土壤水分測(cè)量系統(tǒng)

土壤水分在計(jì)算作物需水量和反映土壤水分特性方面具有重要意義，目前測(cè)定土壤含水量的方法有稱重法、中子法、張力計(jì)法、頻域發(fā)射法（FDR）和頻域發(fā)射法（TDR）等，隨著人們對(duì)土壤水分測(cè)量要求的不斷提高，、實(shí)時(shí)、連續(xù)及無(wú)人值守監(jiān)測(cè)土壤水分動(dòng)態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)的使用越來(lái)越廣泛，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需求可選擇固定式和便攜式測(cè)量。

測(cè)量原理：

　　TDR（時(shí)域反射）基本原理是高頻電磁波脈沖沿傳輸線在土壤中傳播的速度依賴于土壤的介電常數(shù)，而介電常數(shù)主要受土壤水分含量支配，根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率計(jì)算出土壤的介電常數(shù)，從而利用土壤介電常數(shù)和土壤體積含水量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系計(jì)算出土壤含水量。

優(yōu)點(diǎn)： 

· 測(cè)量簡(jiǎn)便，

· 測(cè)定速度快，高，

· 無(wú)放射性，適用于長(zhǎng)期定位觀測(cè)，

· 數(shù)據(jù)傳輸靈活，多種通訊方式可選

　　TDR100（時(shí)域反射）系統(tǒng)：可實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)原始波形的研究級(jí)TDR測(cè)量?jī)x器。

　　CSI的TDR測(cè)量系統(tǒng)由TDR100時(shí)域反射計(jì)，CR系列數(shù)據(jù)采集器、TDR探頭、SDMX50系列多路連接器、PCTDR軟件、Loggernet軟件以及對(duì)應(yīng)的供電、通訊等模塊組成。數(shù)據(jù)采集器連接TDR100主機(jī)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)量，一個(gè)SDM系列擴(kuò)展板可接8個(gè)TDR土壤水分探頭，SDM擴(kuò)展和數(shù)采之間通過(guò)同軸纜來(lái)連接，SDM擴(kuò)展板均配有專用機(jī)箱，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝探頭需求來(lái)靈活掌握位置，可有效節(jié)約土壤水分探頭的線纜長(zhǎng)度。用戶可自定義設(shè)置，使其在測(cè)量土壤體積含水量和電導(dǎo)率的準(zhǔn)確性和可靠性方面更加靈活。 

特點(diǎn)：

· 使用簡(jiǎn)便，低功耗，性能卓越

· 無(wú)破壞，可進(jìn)行長(zhǎng)期的、實(shí)時(shí)土壤監(jiān)測(cè)

· 土壤水分、電導(dǎo)率或反射波形的采集僅需2s

· 可同時(shí)測(cè)量512個(gè)TDR探針

· 運(yùn)用PCTDR軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置非常便利

TDR100反射計(jì)  　　

  TDR100時(shí)域反射計(jì)是Campbell TDR系統(tǒng)的，通過(guò)在同軸線纜系統(tǒng)中發(fā)射高頻電磁脈沖來(lái)進(jìn)行土壤水分的測(cè)量（TDR探頭包含在同軸線纜系統(tǒng)中），隨后對(duì)采集和數(shù)字化反射回來(lái)的波形進(jìn)行分析和或存儲(chǔ)，后內(nèi)置處理器根據(jù)傳播的時(shí)間和返回脈沖信號(hào)的振幅信息快速而的獲得土壤體積含水量、土壤容積電導(dǎo)率、巖體變形或用戶特殊定義的時(shí)域測(cè)量。 

性能指標(biāo)：

脈沖輸出信號(hào)：250mv，50ohm

輸出阻抗：50ohm ±1％

脈沖周期：14毫秒

波形采樣：在給定時(shí)間內(nèi)生成20至2048個(gè)波形

波形均值：1～128

能耗：靜止?fàn)顟B(tài)，2mA；休眠狀態(tài)，20mA；工作狀態(tài)，270mA；

供電：9.6VDC～16VDC

工作溫度：-40～55℃

SDMX50系列多路連接器：供電：12VDC；能耗：靜止?fàn)顟B(tài)，<1mA；工作狀態(tài)，90mA；

巖體變形測(cè)量應(yīng)用：

　　TDR100可用于檢測(cè)巖體變形，監(jiān)測(cè)與山體滑坡、采礦及建筑活動(dòng)相關(guān)的變形狀況，同軸電纜置于鉆孔內(nèi)，并以砂漿填充同軸線纜與鉆孔之間的空隙，以保證同軸電纜與周圍土體或巖體同步變形。

　　TDR100激發(fā)的電磁脈沖沿同軸電纜向深處傳播，滑坡土體或巖體的位移和變形將使同軸電纜產(chǎn)生局部剪切、拉伸變形，從而引起同軸電纜局部特性阻抗的改變，電磁波將在這些區(qū)域發(fā)生反射，并反應(yīng)于反射信號(hào)中，根據(jù)反射信號(hào)的返回時(shí)間及后射系數(shù)大小便可確定埋置于土體中的同軸電纜變形的位置以及變形量的大小，從而得到滑動(dòng)面的位置及位移。

　　TDR系統(tǒng)可以將CR系列數(shù)據(jù)采集器與一個(gè)TDR100反射計(jì)一起安裝在野外防護(hù)機(jī)箱內(nèi)，數(shù)采使用指令控制電纜測(cè)試儀的工作；只在測(cè)量時(shí)供電，大大降低了電源需求，數(shù)采數(shù)字化存儲(chǔ)電纜測(cè)試系列的波形數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守工作。

土壤水分測(cè)量應(yīng)用：

一個(gè)CSI數(shù)據(jù)采集器可多同時(shí)連接并控制16個(gè)TDR100時(shí)域反射計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)大范圍的組網(wǎng)測(cè)量。該TDR系統(tǒng)包括多種類型的土壤探頭，用戶可根據(jù)測(cè)量深度、土壤類型等的不同需要選擇不同類型的探頭。一套TDR系統(tǒng)可多連接512個(gè)TDR土壤水分探頭。

PCTDR軟件能夠提供系統(tǒng)控制、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和故障診斷等功能。

TDR土壤水分探頭：

　　由三根探針和一個(gè)托體組成，可在惡劣環(huán)境中使用。探針電阻隨著土壤介電常數(shù)的變化而變化。由于土壤介電常數(shù)由當(dāng)前含水量而決定，因此通過(guò)反射測(cè) 量法就可以推斷出土壤的體積含水量。土壤電導(dǎo)率由應(yīng)用脈沖的變化決定。多個(gè)類型的傳感器的主要區(qū)別在：適用土壤類型以及電纜長(zhǎng)度，主要參數(shù)見(jiàn)下表。