土壤溫濕度傳感器監(jiān)測土壤水分的工作原理

土壤是人類賴以生存的自然資源之一，是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，土壤環(huán)境狀態(tài)與人類社會的生存與繁衍息息相關(guān)。除水培植物之外，土壤水份是植物吸收水分的主要來源，土壤各類肥料的溶解和吸收，有機物的分解、轉(zhuǎn)化也和土壤水分的含量有著緊密的關(guān)系。

土壤水分的衡量標(biāo)準為土壤含水率，即水分重量占土壤重量的百分比。測定土壤含水量，掌握作物對水的需要情況，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。目前測量土壤水分的方法有烘干稱重法、張力計法、電阻法、中子法、r-射線法、駐波比法、光學(xué)法、時域反射法（TDR）與高頻振蕩法（FDR）等。其中比較常用而且簡單的方法為烘干法、電阻法。

烘干法：

烘干法是測定土壤水分極為普遍的方法，也是標(biāo)準方法。具體為：從野外獲取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的標(biāo)準為前后兩次稱重恒定不變。烘干后失去的水分即為土壤的水分含量。計算公式為土壤含水量=W/M*100%，M為烘干前的土壤重量，W為土壤水分的重量，即M與烘干后土壤重量M’的差值。

電阻法：

電阻法利用石膏、尼龍、玻璃纖維等的電阻和它們的含水量有關(guān)。當(dāng)把這些中間物加上電極放置在潮濕的土壤中，然后一段時間后，這些東西的含水量達到平衡。由于電阻和含水量間的關(guān)系，我們先前標(biāo)定電阻和百分數(shù)間一定的對應(yīng)關(guān)系，然后就可以通過這些組件，得到1~15大氣壓吸力范圍內(nèi)的水分讀數(shù)。

采用烘干法測量出的數(shù)值準確，但存在實時性差這一缺點。如果我們想要快速測量的話，可以考慮土壤溫濕度傳感器，土壤溫濕度傳感器有時域反射法（TDR）或者高頻振蕩法（FDR）兩種監(jiān)測原理，能夠?qū)崟r提供較為準確的土壤水分含量。

TDR法：

TDR的中文名稱為時域反射法，是上個世紀八十年代發(fā)展起來的一種土壤水分測量定方法。這種方法在國外應(yīng)用非常普遍，在國內(nèi)的話近幾年才剛剛引入，不過在引入之后就立刻被各部門重視起來。TDR時域發(fā)射是一種快速監(jiān)測土壤水分的常見方式，其原理是在一條不匹配的傳輸線上的波形會發(fā)生發(fā)射，傳輸線上任何一點的波形都是原有波形和發(fā)射波形的疊加。TDR原理的設(shè)備響應(yīng)時間約為10-20秒，適合移動測量和定點監(jiān)測。

TDR具有較強的獨立性，其結(jié)果基本不受土壤類型、密度、溫度等環(huán)境因素影響。除此之外還有重要的一點就是：TDR能在結(jié)冰下測定土壤水分，這是其他方法*的。另外，TDR能同時監(jiān)測土壤水鹽含量，且前后兩次測量的結(jié)果幾乎沒有差別。這種測定方法的準確度可見一斑。

FDR法：

FDR法的中文名稱為高頻振蕩法，F(xiàn)DR的誕生時間稍晚于TDR。起初是因為TDR設(shè)備造價昂貴，國外AquaSPY、Sentek等公司為了尋求比TDR更為簡單的方法來測量土壤的介電常數(shù)，從而研究出了FDR；FDR不僅比TDR便宜，而且測量時間更短，在經(jīng)過特定的土壤校準之后，測量精度高，而且探頭的形狀不受限制，可以多深度同時測量，數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)較容易。

FDR法采用了電磁脈沖的工作原理，根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數(shù)，從而得到土壤容積含水量。

土壤水分監(jiān)測現(xiàn)如今不僅僅是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤水分檢測，許多工程建筑如鐵路、公路、水電站、渠道、房屋等，土壤水分狀況也是*的資料。當(dāng)我們需要準確的數(shù)據(jù)并且時間充足的話，可以選擇傳統(tǒng)的烘干法。如果想要實時了解土壤水分的話，可以選擇土壤水分傳感器（TDR/FDR）。