‫نفوذ‬
‫از‬ ‫ستفاده‬ ‫با‬ ‫مخروط‬
‫اینورتور‬
4
/
4
،‫کیلووات‬
‫کنترل‬ ‫که‬
‫موتور‬
‫را‬
‫به‬
‫صورت‬
‫رداری‬ ‫ب‬
‫دون‬ ‫ب‬
،‫ور‬ ‫سنس‬
‫رل‬ ‫کنت‬
‫اژ‬ ‫ولت‬
‫و‬
‫فرکانس‬
‫ان‬
‫جام‬
‫م‬
‫ی‬
‫د‬ ‫ده‬
،
‫ابق‬ ‫مط‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫تاندارد‬ ‫اس‬
‫نج‬ ‫نفوذس‬
‫ی‬ ‫مخروط‬
ASABE (EP542)
‫روی‬
16
‫میلی‬
‫متر‬
‫بر‬
‫ین‬ ‫همچن‬ .‫دد‬ ‫تنظیم‬ ‫رانیه‬
‫نمونه‬ ‫فرکانس‬
‫برداری‬
09666
‫داده‬ ‫زمان‬ ‫مدت‬ ‫و‬ ‫هرتز‬
‫روی‬ ‫برداری‬
36
،‫یط‬ ‫مح‬ ‫و‬ ‫الکتروموتور‬ ‫صدای‬ ‫رساندن‬ ‫حداقل‬ ‫به‬ ‫برای‬ .‫دد‬ ‫تنظیم‬ ‫رانیه‬
‫میکروفون‬
‫داخل‬
‫ژل‬ ‫توسط‬ ‫مخروط‬
‫سپس‬ ‫دده‬ ‫آغشته‬ ‫ابتدا‬ ‫مخصوص‬
‫رابت‬ ‫مخروط‬ ‫نوک‬ ‫به‬ ‫نزدیک‬ ‫و‬ ‫داخل‬ ‫در‬ ‫ستیکی‬ ‫حلقه‬ ‫یک‬ ‫با‬ ‫همراه‬
‫دد‬
(
‫دکل‬
3
)
.
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫به‬
‫صورت‬
‫آنالین‬
‫از‬
‫ق‬ ‫طری‬
‫ش‬ ‫بخ‬
‫اسیلوسکوپ‬
‫نرم‬
‫افزار‬
Matlab
‫ذخیره‬
‫می‬
‫دوند‬
.
‫شکل‬
1
-
‫استاندارد‬ ‫طبق‬ ‫آن‬ ‫اجزای‬ ‫و‬ ‫مخروط‬
ASAE S313.3 FEB1999ED (R2013)
Fig.1. Cone and its components according to ASAE standard S313.3 FEB1999ED (R2013), all values are in mm
‫کنترل‬ ‫عمودی‬ ‫حرکت‬ ‫ایجاد‬ ‫برای‬
‫مخروط‬ ‫دده‬
‫ا‬ ‫ه‬
،
‫انیزم‬ ‫مک‬ ‫ک‬ ‫ی‬
‫کنترل‬ ‫با‬ ‫مکانیکی‬
‫کننده‬
‫انیزم‬ ‫مک‬ ‫ن‬ ‫ای‬ .‫د‬ ‫د‬ ‫ی‬ ‫طراح‬ ‫الکترونیکی‬ ‫های‬
‫ریل‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫اتصال‬ ‫قابل‬
‫دانشگاه‬ ‫در‬ ‫واق‬ )‫بین‬ ‫(سویل‬ ‫خاک‬ ‫جعبه‬ ‫های‬
‫(دکل‬ ‫است‬ ‫ارومیه‬
0
.)
‫در‬
‫این‬
‫سیستم‬
‫از‬
‫یک‬
‫ور‬ ‫الکتروموت‬
4
‫ب‬ ‫اس‬
‫ار‬ ‫بخ‬
‫دارای‬
‫رعت‬ ‫س‬
3016
،‫ی‬ ‫خروج‬ ‫دفت‬ ‫در‬ ‫دقیقه‬ ‫در‬ ‫دور‬
‫رعت‬ ‫س‬ ‫رل‬ ‫کنت‬ ‫رای‬ ‫ب‬ ‫ورتر‬ ‫این‬
‫دورانی‬
‫خط‬ ،‫الکتروموتور‬
‫و‬ ‫ودی‬ ‫عم‬ ‫ت‬ ‫حرک‬ ‫ت‬ ‫رب‬ ‫برای‬ ‫دیجیتالی‬ ‫کش‬
‫حرکت‬ ‫تبدیل‬ ‫برای‬ ‫دنده‬ ‫جعبه‬ ‫یک‬
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫ه‬ ‫نمون‬
‫در‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫ای‬ ‫ه‬
‫سطل‬ ‫داخل‬
‫های‬
06
‫هر‬ .‫ددند‬ ‫آزمایش‬ ‫لیتری‬
‫نمونه‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫ده‬
‫ار‬ ‫ب‬
‫در‬
‫مکان‬
‫های‬
‫مختلف‬
‫درون‬
‫سطل‬
‫مورد‬
‫آزمایش‬
‫قرار‬
‫گرفت‬
.
‫هر‬ ‫از‬ ‫پس‬ ‫و‬
‫اولیه‬ ‫حالت‬ ‫به‬ ‫دوباره‬ ،‫تکرار‬ ‫سه‬
‫می‬ ‫برگردانده‬
‫این‬ .‫دود‬
‫تعداد‬
‫ایش‬ ‫آزم‬
‫بیشترین‬
‫تکرار‬
‫را‬
‫در‬
‫هر‬
‫سطل‬
‫بدون‬
‫نمونه‬
‫برداری‬
‫ک‬ ‫نزدی‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫ه‬ ‫نمون‬
‫قبلی‬
‫و‬
‫دیواره‬
‫سطل‬
‫ارائه‬
‫می‬
‫دهد‬
.

6. 015
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫جلد‬ ،‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
‫شکل‬
2
-
‫کنترل‬ ‫و‬ ‫عمودی‬ ‫حرکت‬ ‫مکانیزم‬
‫مخروط‬ ‫دده‬
‫ها‬
‫؛‬
3
-
‫چرخ‬
‫دانه‬ ‫دنده‬
‫ای‬
،
0
-
‫جعبه‬
‫دنده‬
،
1
-
‫الکتریکی‬ ‫موتور‬
،
0
-
‫لودسل‬
،
4
-
‫خط‬
‫کش‬
‫دیجیتالی‬
،
0
-
‫کامپیوتر‬ ‫به‬ ‫میکروفون‬ ‫اتصال‬ ‫سیم‬
،
4
-
‫میله‬
‫و‬
9
-
‫مخروط‬
Fig.2. Mechanism of vertical and controlled movement of cones; 1- Rack and pinion gear, 2- Gearbox, 3- Electric
motor, 4- Load cell, 5- LVDT, 6- Microphone connection cable to the computer, 7- Rod, and 8- Cone
‫شکل‬
3
-
‫دماتیک‬
‫و‬ ‫دستگاه‬
‫سیستم‬
‫ربت‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
Fig.3. Test setup of the device and audio data recording system
‫پردازش‬
‫سیگنال‬
‫سیگنال‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫وتی‬ ‫ص‬
‫افتی‬ ‫دری‬
‫از‬
‫روط‬ ‫مخ‬
‫ا‬ ‫ه‬
(
‫ه‬ ‫س‬
‫ا‬ ‫ب‬ ‫روط‬ ‫مخ‬
‫زاویه‬
‫های‬
16
،
04
‫و‬
06
‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬ ‫سه‬ ‫و‬ ‫درجه‬
)
‫در‬
‫حوزه‬
‫فرکانس‬
‫زمانی‬
‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫تبدیل‬
‫موجک‬
‫پردازش‬
‫دند‬ ‫د‬
.
