多年来,科研人员对土体水分测量的研究从来没有停止过,各种测量技术层出不穷。土体水分测定一般有以下几种方法,即卡尔费斯滴定法、称重法、电容法、电阻法、射线法、微波法、中子法、核磁共振法、TDR法、石膏法和红外遥感法等。这些方法在使用条件和应用场合上差异很大。比如:卡尔费斯滴定法、称重法等仅适用于实验室测定,而且费时较长;射线法、微波法、中子法、核磁共振法和红外遥感法价格昂贵,不适合在基层土壤含水量快速测定中应用。这些方法都具有以下特点:一是直接测量土壤的重量含水率和容积含水率,如烘干法、中子仪法、测量土壤传导性的各种方法等;二是通过测量土壤的基质势来实现,如张力仪法、电阻块法、干湿计法等。虽然已有数十种土壤水分快速测量方法,但现有的土壤水分快速测量方法都存在着这样或那样的缺陷,所以寻求一种精度高、可靠性强、快速性好、适合实时测量的土壤水分传感技术的工作就迫在眉睫。
基于介电法的土壤含水率测量的原理有时域(Time Domain Reflectometry,TDR)测量法、频域(Frequency Domain Reflectometry,FDR)测量法。TDR法可对土壤样品快速、连续、准确地测量,一般不需标定,操作简便,可做成手持式,在生产中由工作人员即时测量,也可通过导线远距离多点自动监测。TDR法最大的缺点是电路复杂,导致设备昂贵。FDR法测量土壤含水量的原理与TDR类似,传感器主要由一对电极(平行排列的金属棒或圆形金属环)组成一个电容,其间的土壤充当电介质,电容与振荡器组成一个调谐电路,振荡器工作频率f随土壤电容的增加而降低,电容C随土壤含水量的增加而增加,由此可知振荡器频率与土壤含水量呈非线性反比关系。FDR法几乎具有TDR法的所有优点,与TDR法相比,在电极的几何形状设计和工作频率的选取上有更大的自由度。大多数情况下,FDR法在低频(≤100MHz)工作,能够测定被土壤细颗粒束缚的水,这些水不能被工作频率超过250MHz的TDR法有效地测定。FDR法校准比TDR法更少、更省电、电缆长度限制少,可连续原位测定及无辐射等,在水分测定方法方面表现出更独特的优势,也不需要太多的专业知识去分析波形。而且FDR法的探头可与传统的数据采集器相连,从而实现自动连续监测。因此采用FDR法测量原理的土壤水分传感器更适合于实际生产的需求。(www.xing528.com)
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