土壤水分测定仪的原理-时域反射

时域反射仪法（Time Domain Reflectometry，TDR）是一种出现于20世纪60年代末的介电特性测定方法。TDR原理为：由于土壤中水的介电常数远大于土壤中的固体颗粒和空气的介电常数，因此随土壤水分含量升高，土壤介电常数值增大，而沿波导棒的电磁波传播时间也随之延长。通过测定土壤中高频电磁脉冲沿波导棒的传播时间再计算出传播速度，进而就可以确定土壤含水量。由该方法获得的含水量是整个探针长度范围内的平均值，所以同一土体中埋置方式的不同可能会得到不同的结果。因此，在使用TDR时，应根据实验要求选择适宜的探针埋置方式。由于垂直分辨率高，该方法测定土壤表层的含水量比中子仪精度要高得多，加之具有快速、准确、安全无任何辐射、便于自动控制等特点，TDR法现受到极大的推崇。该法可以在原位连续测量，且测量范围广；它既可以做成轻巧的便携式进行田间即时测量，又可通过导线与计算机相连，完成远距离多点自动监测。测定精度要求较低时，TDR一般不需标定，但当误差要求很小时，需进行标定或校正。该仪器目前主要依赖进口，且价格相当昂贵，不适宜盐碱土测量，在测定时测点要埋多个探头。频域反射仪（Frequency Domain Reflectome-try，FDR）测量土壤含水量的原理与TDR类似。FDR是采用电磁脉冲的原理，根据电磁波在土壤中传播频率来测试土壤的介电常数（主要依赖于土壤的含水量），来得到土壤含水量。FDR的探头称为介电传感器，主要由1对电极（平行排列的金属棒或圆形金属环）组成1个电容，其间的土壤充当电介质，电容与振荡器组成一个调谐电路，频率信号通过特殊设计的传输线到达介电传感器，而振荡器频率与土壤含水量呈非线性反比关系。FDR使用扫频频率来检测共振频率（此时振幅最大），土壤含水量不同，发生共振的频率不同。有些仪器，如托普仪器生产的一些土壤水分测定仪就是采用FDR原理，传感器发射一定频率的电磁波，电磁波沿探针传输，到达底部后返回，检测探头输出电压，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。

土壤水分测定仪与便携式土壤水分温度速测仪最大的不同是其专业性，它利用时域反射原理，能够准确测定土壤水分的含量，其精确度可以达到绝对误差：≤2%；相对百分误差：≤3%。另外，土壤水分测定仪测试速度快，能够在短短的2秒钟内就显示结果，这也是同类产品中的佼佼者。