‫در‬
‫دیل‬ ‫تب‬
،‫ک‬ ‫موج‬
‫سیگنال‬
‫از‬
‫یک‬
‫سری‬
‫فیلتر‬
‫گذر‬ ‫با‬
‫و‬
‫پایین‬
‫گذر‬
‫عبور‬
‫می‬
‫کند‬
.
‫یگنال‬ ‫س‬
‫به‬
‫دو‬
‫بخش‬
‫تقسیم‬
‫می‬
‫دود‬
.
‫بخشی‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫از‬
‫ک‬ ‫ی‬
‫ر‬ ‫فیلت‬
‫ذر‬ ‫گ‬ ‫با‬
‫ور‬ ‫عب‬
‫می‬
،‫کند‬
‫حاوی‬
‫داده‬
‫های‬
‫انس‬ ‫فرک‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫ی‬ ‫یعن‬
‫ویز‬ ‫ن‬
‫ه‬ ‫ک‬ ‫ت‬ ‫اس‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫آن‬
‫جزئیات‬
‫می‬
‫گویند‬
.
‫بخش‬
‫دوم‬
‫که‬
‫از‬
‫یک‬
‫فیلتر‬
‫پایین‬
‫گذر‬
‫عبور‬
‫ی‬ ‫م‬
‫د‬ ‫کن‬
‫که‬
‫حاوی‬
‫داده‬
‫های‬
‫فرکانس‬
‫پایین‬
‫و‬
‫دامل‬
‫ویژگی‬
‫های‬
‫سیگنال‬
‫ت‬ ‫اس‬
‫و‬
‫تقریب‬
‫نامیده‬
‫می‬
‫دود‬
.
‫به‬
‫طور‬
،‫کلی‬
‫اگر‬
x(t)
‫سیگنال‬
‫لی‬ ‫اص‬
‫د‬ ‫باد‬
‫و‬

7. ،‫همکاران‬ ‫و‬ ‫آذر‬ ‫نصرالهی‬
‫امکان‬
‫استفاده‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫تعيين‬ ‫سنجی‬
‫ا‬
‫ز‬
‫سيگنال‬ ‫پردازش‬
‫صوتی‬ ‫هاي‬
...
010
‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫موجک‬
‫به‬
n
‫سطح‬
‫تجزیه‬
،‫دود‬
‫اولین‬
‫سیگنال‬
‫را‬
‫می‬
‫توان‬
‫از‬
‫مجمو‬
‫سیگنال‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫ی‬ ‫تقریب‬
‫در‬
‫رین‬ ‫آخ‬
‫طح‬ ‫س‬
‫و‬
‫و‬ ‫مجم‬
‫تواب‬
‫جزئیات‬
‫در‬
‫سطوح‬
‫ق‬ ‫طب‬ ‫ف‬ ‫مختل‬
( ‫ه‬ ‫رابط‬
3
)
‫ه‬ ‫ب‬
‫ت‬ ‫دس‬
‫آورده‬
‫و‬
‫را‬ ‫آن‬
‫به‬ ‫محاس‬
‫ود‬ ‫نم‬
,
Miller
&
Zanardelli, Strangas, Khalil,
(
2005; Soman, 2010)
:
( ) ( ) ∑ ( ) (
3
)
‫که‬
‫آن‬ ‫در‬
an
‫تق‬
‫ات‬ ‫ریب‬
‫س‬
‫یگنال‬
‫و‬
dn
‫جزئ‬
‫ات‬ ‫ی‬
‫س‬
‫یگنال‬
‫تند‬ ‫هس‬
.
‫عملیات‬
‫موجک‬ ‫تبدیل‬ ‫در‬ ‫تجزیه‬
‫را‬
‫می‬
‫وان‬ ‫ت‬
‫ا‬ ‫ت‬
‫انی‬ ‫زم‬
‫ه‬ ‫ادام‬
‫داد‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫داده‬
‫های‬
‫قابل‬
‫توجهی‬
‫در‬
‫تقریب‬
‫وجود‬
‫ته‬ ‫نداد‬
‫د‬ ‫باد‬
.
،‫ابراین‬ ‫بن‬
‫ین‬ ‫اول‬
‫سیگنال‬
‫را‬
‫می‬
‫توان‬
‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫جزئیات‬
‫دون‬ ‫ب‬
‫از‬
‫ت‬ ‫دس‬
‫دادن‬
‫داده‬
‫های‬
‫ضروری‬
‫بازسازی‬
‫کرد‬
.
‫انتخا‬
‫نو‬
‫اب‬ ‫ت‬
‫رای‬ ‫ب‬
‫ائل‬ ‫مس‬
‫مختلف‬
‫در‬
‫تبدیل‬
‫موجک‬
‫اوت‬ ‫متف‬
‫ت‬ ‫اس‬
.
‫ی‬ ‫داوبچ‬ ‫اب‬ ‫ت‬
Daubechi
(DB3)
‫در‬
‫بیشتر‬
‫مطالعات‬
‫مورد‬
‫استفاده‬
‫قرار‬
‫گرفته‬
‫است‬
.
‫کارایی‬
‫تاب‬
‫داوبچی‬
‫تایید‬
‫دده‬
‫است‬
.
‫از‬
‫این‬
‫رو‬
‫تاب‬
‫مذکور‬
‫در‬
‫ن‬ ‫ای‬
‫ق‬ ‫تحقی‬
‫رای‬ ‫ب‬
‫تجزیه‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫مورد‬
‫استفاده‬
‫قرار‬
‫می‬
‫گیرد‬
.
‫تاب‬
‫داوبچی‬
‫ا‬ ‫ب‬
4
‫سطح‬
‫تجزیه‬
‫پس‬
‫از‬
‫تالش‬
‫و‬
‫خطا‬
‫انتخا‬
‫دد‬
.
،‫بنابراین‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫را‬
‫می‬
‫توان‬
‫به‬
‫صورت‬
‫رابط‬
‫ه‬
(
0
)
،‫نودت‬
(
d1-d5 ]
،‫جزئیات‬
a5
‫و‬ ‫ی‬ ‫تقریب‬
x[n]
‫اصلی‬ ‫سیگنال‬
‫است‬
:)
( ) (
0
)
‫از‬ ‫استفاده‬
‫سیگنال‬
‫پردازش‬ ‫صوتی‬ ‫های‬
‫به‬ ‫دده‬
‫در‬ ‫تقیم‬ ‫مس‬ ‫صورت‬
‫امکان‬ ‫آماری‬ ‫تحلیل‬ ‫و‬ ‫تجزیه‬
.‫نیست‬ ‫پذیر‬
‫ه‬ ‫ب‬ ‫اقدام‬ ‫باید‬ ‫دلیل‬ ‫همین‬ ‫به‬
‫ویژگی‬ ‫استخرا‬
‫ویژگی‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫مختلف‬ ‫های‬
‫ا‬ ‫انتخ‬ ‫را‬ ‫ب‬ ‫مناس‬ ‫ای‬ ‫ه‬
‫د‬ .‫نمود‬
‫مجمو‬ ‫ر‬
16
‫دد‬ ‫استخرا‬ ‫سیگنال‬ ‫پردازش‬ ‫فرآیند‬ ‫طی‬ ‫ویژگی‬
‫(جدول‬
0
‫ویژگی‬ ‫زیاد‬ ‫تعداد‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫بدیهی‬ .)
‫م‬ ‫حج‬ ‫زایش‬ ‫اف‬ ‫باعث‬ ‫ها‬
‫د‬ ‫خواه‬ ‫خطا‬ ‫افزایش‬ ‫و‬ ‫پردازدگر‬ ‫سرعت‬ ‫کاهش‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫محاسبات‬
.‫دد‬
‫می‬ ‫بنابراین‬
‫رتبه‬ ‫با‬ ‫توان‬
‫ویژگی‬ ‫بندی‬
،‫ت‬ ‫اهمی‬ ‫و‬ ‫اریر‬ ‫ت‬ ‫ا‬ ‫لح‬ ‫از‬ ‫ها‬
‫ویژگی‬
‫ان‬ ‫را‬ ‫موررتر‬ ‫های‬
‫داد‬ ‫رار‬ ‫ق‬ ‫ی‬ ‫بررس‬ ‫ورد‬ ‫م‬ ‫و‬ ‫کرد‬ ‫تخا‬
.
