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土壤水分传感器的工作原理
发布时间:2020-06-23   点击次数:67次

土壤湿度传感器又名:土壤水分传感器、土壤墒情传感器、土壤含水量传感器,主要用来测量土壤容积含水量。做土壤墒情监测及农业灌溉和林业防护目前常用到的土壤湿度传感器有FDR型和TDR型,即频域型和时域型。目前比较流行的是FDR型, FDR频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器,它具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。

目前,国内外有很多种土壤水分测定方法,进而有不同的土壤水分传感器。比如:时域反射法(TDR),石膏法,红外遥感法,频域反射法/频域法(FDR/FD法),滴定法,电容法,电阻法,微波法,中子法,Karl Fischer法,Y射线法和核磁共振法等。下面我们介绍一下每种传感器的工作原理。

一、TDR法水分传感器

TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法,中文为时域反射仪。这种方法在国外应用相当普遍,国内才刚开始引进,各部门都相当重视。TDR是一个类似于雷达系统的系统,有较强的独立性,其结果与土壤类型、密度、温度基本无关。而且还有很重要的一点就是,TDR能在结冰下测定土壤水分,这是其他方法无法比拟的。另外,TDR能同时监测土壤水盐含量,且前后两次测量的结果几乎没有差别。这种测定方法的度可见一斑。

二、FDR和FD法水分传感器

因为TDR法设备昂贵,在80年代后期,许多公司(如AquaSPY,Sentek.Delta-T,Decagon)开始用比TDR更为简单的方法来测量土壤的介电常数,FDR和FD法不仅比TDR便宜,而且测量时间更短,在经过特定的土壤校准之后,测量精度高,而且探头的形状不受限制,可以多深度同时测量,数据采集实现较容易。

三、电阻法水分传感器:

电阻法利用石膏、尼龙、玻璃纤维等的电阻和它们的含水量有关。当把这些中间物加上电极放置在潮湿的土壤中,然后一段时间后,这些东西的含水量达到平衡。由于电阻和含水量间的关系,我们先前标定电阻和百分数间一定的对应关系,然后就可以通过这些组件,得到1~15大气压吸力范围内的水分读数。

四、中子散射(neutron scattering)法水分传感器

中子法适合测定野外土壤水分。它根据氢在急剧减低快中子的速度并把它们散射开的原则,现在市面上已经有测定土壤水分的中子水分计。中子水分计有很多方面的优点,但是对有机质土壤有相当的限制,而且它不适宜测定0-15cm的土壤水分含量。

五、Y射线法水分传感器

与中子仪类似,射线透射法利用放射源137Cs放射出个线,用探头接收个射线透过土体后的能量,与土壤水分含量换算得到。

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