TDR技术及其在土壤水分及土壤溶质测定方面的应用

测量土壤含水量有许多方法 ,称量法费时费力 ,不能原位重复测量 ,中子仪法测量土壤表层含水量时 ,特别是在低含水量测量时由于中子的泄漏而测不准确。时域反射仪 ( TDR)为表层土壤的精确测量提供了有效的手段 ( Nielson,1 995)。用 TDR测量土壤含水量由 Topp( 1 980 )首创 ,近 2 0年来 ,无论是在技术上还是应用上都得到了长足的发展。近年来 ,出于对植物营养需求及溶质输运的研究 ,特别是无机污染物迁移的研究的兴起 ,使得迅速测定土壤溶液的化学组成变得越来越重要。以往土壤溶液组成的测定是用真空陶土头抽提土壤水溶液进行分析 ( Rho…     

一种土壤水分传感器性能测试的方法及应用

针对目前土壤水分传感器室内标定时很难得到含水率均匀的土样,设计了一种试验装置和测试方法。通过一系列室内试验,对3种土壤水分传感器进行了测试和标定。结果证明,这种方法对于短探针土壤水分传感器的标定切实可用,同一种传感器在不同质地土壤中标定曲线不同,给出了3种传感器在砂土、壤土、粘土中的标定曲线,并分别从线性度、敏感度、稳定性等方面对3种土壤水分传感器进行了分析比较。     

时域反射仪（TDR）及其应用

时域反射仪（ＴＤＲ）是新发展起来的土壤含水量测定仪器。它以快速、方便、无需标定以及便于自动观测记录等优势特征受到广泛的关注。本文较为全面的介绍了时域反射仪的发展过程、工作原理、应用范围以及使用中要注意的问题。对帮助全面了解这一新的土壤含水量测定技术以及在实际工作中正确的使用这一先进技术促进科研工作进行都具有一定的意义。     

用TDR快速确定非饱和土中水分的入渗锋面

对低含水量土壤进行灌溉时在土壤中会形成水分的入渗锋面,垂直插入的ＴＤＲ信号可以在水分锋面形成二次反射。由ＴＤＲ（时域反射仪）测得的折合介电常数,平均含水量和锋面反射波三种方法来确定表土在非饱和灌溉条件下水分入渗锋面,与水分实际入渗距离进行对比分析表明用介电常数测得的锋面比用土壤水分计算结果准确,在初始入渗时,只有用锋面反射波方法计算的入渗深度才是可行的。     

国内外土壤水分监测技术

就近年来国内外出现的一些土壤水分监测技术和国外一些有别于传统的土壤水分监测技术进行了介绍，阐述了各自的工作原理、主要特点及应用特性，并予以评价和总结。目的是拓宽该技术领域，开阔人们的视野，并为各地因地制宜地选择采用土壤水分监测技术提供参考。     

T-TDR传感器热电偶结点位置优化试验

为提高T-TDR（Thermal-time domain reflectance）土壤水分传感器的测量准确度,优化传感器的结构参数,对比研究了热电偶结点嵌入位置和大小对T-TDR传感器热特性敏感度和测量精度的影响规律。设计热电偶结点分别在探针中点和中点下移2mm处的位置,通过点焊方式减小热电偶结点体积,制作出3种类型的T-TDR传感器及其测定系统。分别在砂土、砂质壤土、粘壤土的5种不同含水率条件下对3种传感器进行热特性试验,测定其热特性曲线并计算含水率,利用干燥法进行精度检验。结果表明,热电偶在中点位置下移2mm及采用点焊方式小结点的传感器对中间探针的辐射热量较其他两类传感器敏感,灵敏度也较高,含水量测定结果与干燥法测量值有较好的相关性（R 2 为0.981,RMSE为0.0152）,测量精度比传统结构参数的传感器有所提高。     

基于相位检测的高盐碱与高有机土壤水分传感器研究

为解决高盐碱土壤与高有机土壤水分实时检测难题,研究了一种基于相位检测的时域传输(TDT)型土壤水分检测方法,并对传感器的探头结构、测量频率进行了分析。通过试验分析可知:当探针直径为2 mm、两针间距为10 mm、针长120 mm、测量频率为100 MHz时,在砂壤土、粘壤土、盐碱土、高有机土中的测量误差分别为±0.87%、±0.95%、±2.20%、±1.94%,动态响应时间约为4ms左右,测量性能较好,满足实际测量需要。通过与国外设备TRIME(TDR)及国产设备BD-Ⅲ型土壤水分传感器的对比研究,得出测量频率100 MHz时的TDT型土壤水分传感器能够满足高盐碱土壤、高有机土壤水分实时检测的要求,具有良好的动态性能和稳定性,且技术难度较小、成本低,有着很好的研究和应用前景。     

TDR在土壤盐分测试中的试验研究

提供了用TDR土壤水分测试仪在测试土壤含水率的同时可测到土壤含盐总量的方法。以黄河上游宁夏惠农县典型的黄河淤积平原的主要质地土壤为基础。利用德国产TRIME-T3管式TDR土壤水分测量系统在测试田间土壤含水率时表示出的VOL和LEVEL值．经过与电导法测定的土壤含盐总量的拟合，得出它们与土壤含盐总量的函数关系。通过统计原理对该方程的检验．表明了方程的显著性和可用性。     