‫ن‬ ‫ای‬ ‫ر‬ ‫ب‬
‫رم‬ ‫ن‬ ‫ویژگی‬ ‫انتخا‬ ‫بخش‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ،‫اساس‬
‫زار‬ ‫اف‬
WEKA 3.9.2
،
‫ویژگی‬
،‫ی‬ ‫ویژگ‬ ‫ت‬ ‫هف‬ ‫امل‬ ‫د‬ ‫ه‬ ‫ک‬ ‫دند‬ ‫د‬ ‫انتخا‬ ‫اصلی‬ ‫و‬ ‫موررتر‬ ‫های‬
( ‫و‬ ‫مجم‬ ‫مقدار‬
SUM
‫اکزیمم‬ ‫م‬ ،)
(Max)
‫ات‬ ‫مربع‬ ‫انگین‬ ‫می‬ ‫ه‬ ‫ریش‬ ،
(RMS)
‫میانگین‬ ،
(Mean)
‫واریانس‬ ،
(Var)
‫یدگی‬ ‫کش‬ ،
(kurtosis)
‫ممان‬ ‫و‬
‫با‬ ‫مرتبه‬ ‫های‬
(Moment4)
‫سیگنال‬
‫می‬ ‫ها‬
.‫بادد‬
‫برای‬
‫تشخیص‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫مربوط‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫د‬ ‫چن‬
‫ت‬ ‫باف‬
‫ف‬ ‫مختل‬
‫و‬
‫در‬
‫نهایت‬
‫برای‬
‫ین‬ ‫ب‬ ‫تفاوت‬ ‫تشخیص‬
‫ن‬ ‫ای‬
،‫ت‬ ‫باف‬ ‫و‬ ‫ن‬ ‫ه‬ ‫س‬
‫د‬ ‫بای‬
‫ردار‬ ‫ب‬
‫مشخصه‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫فرعی‬
‫را‬
‫انتخا‬
‫کرد‬
‫و‬
‫با‬
‫توجه‬
‫به‬
‫تغییرات‬
‫ن‬ ‫ای‬
،‫بردارها‬
‫بافت‬
‫ها‬
‫را‬
‫م‬ ‫هم‬ ‫از‬
‫تمایز‬
‫کرد‬
.
‫در‬
‫این‬
‫مطالعه‬
‫از‬
‫ه‬ ‫ریش‬ ، ‫مجمو‬
‫ان‬ ‫مم‬ ‫و‬ ‫کشیدگی‬ ،‫واریانس‬ ،‫مربعات‬ ‫میانگین‬
‫رای‬ ‫ب‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫ه‬ ‫مرتب‬ ‫ای‬ ‫ه‬
‫مقایسه‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫خروجی‬
‫روط‬ ‫مخ‬ ‫ه‬ ‫س‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫و‬ ‫ن‬ ‫سه‬
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫جدول‬
2
-
16
‫ویژگی‬
‫استخرا‬
‫دده‬
‫از‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
Table 2- 30 features extracted from audio signals
1 Max 7 Rms 13 Moment6 19 CF 25 Max/s
2 Sum 8 Skew 14 Entr 20 IF 26 Sqr/s
3 Meany 9 Kurtosis 15 Energ 21 Mom/POW2 27 Max/mea
4 Meanaby 10 Moment3 16 Geom 22 Rm/me 28 s16/s1
5 Var 11 Moment4 17 Har 23 Mom/POW3 29 y3
6 Std 12 Moment5 18 FM4 24 POW2 30 y4/POW
‫مجموع‬
(Sum)
‫مجمو‬
‫از‬ ‫است‬ ‫عبارت‬
‫دامنه‬
‫کل‬
‫نقاط‬
‫داده‬
‫های‬
‫سیگنال‬
،‫وتی‬ ‫ص‬
‫که‬
‫می‬
‫تواند‬
‫ددت‬
‫سیگنال‬
‫صوتی‬
‫را‬
‫نشان‬
‫دهد‬
‫و‬
‫به‬
‫صورت‬
‫رابط‬
‫ه‬
(
1
)
‫تعریف‬
‫می‬
‫دود‬
(
, 2008
Zi
&
Lei, He,
:)
∑ ( ) (
1
)
‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬
x(n)
‫و‬ ‫نقاط‬ ‫دامنه‬
N
‫داده‬ ‫اط‬ ‫نق‬ ‫داد‬ ‫تع‬
‫یگنال‬ ‫س‬ ‫ای‬ ‫ه‬
.‫است‬
‫میانگین‬
(
Mean
)
‫متوسط‬ ‫مقدار‬ ‫هرچه‬
‫به‬
‫صفر‬
‫نزدیک‬
،‫دود‬
‫تقارن‬
‫سیگنال‬
‫زایش‬ ‫اف‬
‫می‬
‫یابد‬
.
‫از‬
‫آن‬
‫جایی‬
‫که‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫ارتعادی‬
‫و‬
‫صوتی‬
‫به‬
‫صورت‬
‫وجی‬ ‫م‬
،‫هستند‬
‫مقدار‬
‫سیگنال‬
ً ‫معمو‬
‫صفر‬
‫است‬
.
‫بنابراین‬
‫برای‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫این‬
‫فاکتور‬
‫تاب‬
‫آن‬ ‫قدرمطلق‬
‫محاسبه‬
‫می‬
‫دود‬
.
( ‫ه‬ ‫(رابط‬
0
))
(Lei et al.,
2008)
:
( )
∑ ( ( ))
(
0
)
‫واریانس‬
(
VAR
)
‫این‬
‫فاکتور‬
ً ‫معمو‬
‫پراکندگی‬
‫سیگنال‬
‫را‬
‫ان‬ ‫نش‬
‫ی‬ ‫م‬
‫د‬ ‫ده‬
.
‫ه‬ ‫هرچ‬
‫بزرگ‬ ‫واریانس‬
‫ر‬ ‫ت‬
،‫د‬ ‫باد‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫تری‬ ‫بیش‬ ‫دگی‬ ‫پراکن‬ ‫دارای‬
‫ت‬ ‫اس‬
.
‫به‬
‫عبارت‬
،‫دیگر‬
‫صدای‬
‫بیشتری‬ ‫ناسازگاری‬ ‫دریافتی‬
‫دارد‬
(
Lei et al.,
2008
.)
( ( ))
∑ ( ( )) ( ( )))
(
4
)
‫مربعات‬ ‫میانگین‬ ‫ریشه‬
(RMS)
‫یکی‬
‫از‬
‫رایج‬
‫ترین‬
‫پارامترهای‬
‫ورد‬ ‫م‬
‫تفاده‬ ‫اس‬
‫در‬
‫ه‬ ‫تجزی‬
‫و‬
‫ل‬ ‫تحلی‬

8. 015
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫جلد‬ ،‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
‫سیگنال‬
‫های‬
،‫صوتی‬
‫ات‬ ‫مربع‬ ‫انگین‬ ‫می‬ ‫ریشه‬
‫ت‬ ‫اس‬
.
‫را‬ ‫زی‬
‫م‬ ‫مه‬
‫رین‬ ‫ت‬
‫ویژگی‬
‫یک‬
‫سیگنال‬
‫صوتی‬
‫مقدار‬
‫انرژی‬
‫آن‬
‫است‬
.
