土壤温湿度传感器监测土壤水分的工作原理

土壤是人类赖以生存的自然资源之一，是植物生长发育的基础，土壤环境状态与人类社会的生存与繁衍息息相关。除水培植物之外，土壤水份是植物吸收水分的主要来源，土壤各类肥料的溶解和吸收，有机物的分解、转化也和土壤水分的含量有着紧密的关系。

土壤水分的衡量标准为土壤含水率，即水分重量占土壤重量的百分比。测定土壤含水量，掌握作物对水的需要情况，对农业生产有着重要的意义。目前测量土壤水分的方法有烘干称重法、张力计法、电阻法、中子法、r-射线法、驻波比法、光学法、时域反射法（TDR）与高频振荡法（FDR）等。其中比较常用而且简单的方法为烘干法、电阻法。

烘干法：

烘干法是测定土壤水分极为普遍的方法，也是标准方法。具体为：从野外获取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的标准为前后两次称重恒定不变。烘干后失去的水分即为土壤的水分含量。计算公式为土壤含水量=W/M*100%，M为烘干前的土壤重量，W为土壤水分的重量，即M与烘干后土壤重量M’的差值。

电阻法：

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。

采用烘干法测量出的数值准确，但存在实时性差这一缺点。如果我们想要快速测量的话，可以考虑土壤温湿度传感器，土壤温湿度传感器有时域反射法（TDR）或者高频振荡法（FDR）两种监测原理，能够实时提供较为准确的土壤水分含量。

TDR法：

TDR的中文名称为时域反射法，是上个世纪八十年代发展起来的一种土壤水分测量定方法。这种方法在国外应用非常普遍，在国内的话近几年才刚刚引入，不过在引入之后就立刻被各部门重视起来。TDR时域发射是一种快速监测土壤水分的常见方式，其原理是在一条不匹配的传输线上的波形会发生发射，传输线上任何一点的波形都是原有波形和发射波形的叠加。TDR原理的设备响应时间约为10-20秒，适合移动测量和定点监测。

TDR具有较强的独立性，其结果基本不受土壤类型、密度、温度等环境因素影响。除此之外还有重要的一点就是：TDR能在结冰下测定土壤水分，这是其他方法*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。这种测定方法的准确度可见一斑。

FDR法：

FDR法的中文名称为高频振荡法，FDR的诞生时间稍晚于TDR。起初是因为TDR设备造价昂贵，国外AquaSPY、Sentek等公司为了寻求比TDR更为简单的方法来测量土壤的介电常数，从而研究出了FDR；FDR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。

FDR法采用了电磁脉冲的工作原理，根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤容积含水量。

土壤水分监测现如今不仅仅是应用于农业土壤水分检测，许多工程建筑如铁路、公路、水电站、渠道、房屋等，土壤水分状况也是*的资料。当我们需要准确的数据并且时间充足的话，可以选择传统的烘干法。如果想要实时了解土壤水分的话，可以选择土壤水分传感器（TDR/FDR）。