On-the-go sensor with embedded load cells for measuring soil mechanical resistance

Abstract

La compactación de los suelos agrícolas es un fenómeno que afecta el normal desarrollo de las raíces de los cultivos y consecuentemente su posterior rendimiento. Por lo tanto, disponer de la información del estado de compactación del suelo será relevante en un futuro en lo que respecta a la agricultura de precisión. La información usual recolectada en campo relacionada con la compactación del suelo es el índice de cono (CI), obtenido mediante el uso del penetrómetro. Sin embargo, la obtención de dicha información con una alta resolución espacial a partir del penetrómetro resulta ineficiente y altamente costosa. Atendiendo a esta dificultad, se han desarrollado sensores on-the-go, cuya principal característica es su capacidad de registrar de manera continua la resistencia mecánica del suelo, con una alta resolución espacial tanto en el plano horizontal como en el vertical. Dicha característica reduce de manera significativa los tiempos y los costos de adquisición de la información de la resistencia mecánica del suelo, por la cual a partir de la misma se estima el estado de compactación del suelo. En este trabajo se presenta un sensor para medir de forma continua la resistencia mecánica del suelo en tres profundidades diferentes del suelo. En este dispositivo se utilizan celdas de cargas embebidas en el propio seno de dicho sensor promoviendo así un desempeño robusto y con una alta sensibilidad. El prototipo de este sensor fue en primera instancia evaluado y calibrado en laboratorio, para luego finalmente evaluar su desempeño en pruebas a campo. La resistencia mecánica horizontal del suelo en los tres intervalos de profundidad relevados por dicho sensor ha sido correlacionada con el índice de cono (CI) obtenido mediante un penetrómetro, mostrando que resulta factible la utilización de la información relevada por este sensor en la estimación del estado de compactación del suelo.

Soil compaction is an important degradation phenomenon that can affect root growth, and consequently crop yield. Therefore it becomes relevant to have soil compaction data for future improvements on precision agriculture management. A traditional on-the-field data related to soil compaction is cone index obtained using a penetrometer; however, this methodology is time consuming for a high density data. Therefore, on-the-go sensors have been developed to continually estimate the variable of interest. This work proposes an on-the-go sensor to estimate the soil horizontal resistance at different depths. The main design concept is based on embedded load cells at three different depths, resulting in a robust sensor with high sensitivity. The prototype was first tested and calibrated in laboratory, and then, it was tested in the field. The calculated horizontal resistance index (HRI) at the three depths was correlated with the cone index (CI) using a cone penetrometer, showing that this sensor can replace the penetrometer data, allowing the possibility of taking continuous data on the field.