‫انرژی‬
‫ب‬ ‫متناس‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫دامنه‬
‫سیگنال‬
‫است‬
‫و‬
‫انگین‬ ‫می‬
‫وان‬ ‫ت‬
‫دوم‬
‫وتی‬ ‫ص‬ ‫یگنال‬ ‫س‬
‫از‬
‫درت‬ ‫ق‬
‫سیگنال‬
‫مناسب‬ ‫صوتی‬
‫تر‬
‫است‬
.
‫مربعات‬ ‫میانگین‬ ‫ریشه‬
‫به‬
‫صورت‬
‫رابطه‬
(
0
)
‫محاسبه‬
‫ی‬ ‫م‬
‫ود‬ ‫د‬
(
&
Mohammed, Rantatalo, Aidanpää,
Kumar, 2013
)
:
[
∑ ( ( ))
]
⁄
(
0
)
‫که‬
‫در‬
‫آن‬
x(n)
‫دامنه‬
‫نقاط‬
‫داده‬
‫و‬
N
‫تعداد‬
‫نقاط‬
‫داده‬
‫های‬
‫سیگنال‬
‫است‬
.
( ‫کشیدگی‬
kurtosis
)
‫کشیدگی‬
‫ه‬ ‫مجموع‬ ‫ک‬ ‫ی‬ ‫توزی‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫ه‬ ‫قل‬ ‫برجستگی‬ ‫میزان‬
‫داده‬
‫می‬ ‫مشخص‬
‫کند‬
.
‫در‬
، ‫واق‬
‫یدگی‬ ‫کش‬
‫زرگ‬ ‫ب‬
‫ر‬ ‫ت‬
‫ان‬ ‫نش‬
‫ی‬ ‫م‬
‫د‬ ‫ده‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫پالس‬
‫های‬
‫سیستم‬
‫بزرگ‬
‫تر‬
‫دارای‬
‫توالی‬
‫بزرگ‬
،‫تر‬
‫ر‬ ‫تیزت‬
‫و‬
‫ترده‬ ‫گس‬
‫ر‬ ‫ت‬
‫هستند‬
‫و‬
‫برای‬
‫تشخیص‬
‫عیو‬
‫ریزساختارها‬
‫استفاده‬
‫ی‬ ‫م‬
‫ود‬ ‫د‬
.
‫ود‬ ‫وج‬
‫عیو‬
‫ریز‬
‫در‬
‫یک‬
‫سازه‬
‫ث‬ ‫باع‬
‫زایش‬ ‫اف‬
‫ا‬ ‫اعوج‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫و‬
‫زایش‬ ‫اف‬
‫میزان‬
‫سیگنال‬
‫کشیدگی‬
‫می‬
‫دود‬
.
‫مقدار‬
‫کشیدگی‬
‫برای‬
‫سیگنال‬
x (n)
‫با‬
‫تعداد‬
N
،‫داده‬
‫ب‬
‫ه‬
‫صورت‬
‫رابط‬
‫ه‬
(
4
)
‫محاسبه‬
‫می‬
‫دود‬
(
Mohammed
et al., 2013
)
:
∑ ( )
[ ∑ ( ) ]
(
4
)
‫ممان‬
(
Momentum
)
‫این‬
‫فاکتور‬
‫مقدار‬
‫نرمال‬
‫دده‬
‫سیگنال‬
‫را‬
‫نسبت‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫انگین‬ ‫می‬
‫ان‬ ‫نش‬
‫می‬
‫دهد‬
‫و‬
‫عامل‬
‫مناسبی‬
‫برای‬
‫بررسی‬
‫وضعیت‬
‫ربه‬ ‫ض‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫ت‬ ‫اس‬
,
Moosavian
&
Khazaee, Ahmadi, Omid, Banakar,
(
2013)
( )
∑ ( ( )) ( ( )))
(
9
)
‫تحلیل‬
‫آماری‬
‫آزمون‬
‫برای‬
‫هر‬
‫نرخ‬
‫با‬
06
‫رار‬ ‫تک‬
‫ام‬ ‫انج‬
‫د‬ ‫د‬
‫و‬
‫در‬
‫و‬ ‫مجم‬
396
‫یگنال‬ ‫س‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫ت‬ ‫دس‬
‫د‬ ‫آم‬
.
‫ردازش‬ ‫پ‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫تفاده‬ ‫اس‬
‫از‬
‫رم‬ ‫ن‬
‫زار‬ ‫اف‬
MTLAB
‫انجام‬
‫دد‬
.
‫از‬
‫روش‬
‫ن‬ ‫دانک‬
‫رای‬ ‫ب‬
‫ه‬ ‫مقایس‬
‫انگین‬ ‫می‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫احتمال‬
3
%
‫و‬
4
%
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫برای‬
‫تجزیه‬
‫و‬
‫تحلیل‬
‫آماری‬
‫از‬
‫نرم‬
‫افزار‬
SPSS 18
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫نتایج‬
‫بحث‬ ‫و‬
‫داده‬ ،‫ابتدا‬ ‫در‬
‫ها‬
‫سیگنال‬ ‫دامل‬ ‫که‬ ‫سیگنال‬ ‫ی‬
‫وتی‬ ‫ص‬ ‫افی‬ ‫اض‬ ‫های‬
‫از‬ ‫نادی‬
‫جعبه‬ ‫و‬ ‫الکتروموتور‬ ،‫محیط‬ ‫صدای‬
‫ت‬ ‫اس‬ ‫ده‬ ‫دن‬
‫از‬ ‫تفاده‬ ‫اس‬ ‫ا‬ ‫ب‬
‫ف‬
‫ی‬
‫لتر‬
‫نرم‬ ‫موجک‬ ‫تبدیل‬ ‫در‬ ‫دیجیتالی‬ ‫های‬
،‫متلب‬ ‫افزار‬
‫ف‬
‫ی‬
‫ر‬ ‫لت‬
.‫دند‬ ‫د‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫روش‬ ‫این‬
‫مورر‬
‫سیگنال‬
‫استحصال‬ ‫صوتی‬ ‫های‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫از‬ ‫دده‬
‫دل‬ ‫ه‬ ‫ب‬
‫ی‬
‫ل‬
‫دستگاه‬ ‫و‬ ‫الکتروموتور‬ ،‫محیط‬ ‫صوتی‬ ‫نویزهای‬ ‫وجود‬
‫ف‬
‫ی‬
‫لتر‬
‫ا‬ ‫ت‬ ‫و‬ ‫دند‬ ‫د‬
‫سیگنال‬ ‫امکان‬ ‫حد‬
‫صو‬ ‫های‬
‫کل‬ ‫د‬ .‫دند‬ ‫د‬ ‫خالص‬ ‫خاک‬ ‫تی‬
0
‫ه‬ ‫مقایس‬
‫توز‬
‫ی‬
‫فرکانس‬
‫را‬ ‫فیلتر‬ ‫از‬ ‫بعد‬ ‫و‬ ‫قبل‬ ‫سیگنال‬ ‫دو‬
‫نشان‬
‫می‬
‫دهد‬
.
‫شکل‬
4
-
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫قبل‬
‫و‬
‫بعد‬
‫از‬
‫فیلتر‬
‫کردن‬
‫و‬
‫مقایسه‬
‫آن‬
‫ها‬
‫در‬
‫حوزه‬
‫زمان‬
Fig.4. Audio signals before and after filtering and comparing them in the time domain
‫در‬
‫دکل‬
4
‫از‬ ‫یکی‬ ،
‫سیگنال‬
‫ت‬ ‫برداد‬ ‫ای‬ ‫ه‬
‫ده‬ ‫د‬
‫ان‬ ‫زم‬ ‫وزه‬ ‫ح‬ ‫در‬
‫مربوط‬
‫به‬
‫سه‬
‫ه‬ ‫ب‬ ‫روط‬ ‫مخ‬ ‫زاویه‬ ‫نو‬ ‫سه‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫خاک‬ ‫نو‬
‫ه‬ ‫نمون‬ ‫وان‬ ‫عن‬
‫نشان‬
‫داده‬
‫دده‬
‫است‬
.