同轴电缆电磁波反射技术测试土体

从电磁波传播方程出发，基于时域有限差分法（FDTD）进行离散求解，获得了适合含水量测试同轴电缆电磁波反射系统的FDTD方程。在此基础上用Matlab编制了程序进行模拟计算，并与试验曲线进行比较。经研究发现，该方法对于含水量测试同轴电缆电磁波反射系统反射曲线的模拟，当测试对象为单一介质时符合良好，当测试对象为分层介质时有一定差距，但能较准确地模拟出曲线拐点从而可用于计算介质的介电常数，为模拟同轴电缆电磁波反射系统的反射曲线的反分析提供依据。     

基于时域传输原理的土壤水分测试仪研究

为利用时域测量技术实时、快速、准确地测量土壤水分,设计了一种低成本的基于时域传输(TDT)原理的土壤水分测试仪。仪器的探头采用末端封闭的回路结构,信号在探头上单程传输,通过测量电磁波在土壤介质中的传输时间测量出土壤的介电常数,再通过土壤标定方程得到土壤水分。时域传输仪由高频脉冲信号源、同轴传输线、U型回路结构探头、以TDC-GP2时间间隔测量芯片为核心的传输时间测量电路和以LPC2132 ARM微控制器为核心的控制电路组成。通过标准溶液测试和土壤测试试验,验证了双U型探头的测量结果好于单U型探头,仪器使用双U型探头测量传输时间的均方根误差为43.9 ps,测量介电常数的均方根误差为0.791,使用TOPP方程测量砂土土壤含水率的均方根误差为0.029 cm~3/cm~3,测量壤土土壤含水率的均方根误差为0.039 cm~3/cm~3。结果表明设计的时域传输土壤水分测试仪可以准确地测量土壤介电常数和土壤体积含水率。     

高低频双频激励土壤含水率传感器设计与试验

针对现有电容式土壤含水率传感器对电导率敏感等问题,从电阻电容串联阶跃响应原理出发,采用峰值检测技术,设计高低频（100、50 MHz）激励下的数字型土壤含水率传感器,并提供一种融合高低频响应信号分析土壤等效相对介电常数的反函数模型。试验结果表明,传感器的高低频响应稳定时间在338～464 ms,建议传感器高低频切换间隔大于500 ms。在非导电液体介质中标定结果表明,高低工作频率下各自输出信号与液体相对介电常数符合指数模型,决定系数R²大于0.98。在0～1 000μS/cm范围内的溶液试剂中,基于反函数模型的高低频数据融合处理,电导率引起的测量相对介电常数的最大误差为1.775,对应最大引用误差2.16%。土壤实测表明,单频率传感器输出信号易受土壤电导率的影响,其引起的信号误差可大于100 mV,对应的体积含水率误差大于10%;而双频输出信号经反函数模型的数据融合处理后,结合Topp模型,电导率对传感器的影响最大误差为3.2%。     

基于电容法的非接触式土壤水分传感器设计与性能分析

针对接触式土壤水分传感器存在对土体破坏大及使用安装、更换困难等问题,设计了一种基于电容法的非接触式土壤水分传感器。借助网络矢量分析仪对传感器环形探头在不同介电常数的有机溶液中进行测量,确定了传感器环形探头电容变化范围为7.08~22.75 p F。选取11种不同电容值高频瓷片分别与102 n H的绕线电感进行并联谐振试验,得到的测试结果与仿真结果的决定系数达到了0.98,检测电路的测量精度能够满足传感器的设计要求。以北京地区粘壤土作为测试样本,对传感器输出与对应的测量值进行了多项式拟合,决定系数达到了0.995 9,系统的稳态与动态性能均能满足土壤水分的检测要求。通过试验分析了温度对传感器输出的影响,将传感器输出结果与温度进行线性拟合,决定系数达到了0.987 9。进一步提出了能量指数Ka,通过试验的方式确定了传感器的纵向影响范围为10 cm,横向影响范围为5 cm。最后对比试验表明,所设计的土壤非接触式水分传感器与国外同类产品性能相当,能够满足土壤非接触式测量的要求,但具有更高的性价比,为同类产品的国产化奠定了基础。     

压实对土壤水分影响的试验研究

采用模拟机械压实土壤的方法进行5种载荷的土壤压实试验,测定不同深度处土壤水分的值,并与压前土壤水分进行了对比。结果表明:增大载荷和增加压实次数都会使土壤水分损失,最大可使水分损失23.1%;压实对一定的土壤层(25cm以内)的水分损失影响显著,并且模拟载荷在200kg以内对土壤的水分损失影响比较大。     

基于阻抗的土壤墒情检测传感器模型

介绍了一种基于阻抗模型设计的土壤墒情传感器,根据土壤的含水率会影响到其介电系数的基本原理,设计了传感器的模型。在理论推导的基础上,又通过仿真试验来验证其准确性,最终得到一种效果明显、数据准确、价格低廉的传感器。通过仿真试验检测,其误差可以控制在±1.4%以内。     

时域反射仪研究进展及在灌溉学科中应用

时域反射仪（ Ｔｉｍ ｅ Ｄｏｍ ａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏ ｍｅｔｒｙ） 或称为 Ｔ Ｄ Ｒ,是一种无辐射危害不损坏土壤结构,间接快速测试土壤或基质容积含水量和表面介电常数的先进仪器。本文就时域反射仪的原理、研究发展和在土壤学科研究中的应用等方面进行论述。