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土壤溫濕度傳感器工作原理有哪些？

2021.5.03

　　土壤是人類(lèi)賴(lài)以生存的自然資源之一，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，土壤環(huán)境狀態(tài)與人類(lèi)社會(huì)的生存與繁衍息息相關(guān)。除水培植物之外，土壤水份是植物吸收水分的主要來(lái)源，土壤各類(lèi)肥料的溶解和吸收，有機(jī)物的分解、轉(zhuǎn)化也和土壤水分的含量有著緊密的關(guān)系。

　　土壤水分的衡量標(biāo)準(zhǔn)為土壤含水率，即水分重量占土壤重量的百分比。測(cè)定土壤含水量，掌握作物對(duì)水的需要情況，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。目前測(cè)量土壤水分的方法有烘干稱(chēng)重法、張力計(jì)法、電阻法、中子法、r-射線法、駐波比法、光學(xué)法、時(shí)域反射法（TDR）與高頻振蕩法（FDR）等。其中比較常用而且簡(jiǎn)單的方法為烘干法、電阻法。

　　烘干法：

　　烘干法是測(cè)定土壤水分極為普遍的方法，也是標(biāo)準(zhǔn)方法。具體為：從野外獲取一定量的土壤，然后放到105℃的烘箱中，等待烘干。其中烘干的標(biāo)準(zhǔn)為前后兩次稱(chēng)重恒定不變。烘干后失去的水分即為土壤的水分含量。計(jì)算公式為土壤含水量=W/M*100%，M為烘干前的土壤重量，W為土壤水分的重量，即M與烘干后土壤重量M’的差值。

　　電阻法：

　　電阻法利用石膏、尼龍、玻璃纖維等的電阻和它們的含水量有關(guān)。當(dāng)把這些中間物加上電極放置在潮濕的土壤中，然后一段時(shí)間后，這些東西的含水量達(dá)到平衡。由于電阻和含水量間的關(guān)系，我們先前標(biāo)定電阻和百分?jǐn)?shù)間一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后就可以通過(guò)這些組件，得到1~15大氣壓吸力范圍內(nèi)的水分讀數(shù)。

　　采用烘干法測(cè)量出的數(shù)值精準(zhǔn)，但存在實(shí)時(shí)性差這一缺點(diǎn)。如果我們想要快速測(cè)量的話(huà)，可以考慮土壤溫濕度傳感器，土壤溫濕度傳感器有時(shí)域反射法（TDR）或者高頻振蕩法（FDR）兩種監(jiān)測(cè)原理，能夠?qū)崟r(shí)提供較為準(zhǔn)確的土壤水分含量。

　　TDR法：

　　TDR的中文名稱(chēng)為時(shí)域反射法，是上個(gè)世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的一種土壤水分測(cè)量定方法。這種方法在國(guó)外應(yīng)用非常普遍，在國(guó)內(nèi)的話(huà)近幾年才剛剛引入，不過(guò)在引入之后就立刻被各部門(mén)重視起來(lái)。TDR時(shí)域發(fā)射是一種快速監(jiān)測(cè)土壤水分的常見(jiàn)方式，其原理是在一條不匹配的傳輸線上的波形會(huì)發(fā)生發(fā)射，傳輸線上任何一點(diǎn)的波形都是原有波形和發(fā)射波形的疊加。TDR原理的設(shè)備響應(yīng)時(shí)間約為10-20秒，適合移動(dòng)測(cè)量和定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

　　TDR具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，其結(jié)果基本不受土壤類(lèi)型、密度、溫度等環(huán)境因素影響。除此之外還有重要的一點(diǎn)就是：TDR能在結(jié)冰下測(cè)定土壤水分，這是其他方法無(wú)法比擬的。另外，TDR能同時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水鹽含量，且前后兩次測(cè)量的結(jié)果幾乎沒(méi)有差別。這種測(cè)定方法的精確度可見(jiàn)一斑。

　　FDR法：

　　FDR法的中文名稱(chēng)為高頻振蕩法，F(xiàn)DR的誕生時(shí)間稍晚于TDR。起初是因?yàn)門(mén)DR設(shè)備造價(jià)昂貴，國(guó)外AquaSPY、Sentek等公司為了尋求比TDR更為簡(jiǎn)單的方法來(lái)測(cè)量土壤的介電常數(shù)，從而研究出了FDR；FDR不僅比TDR便宜，而且測(cè)量時(shí)間更短，在經(jīng)過(guò)特定的土壤校準(zhǔn)之后，測(cè)量精度高，而且探頭的形狀不受限制，可以多深度同時(shí)測(cè)量，數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)較容易。

　　FDR法采用了電磁脈沖的工作原理，根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來(lái)測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù)，從而得到土壤容積含水量。

　　土壤水分監(jiān)測(cè)現(xiàn)如今不僅僅是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤水分檢測(cè)，許多工程建筑如鐵路、公路、水電站、渠道、房屋等，土壤水分狀況也是必不可少的資料。當(dāng)我們需要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)并且時(shí)間充足的話(huà)，可以選擇傳統(tǒng)的烘干法。如果想要實(shí)時(shí)了解土壤水分的話(huà)，可以選擇土壤水分傳感器（TDR/FDR）。

濕度傳感器

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