9. ،‫همکاران‬ ‫و‬ ‫آذر‬ ‫نصرالهی‬
‫امکان‬
‫استفاده‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫تعيين‬ ‫سنجی‬
‫ا‬
‫ز‬
‫سيگنال‬ ‫پردازش‬
‫صوتی‬ ‫هاي‬
...
015
‫شکل‬
5
-
‫نمونه‬
‫از‬ ‫ای‬
‫وضعیت‬
‫سیگنال‬
‫مخروط‬ ‫و‬ ‫رسی‬ ‫بافت‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫برای‬ ‫صوتی‬ ‫های‬
06
‫درجه‬
Fig.5. An example of acoustic signal condition for clay texture soil with a 60-degree cone
‫ان‬ ‫هم‬
‫کل‬ ‫د‬ ‫از‬ ‫ه‬ ‫ک‬ ‫ور‬ ‫ط‬
4
‫ی‬ ‫بررس‬ ‫ت‬ ‫اس‬ ‫خص‬ ‫مش‬
‫اهری‬ ‫ر‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫در‬
‫حوزه‬
‫زمان‬
‫اطال‬
‫عات‬
‫دی‬ ‫مفی‬
‫را‬
‫در‬
‫ه‬ ‫رابط‬
‫و‬ ‫ن‬
‫خاک‬
‫به‬ ‫مخروط‬ ‫نو‬ ‫و‬
‫دست‬
‫نمی‬
‫نمی‬ ‫و‬ ‫دهد‬
‫تواند‬
‫ارزیابی‬
‫ی‬ ‫دقیق‬
‫را‬
‫از‬
‫وضعیت‬
‫سیگنال‬
‫ها‬
‫انجام‬
‫دهد؛‬
‫بنابراین‬
‫برای‬
‫بررسی‬
‫دقیق‬
‫تر‬
‫عیت‬ ‫وض‬
‫سیگنال‬
‫از‬ ‫ها‬
‫تبدیل‬
‫برای‬ ‫موجک‬
‫تجزیه‬
‫آن‬
‫ها‬
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫دکل‬
0
‫زیرسیگنال‬ ‫از‬ ‫نمونه‬ ‫یک‬
‫های‬
deatails
‫و‬
approximate
‫برای‬
‫مخروط‬ ‫با‬ ‫رسی‬ ‫خاک‬
16
‫درجه‬
‫را‬
‫نشان‬
‫می‬
‫دهد‬
.
‫شکل‬
6
-
‫نمونه‬
‫از‬ ‫ای‬
‫سیگنال‬
‫تجزیه‬ ‫های‬
‫دده‬
‫جزئیات‬
(deatails)
‫و‬
‫تقریبات‬
(approximate)
‫مخروط‬ ‫با‬ ‫رس‬ ‫خاک‬
16
‫درجه‬
Fig.6. An example of the detailed and approximate sub-signals of clay with a 30-degree cone

10. 015
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫جلد‬ ،‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
‫مخروط‬ ‫بهترین‬ ‫انتخاب‬
‫در‬ ‫ی‬ ‫ویژگ‬ ‫ا‬ ‫انتخ‬ ‫مت‬ ‫قس‬ ‫از‬ ‫مخروط‬ ‫نو‬ ‫بهترین‬ ‫انتخا‬ ‫برای‬
‫نرم‬
‫افزار‬
WEKA
‫و‬ ‫د‬ ‫د‬ ‫استفاده‬
‫ان‬ ‫هم‬
‫ور‬ ‫ط‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫در‬
‫دول‬ ‫ج‬
1
‫ل‬ ‫قاب‬
‫مشاهده‬
‫است‬
‫ویژگی‬
‫های‬
‫اولویت‬
‫داده‬
‫دده‬
‫در‬
‫زیرسیگنال‬
‫های‬
d1
‫برای‬
‫مخروط‬
45°
،
d1
‫روط‬ ‫مخ‬ ‫رای‬ ‫ب‬
60°
،
d3
‫روط‬ ‫مخ‬ ‫رای‬ ‫ب‬
60°
‫و‬
a5
‫مخروط‬ ‫برای‬
45°
،
‫تعداد‬ ‫دارای‬
‫بیشتری‬
‫بود‬
‫و‬
‫می‬
‫توان‬
‫نتیجه‬
‫ت‬ ‫گرف‬
‫که‬
‫زیرسیگنال‬
d1
‫مخروط‬ ‫با‬
04
،‫درجه‬
‫قابلیت‬
‫بیشتری‬
‫برای‬
‫تفکیک‬
‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬
.‫دادت‬ ‫خواهد‬
‫جدول‬
3
-
‫نتایج‬
‫اولویت‬
‫بندی‬
‫ویژگی‬
‫های‬
‫زیرسیگنال‬
‫های‬
‫جزئیات‬
‫و‬
‫تقریبات‬
Table 3- The results of prioritizing the features under detail signals and proximates
‫اولویت‬
‫ویژگی‬ ‫بندی‬
‫ها‬
Prioritize features
‫مخروط‬ ‫زاویه‬
Cone type
‫زیرسیگنال‬
‫ها‬
Sub-Signal
Max
30°
d1 Sum- mean- var- moment4- RMS-kurt- max
45°
Sum- meanaby- moment4
60°
Max-Var
30°
d2 Sum
45°
max
60°
Max
30°
d3 Sum
45°
Max- kurt- moment4- moment6- CF
60°
Max
30°
d4 Max
45°
Max- moment4
60°
Max
30°
d5 Max
45°
Max- sum
60°
Max
30°
a5 Moment6- max/s- sum- mean
45°
M0ment6
60°
‫جدول‬
4
-
‫تجزیه‬ ‫نتایج‬
‫واریانس‬
‫ویژگی‬
‫های‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫صوتی‬
d1
‫برای‬
‫تفکیک‬
‫خاک‬ ‫بافت‬
Table 4- The results of variance analysis of acoustic signal characteristics d1 for soil texture separation
‫ویژگی‬
‫ها‬
Properties
‫خاک‬ ‫نوع‬
Soil type
‫میانگین‬
Mean
‫معیار‬ ‫انحراف‬
Standard deviation
‫مربعات‬ ‫مجموع‬
Sum of squares
‫آزمون‬
F
‫معنی‬ ‫سطح‬
‫داری‬
Sig.
‫مجمو‬
Sum
clay 16.403 1.107
145.271 22.141 0.001
loam 18.755 1.486
sand 23.2501 2.532
‫میانگین‬
Mean
clay 0.002909 0.000197
0.000 17.045 0.001
loam 0.003439 0.000389
sand 0.004123 0.000449
‫واریانس‬
VAR
clay 0.0000154 0.00000225
0.000 12.028 0.001
loam 0.00002072 0.0000055999
sand 0.00002998 0.000006724
‫با‬ ‫مرتبه‬ ‫ممان‬
MOMENT4
clay 0.00000000158 0.00000000099
0.000 3.356 0.050
loam 0.00000000253 0.00000000211
sand 0.000000004394 0.00000000238
‫مربعات‬ ‫میانگین‬ ‫ریشه‬
RMS
clay 101.00922 0.6671
46.584 19.061 0.010
loam 97.07258 0.9039
sand 99.19299 1.551
‫کشیدگی‬
Kurt
clay 6.8079 2.1825
5.571 2.247 0.050
loam 6.5549 1.6303
sand 5.0269 1.2829
‫ماکزیمم‬
Max
clay 0.0289 0.002393
0.003 6.868 0.010
loam 0.0549 0.01753
sand 0.0579 0.01876

11. ،‫همکاران‬ ‫و‬ ‫آذر‬ ‫نصرالهی‬
‫امکان‬
‫استفاده‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫تعيين‬ ‫سنجی‬
‫ا‬
‫ز‬
‫سيگنال‬ ‫پردازش‬
‫صوتی‬ ‫هاي‬
...
