TDR土壤水分测量系统介绍

　　土壤水分在计算作物需水量和反映土壤水分特性方面具有重要意义，目前测定土壤含水量的方法有称重法、中子法、张力计法、频域发射法（FDR）和频域发射法（TDR）等，随着人们对土壤水分测量要求的不断提高，精确、实时、连续及无人值守监测土壤水分动态的测量系统的使用越来越广泛，同时根据实际需求可选择固定式和便携式测量。

测量原理：

　　TDR（时域反射）基本原理是高频电磁波脉冲沿传输线在土壤中传播的速度依赖于土壤的介电常数，而介电常数主要受土壤水分含量支配，根据电磁波在介质中传播频率计算出土壤的介电常数，从而利用土壤介电常数和土壤体积含水量之间的经验关系计算出土壤含水量。

优点： 

· 测量简便，

· 测定速度快，精度高，

· 无放射性，适用于长期定位观测，

· 数据传输灵活，多种通讯方式可选

　　TDR100（时域反射）系统：可实时采集存储原始波形的研究级TDR测量仪器。

　　CSI的TDR测量系统由TDR100时域反射计，CR系列数据采集器、TDR探头、SDMX50系列多路连接器、PCTDR软件、Loggernet软件以及对应的供电、通讯等模块组成。数据采集器连接TDR100主机，实现全自动测量，一个SDM系列扩展板可接8个TDR土壤水分探头，SDM扩展和数采之间通过同轴缆来连接，SDM扩展板均配有专用机箱，可根据现场安装探头需求来灵活掌握位置，可有效节约土壤水分探头的线缆长度。用户可自定义设置，使其在测量土壤体积含水量和电导率的准确性和可靠性方面更加灵活。 

特点：

· 使用简便，低功耗，

· 无破坏，可进行长期的、实时土壤监测

· 土壤水分、电导率或反射波形的采集仅需2s

· 可同时测量512个TDR探针

· 运用PCTDR软件进行系统设置非常便利

TDR100反射计  　　

  TDR100时域反射计是Campbell TDR系统的核心，通过在同轴线缆系统中发射高频电磁脉冲来进行土壤水分的测量（TDR探头包含在同轴线缆系统中），随后对采集和数字化反射回来的波形进行分析和或存储，最后内置处理器根据传播的时间和返回脉冲信号的振幅信息快速而精确的获得土壤体积含水量、土壤容积电导率、岩体变形或用户特殊定义的时域测量。 

性能指标：

脉冲输出信号：250mv，50ohm

输出阻抗：50ohm ±1％

脉冲周期：14毫秒

波形采样：在给定时间内生成20至2048个波形

波形均值：1～128

能耗：静止状态，2mA；休眠状态，20mA；工作状态，270mA；

供电：9.6VDC～16VDC

工作温度：-40～55℃

SDMX50系列多路连接器：供电：12VDC；能耗：静止状态，<1mA；工作状态，90mA；

岩体变形测量应用：

　　TDR100可用于检测岩体变形，监测与山体滑坡、采矿及建筑活动相关的变形状况，同轴电缆置于钻孔内，并以砂浆填充同轴线缆与钻孔之间的空隙，以保证同轴电缆与周围土体或岩体同步变形。

　　TDR100激发的电磁脉冲沿同轴电缆向深处传播，滑坡土体或岩体的位移和变形将使同轴电缆产生局部剪切、拉伸变形，从而引起同轴电缆局部特性阻抗的改变，电磁波将在这些区域发生反射，并反应于反射信号中，根据反射信号的返回时间及后射系数大小便可确定埋置于土体中的同轴电缆变形的位置以及变形量的大小，从而得到滑动面的位置及位移。

　　TDR系统可以将CR系列数据采集器与一个TDR100反射计一起安装在野外防护机箱内，数采使用指令控制电缆测试仪的工作；只在测量时供电，大大降低了电源需求，数采数字化存储电缆测试系列的波形数据，可实现无人值守工作。

土壤水分测量应用：

一个CSI数据采集器可最多同时连接并控制16个TDR100时域反射计，从而实现大范围的组网测量。该TDR系统包括多种类型的土壤探头，用户可根据测量深度、土壤类型等的不同需要选择不同类型的探头。一套TDR系统可最多连接512个TDR土壤水分探头。

PCTDR软件能够提供系统控制、对监测数据的处理和故障诊断等功能。

TDR土壤水分探头：

　　由三根探针和一个托体组成，可在恶劣环境中使用。探针电阻随着土壤介电常数的变化而变化。由于土壤介电常数由当前含水量而决定，因此通过反射测 量法就可以推断出土壤的体积含水量。土壤电导率由应用脉冲的变化决定。多个类型的传感器的主要区别在：适用土壤类型以及电缆长度，主要参数见下表。