015
‫این‬ ،‫بنابراین‬
‫زیرسیگنال‬
‫ها‬
‫را‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫وان‬ ‫عن‬
‫یگنال‬ ‫زیرس‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫ورد‬ ‫م‬
‫بررسی‬
‫انتخا‬
‫و‬
‫از‬
‫تحلیل‬
‫زیرسیگنال‬ ‫بقیه‬
‫چشم‬ ‫ها‬
‫پودی‬
‫ا‬ ‫نهایت‬ ‫و‬ ‫دد‬
‫مخروط‬
‫به‬
.‫دد‬ ‫انتخا‬ ‫کار‬ ‫این‬ ‫برای‬ ‫مخروط‬ ‫بهترین‬ ‫عنوان‬
‫به‬
‫منظور‬
‫تشخیص‬
‫تفاوت‬
‫در‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫خاک‬ ‫بافت‬
‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫زیرسیگنال‬
،‫ها‬
‫از‬
‫هفت‬
‫ویژگی‬
، ‫مجمو‬
،‫ماکزیمم‬
،‫انگین‬ ‫می‬
،‫انس‬ ‫واری‬
‫کشید‬
‫گی‬
‫و‬
‫ممان‬
‫استفاده‬
‫دد‬
.
‫واریانس‬ ‫تجزیه‬ ‫مقایسه‬
‫این‬
‫ی‬ ‫ویژگ‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫در‬
‫سطح‬
‫احتمال‬
3
%
‫و‬
4
%
‫در‬
‫جدول‬
1
‫ارائه‬
‫دده‬
‫است‬
.
‫طبق‬
‫جدول‬
0
،
‫زیرسیگنال‬
‫های‬
‫جزییات‬
‫ا‬ ‫ب‬
‫ال‬ ‫احتم‬
3
%
‫و‬
4
‫ا‬ ‫ب‬ %
‫استفاده‬
‫از‬
‫ویژگی‬ ‫تمام‬
‫انتخا‬ ‫های‬
،‫دده‬
‫می‬
‫تواند‬
‫را‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫انوا‬
‫تشخیص‬
‫دهد‬
.
‫د‬ ‫خاک‬ ،‫ذرات‬ ‫اندازه‬ ‫نظر‬ ‫از‬
‫سبک‬ ‫و‬ ‫ردت‬
‫را‬
‫و‬ ‫نی‬ ‫د‬ ‫اک‬ ‫خ‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫سنگین‬ ‫و‬ ‫ریز‬
‫را‬
‫رسی‬ ‫خاک‬
‫می‬
‫گویند‬
‫لوم‬ ‫خاک‬ .
(loam)
‫ن‬ ‫ای‬ ‫ین‬ ‫ب‬ ‫ما‬
‫اس‬ ‫رس‬ ‫و‬ ‫یلت‬ ‫س‬ ‫و‬ ‫ن‬ ‫د‬ ‫از‬ ‫بی‬ ‫مناس‬ ‫وط‬ ‫مخل‬ ‫دارای‬ ‫و‬ ‫و‬ ‫ن‬ ‫دو‬
.‫ت‬
‫همان‬
‫جدول‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫طور‬
0
‫ویژگی‬ ‫میانگین‬ ‫مقادیر‬ ‫است‬ ‫مشاهده‬ ‫قابل‬
‫ها‬
‫ه‬ ‫ب‬ ‫خاک‬ ‫انوا‬ ‫در‬
‫ال‬ ‫احتم‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫نی‬ ‫د‬ ‫و‬ ‫ومی‬ ‫ل‬ ،‫ی‬ ‫رس‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫از‬ ‫ب‬ ‫ترتی‬
‫معنی‬
‫داری‬
3
‫و‬ %
4
‫نشان‬ ‫تغییرات‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫دارد‬ ‫افزایشی‬ ‫روندی‬ %
‫دهنده‬
‫سیگنال‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫این‬
‫های‬
‫صوتی‬
‫برای‬
‫خاک‬
‫ی‬ ‫رس‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫دارای‬
‫افتی‬ ‫ب‬
‫سنگین‬
‫و‬
‫ذرات‬
‫کوچکی‬
‫ا‬
،‫ست‬
‫حداقل‬ ‫دامنه‬ ‫دارای‬
‫و‬
‫برای‬
‫خاک‬
‫لومی‬
‫و‬
‫دنی‬
‫به‬
‫ترتیب‬
‫ب‬
‫ه‬
‫صورت‬
‫متوسط‬
‫و‬
‫حداکثر‬
‫مشاهده‬
‫دند‬ ‫د‬
.
‫ن‬ ‫ای‬
‫ر‬ ‫ام‬
‫باعث‬
‫کم‬
‫بودن‬
‫مقادیر‬
‫ویژگی‬
‫های‬
‫انتخا‬
‫ده‬ ‫د‬
‫و‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫تب‬
‫آن‬
‫ادیر‬ ‫مق‬
‫میانگین‬
‫و‬
‫واریانس‬
‫و‬
‫انحرا‬
‫معیار‬
‫برای‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫ی‬ ‫رس‬
‫د‬ ‫خواه‬
‫د‬ ‫د‬
‫و‬
‫برای‬
‫خاک‬
‫لومی‬
‫و‬
‫دنی‬
‫که‬
‫دارای‬
‫ذرات‬
‫به‬
‫ترتیب‬
‫بزرگ‬
‫ری‬ ‫ت‬
،‫تند‬ ‫هس‬
‫بیشتر‬
‫خواهد‬
‫دد‬
.
‫بدین‬
‫صورت‬
‫که‬
‫با‬
‫بزرگ‬
‫ددن‬
‫دازه‬ ‫ان‬
‫ذرات‬
،‫اک‬ ‫خ‬
‫برخورد‬
‫به‬
‫دیواره‬
‫مخروط‬
‫نگین‬ ‫س‬
‫ر‬ ‫ت‬
‫ده‬ ‫د‬
‫و‬
‫ه‬ ‫دامن‬ ‫و‬ ‫انس‬ ‫فرک‬ ‫روی‬
‫خواهد‬ ‫تاریر‬ ‫سیگنال‬
‫گذادت‬
‫که‬
‫باعث‬
‫افزایش‬
‫مقادیر‬
‫دامنه‬
‫سیگنال‬
‫و‬
‫در‬
‫نتیجه‬
‫افزایش‬
‫میانگین‬ ‫و‬ ‫مجمو‬ ،‫ماکزیمم‬
‫خواهد‬
‫دد‬
.
‫روند‬
‫مذکور‬
‫در‬
‫جریان‬
‫و‬ ‫اک‬ ‫خ‬ ‫اس‬ ‫تم‬ ‫و‬ ‫خاک‬ ‫داخل‬ ‫مخروط‬ ‫نفوذ‬
‫مخروط‬
‫و‬
‫سیگنال‬
‫صوتی‬ ‫های‬
‫به‬
‫دست‬
‫ده‬ ‫آم‬
‫از‬
‫آن‬
‫اریر‬ ‫ت‬
‫تقیمی‬ ‫مس‬
‫در‬
‫روند‬
‫تغییرات‬
‫ویژگی‬
‫دیگر‬ ‫های‬
‫نیز‬
‫خواهد‬
‫به‬ .‫دادت‬
‫طوری‬
‫که‬
‫در‬
‫ورد‬ ‫م‬
‫ویژگی‬
،‫واریانس‬
‫باید‬
‫گفت‬
‫که‬
‫در‬
‫رس‬ ‫خاک‬
،
‫پراکندگی‬
‫پایین‬ ‫سیگنال‬
‫بوده‬
‫و‬
‫با‬
‫دازه‬ ‫ان‬ ‫افزایش‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ذرات‬
،
‫دار‬ ‫مق‬
‫دگی‬ ‫پراکن‬
‫ز‬ ‫نی‬
‫زایش‬ ‫اف‬
‫می‬
.‫یابد‬
‫افزایش‬
‫کشیدگی‬
(kurt)
‫سیگنال‬
‫در‬
‫اک‬ ‫خ‬
‫ذرات‬ ‫دازه‬ ‫ان‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫ای‬ ‫ه‬
‫کوچک‬
‫احتما‬ ،‫تر‬
‫نشانگر‬
‫این‬
‫است‬
‫که‬
‫مقدار‬
‫اکسترمم‬
‫سیگنال‬ ‫های‬
‫در‬
‫حال‬
‫زیاد‬
‫ددن‬
‫است‬
‫که‬
‫موجب‬
‫نازک‬
‫ددن‬
‫قله‬
‫سیگنال‬
‫خواهد‬
‫ود‬ ‫ب‬
‫و‬
‫کاهش‬
‫کشیدگی‬
‫سیگنال‬
‫در‬
‫خاک‬
‫ذرات‬ ‫اندازه‬ ‫با‬ ‫های‬
‫بزرگ‬
‫انگر‬ ‫بی‬ ،‫تر‬
‫کاهش‬
‫مقادیر‬
‫اکسترمم‬
‫های‬
‫سیگنال‬
‫و‬
‫در‬
‫نتیجه‬
‫پهن‬
‫ددن‬
‫مجدد‬
‫قله‬
‫آن‬
‫خواهد‬
‫دد‬
.
‫مقدار‬
‫ممان‬
(moment)
‫سیگنال‬
‫خاک‬ ‫در‬
‫بزرگ‬ ‫ذرات‬ ‫با‬ ‫های‬
‫تر‬
‫به‬
‫دلیل‬
‫برخورد‬
‫ددیدتر‬
‫ذرات‬
‫با‬
،‫مخروط‬
‫افزایش‬
‫دادت‬
‫و‬
‫به‬
‫عبارت‬
‫دیگر‬
‫حالت‬
‫ضربه‬
‫ای‬
‫سیگنال‬
‫افزایش‬
‫پیدا‬
‫می‬
‫کند‬
‫و‬
‫خاک‬ ‫در‬
‫دازه‬ ‫ان‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫ای‬ ‫ه‬
‫کوچک‬
‫تر‬
‫به‬
‫علت‬
‫تراکم‬
‫ی‬ ‫با‬
‫ذرات‬
‫و‬
‫پیوسته‬ ‫برخورد‬
‫ذرات‬
‫با‬
‫واره‬ ‫دی‬
،‫مخروط‬
‫مقدار‬
‫آن‬
‫کاهش‬
‫پیدا‬
‫می‬
‫کند‬
.
‫نتیجه‬
‫گیری‬
‫در‬
‫این‬
،‫مطالعه‬
‫پتانسیل‬
‫ک‬ ‫تکنی‬
‫ل‬ ‫تحلی‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫وتی‬ ‫ص‬
‫رای‬ ‫ب‬
‫تعیین‬
‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬
‫مورد‬
‫ارزیابی‬
‫قرار‬
‫گرفت‬
.
‫یگنال‬ ‫س‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫وتی‬ ‫ص‬
‫سه‬
‫سه‬ ‫با‬ ‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬
‫مخروط‬
‫دامل‬
،‫ی‬ ‫رس‬ ‫خاک‬
‫ومی‬ ‫ل‬ ‫اک‬ ‫خ‬
‫و‬
‫مخروط‬ ‫زاویه‬ ‫سه‬ ‫با‬ ‫دنی‬ ‫خاک‬
16
،
04
‫و‬
06
‫درجه‬
‫توسط‬
‫ون‬ ‫میکروف‬
‫مخروط‬ ‫داخل‬ ‫دده‬ ‫جاگذاری‬
‫ها‬
‫اندازه‬
‫گیری‬
‫دد‬
.
‫تشخیص‬ ‫برای‬ ‫سپس‬
‫معنی‬ ‫اختال‬
‫بافت‬ ‫سیگنال‬ ‫بین‬ ‫دار‬
،‫خاک‬ ‫های‬
‫سیگنال‬
‫ها‬
‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫تبدیل‬
‫موجک‬
‫به‬
4
‫سیگنال‬
‫فرعی‬
‫تجزیه‬
‫ددند‬
‫برای‬ ‫و‬
‫زیر‬ ‫از‬ ‫کدام‬ ‫هر‬
‫سیگنال‬
‫ها‬
4
‫ویژگی‬
‫دامل‬
:
، ‫مجمو‬
،‫میانگین‬
،‫واریانس‬
‫میانگین‬ ‫ریشه‬
،‫مربعات‬
،‫کشیدگی‬
‫ماکزیمم‬
‫و‬
‫استخرا‬ ‫ممان‬
‫م‬ ‫ه‬ ‫ا‬ ‫ب‬ ‫و‬ ‫ده‬ ‫د‬
‫ه‬ ‫مقایس‬
‫ددند‬
.
‫نتایج‬
‫اصلی‬
‫کار‬
‫حاضر‬
‫را‬
‫می‬
‫توان‬
‫به‬
‫صورت‬
‫زیر‬
‫خالصه‬
‫کرد‬
:
3
.
‫در‬
‫بین‬
‫یگنال‬ ‫س‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫یگنال‬ ‫(زیرس‬ ‫ی‬ ‫فرع‬
،)‫ا‬ ‫ه‬
‫داکثر‬ ‫ح‬
‫ر‬ ‫ار‬
‫تغییرات‬
‫نو‬
‫خاک‬ ‫بافت‬
‫به‬
‫ترتیب‬
‫مربوط‬
‫به‬
‫یگنال‬ ‫س‬ ‫ر‬ ‫زی‬
d1
‫مخروط‬ ‫برای‬
04
‫یگنال‬ ‫س‬ ‫زیر‬ ،‫درجه‬
d1
‫روط‬ ‫مخ‬ ‫رای‬ ‫ب‬
06
‫سیگنال‬ ‫زیر‬ ،‫درجه‬
d3
‫مخروط‬ ‫برای‬
06
‫درجه‬
‫سیگنال‬ ‫زیر‬ ‫و‬
a5
‫مخروط‬ ‫برای‬
04
‫درجه‬
‫بود‬
‫و‬
‫این‬
‫سیگنال‬ ‫زیر‬
‫ها‬
‫یل‬ ‫پتانس‬
‫بیشتری‬
‫برای‬
‫دناسایی‬
‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬
‫دادتند‬
.
0
.
‫از‬
‫میان‬
‫ویژگی‬
،‫ها‬
‫ثریر‬ ‫ت‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫و‬ ‫ن‬
‫ر‬ ‫ب‬
‫ی‬ ‫ویژگ‬
‫ای‬ ‫ه‬
(
، ‫مجمو‬
،‫انگین‬ ‫می‬
‫انس‬ ‫واری‬
‫و‬
‫ات‬ ‫مربع‬ ‫انگین‬ ‫می‬ ‫ه‬ ‫ریش‬
)
‫در‬
‫زیرسیگنال‬
d1
‫مخروط‬ ‫برای‬
،
‫در‬
‫سطوح‬
‫احتمال‬
3
‫درصد‬
‫معنی‬
‫دار‬
‫بود‬
.
،‫بنابراین‬
‫این‬
‫ی‬ ‫ویژگ‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫در‬
‫یگنال‬ ‫زیرس‬
‫ذکور‬ ‫م‬
‫پتانسیل‬
‫بیشتری‬
‫رای‬ ‫ب‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬ ‫و‬ ‫ن‬ ‫خیص‬ ‫تش‬
‫د‬ ‫دارن‬
.
‫همچنین‬
‫تث‬
‫ریر‬
‫ر‬ ‫تغیی‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫ت‬ ‫باف‬
‫ر‬ ‫ب‬
‫ی‬ ‫ویژگ‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫و‬ ‫ان‬ ‫مم‬
‫کشیدگی‬
‫در‬
‫سطوح‬
‫احتمال‬
4
‫درصد‬
‫معنی‬
‫دار‬
‫بود‬
.
1
.
‫به‬
‫همه‬ ‫کشیدگی‬ ‫ویژگی‬ ‫جز‬
‫ویژگی‬
‫ها‬
‫با‬
‫زایش‬ ‫اف‬
‫ذرات‬ ‫دازه‬ ‫ان‬
‫به‬ ‫خاک‬
‫افزایش‬ ‫دن‬ ‫و‬ ‫لوم‬ ،‫رس‬ ‫ترتیب‬
‫ت‬ ‫یاف‬
‫ه‬ ‫ک‬
‫ه‬ ‫ب‬
‫ل‬ ‫دلی‬
‫تقویت‬
‫فرکانس‬
‫های‬
‫سیگنال‬
‫صوتی‬
‫و‬
‫افزایش‬
‫صدای‬
‫دریافتی‬
‫توسط‬
‫میکروفون‬
‫است‬
.
‫در‬
‫طول‬
‫سال‬
،‫ها‬
‫تکنیک‬
‫های‬
‫سنجش‬
‫مختلفی‬
‫برای‬
‫دازه‬ ‫ان‬
‫ری‬ ‫گی‬
‫خاک‬ ‫بافت‬ ‫نو‬
‫توسعه‬
‫و‬
‫نهاد‬ ‫پیش‬
‫ده‬ ‫د‬
‫د‬ ‫ان‬
.
‫ن‬ ‫ای‬
‫روش‬
‫ا‬ ‫ه‬
‫در‬
‫اربرد‬ ‫ک‬
‫صنعتی‬
‫محدود‬
،‫هستند‬
‫زیرا‬
‫یا‬
‫نسبت‬
‫به‬
‫تغییر‬
‫محیط‬
‫حساس‬
‫و‬ ‫هستند‬
‫یا‬
‫هزینه‬
‫بر‬
‫و‬
‫زمان‬
‫بر‬
‫هستند‬
.
،‫اما‬
‫تجزیه‬
‫و‬
‫تحلیل‬
‫سیگنال‬
‫ای‬ ‫ه‬
‫وتی‬ ‫ص‬
‫به‬
‫دلیل‬
‫مزایای‬
‫آن‬
‫مانند‬
‫ارتباط‬
‫فرکانس‬
‫بهینه‬
‫با‬
‫اندازه‬
،‫ذرات‬
‫ادگی‬ ‫س‬
،‫روش‬
‫استحکام‬
‫در‬
‫برابر‬
‫درایط‬
،‫ددوار‬
‫نصب‬
،‫آسان‬
‫ایش‬ ‫نم‬
،‫ن‬ ‫آنالی‬
‫هزینه‬
‫تجهیزات‬
‫و‬
‫نگهداری‬
،‫کم‬
‫ذا‬ ‫ج‬
‫ت‬ ‫اس‬
.
‫ین‬ ‫همچن‬
‫ایج‬ ‫نت‬
‫ن‬ ‫ای‬

12. 055
‫ماشين‬ ‫نشریه‬
‫جلد‬ ،‫کشاورزي‬ ‫هاي‬
31
‫شماره‬ ،
4
‫زمستان‬ ،
3441
‫مطالعه‬
‫عملکرد‬
‫این‬
‫تکنیک‬
‫را‬
‫نشان‬
‫داد‬
.
،‫ابراین‬ ‫بن‬
‫ک‬ ‫تکنی‬
‫ه‬ ‫تجزی‬
‫و‬
‫تحلیل‬
‫سیگنال‬
‫صوتی‬
‫پتانسیل‬
‫زیادی‬
‫برای‬
‫تشخیص‬
‫اک‬ ‫خ‬ ‫بافت‬ ‫نو‬
‫دارد‬
.
References
1. Anonymous. (2013). ASABE, S313.3 feb1999ed (r), Soil cone penetrometer. American Society of Agricultural
and Biological Engineers.
2. Chang, H. W., Chang, T. H., Nguyen, V. T., & Wang, C. W. (2010), Determination of interfaces in soil layers by
sound wave analysis with cone penetration tests. Journal of Marine Science and Technology, 18(5), 664-673.
https://doi.org/10.51400/2709-6998.1909
3. Grift, T., Tekeste, M., & Raper, R. (2005), Acoustic compaction layer detection. Transactions of the ASAE, 48(5),
1723-1730. https://doi.org/10.13031/2013.20006
4. Hemmat, A., Rahnama, T., & Vahabi, Z. (2014), A horizontal multiple-tip penetrometer for on-the-go soil
mechanical resistance and acoustic failure mode detection. Soil and Tillage Research, 138, 17-25.
https://doi.org/10.1016/j.still.2013.12.003
5. Houlsby, G. T., & Ruck, B. M. (1998). Interpretations of signals from an acoustic cone penetrometer. Site
Characterization: Geotechnical Site Characterization, 1075-1080.
6. Khazaee, M., Ahmadi, H., Omid, M., Banakar, A., & Moosavian, A. (2013), Feature-level fusion based on wavelet
transform and artificial neural network for fault diagnosis of planetary gearbox using acoustic and vibration
signals. Insight-NonDestructive Testing and Condition Monitoring, 55(6), 323-330.
https://doi.org/10.1784/insi.2012.55.6.323
7. Lei, U., He, Z., & Zi, Y. (2008). A new approach to intelligent fault diagnosis of rotating machinery. Expert
Systems with Applications, 35, 1593-1600. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2007.08.072
8. Meisami-asl, E., Shari, A., Mobli, H., Eyvani, A., & Alimardani, R. (2013). On-site measurement of soil moisture
content using an acoustic system. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 15(4), 1-8.
9. Mohammed, O. D., Rantatalo, M., Aidanpää, J. O., & Kumar, U. (2013). Vibration signal analysis for gear fault
diagnosis with various crack progression scenarios. Mechanical Systems and Signal Processing, 41, 176-195.
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2013.06.040
10. Naderi-Boldaji, M., Tekeste, M. Z., Nordstorm, R. A., Barnard, D. J., & Birrel, S. J. (2019). A mechanical-
dielectric- high frequency acoustic sensor fusion for soil physical characterization. Computer and Electronics in
Agriculture, 156, 10-23. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.11.006
11. Posadas, A. N. D., Giménez, D., Bittelli, M., Vaz, C. M. P., & Flury, M. (2001). Multifractal characterization of
soils particlesize distributions. Soil Science Society of America Journal, 65, 1361-1367.
https://doi.org/10.2136/sssaj2001.6551361x
12. Soman, K. P. (2010). Insight into wavelets: from theory to practice, PHI Learning Pvt. Ltd., Wavelets
(Mathematics).
13. Sun, Y., Druecker, H., Hartung, E., Hueging, H., Cheng, Q., Zeng, Q., Sheng, W., Lina, J., Roller, O., Paetzold, S.,
Schulze Lammers, P., (2011). Map-based investigation of soil physical conditions and crop yield using diverse
sensor techniques. Soil and Tillage Research, 112(2), 149-158. https://doi.org/10.1016/j.still.2010.12.002
14. Tate, B. L. (2016). Soil texture determination by an acoustic cone penetrometer method. Master thesis. University
of Illinois at Urbana-Champaign, USA.
15. Tringale, P. T. (1983). Soil identification in-situ using an acoustic cone penetrometer. Ph.D. dissertation,
University of California, Berkeley.
16. Zanardelli, W. G., Strangas, E., Khalil, H. K., & Miller, J. M. (2005). Wavelet-based methods for the prognosis of
mechanical and electrical failures in electric motors. Mechanical Systems and Processing Signal, 19(2), 411-426.
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2003.10.002