土壤水分記錄儀測量技術
我國土壤干旱背景
我國地域廣大，南方天氣潮濕，但是北方干燥，在北方多地我國受旱面積較大，多年來的干旱給我過經濟帶來了巨大的損失，南水北調工程工程浩大，加上落實實地還需長久的時間，如何利用先進的儀器設備加強土壤墑情及時準確的監測具有十分重要的意義。為此，本文講解土壤水分記錄儀及土壤水分測定儀的介紹，這(zhe)些儀(yi)器(qi)能夠(gou)迅(xun)速準確監(jian)測(ce)突然(ran)那個水(shui)分(fen)狀況，并且(qie)可以集合氣象、環境(jing)等因素分(fen)析（通過溫(wen)濕度(du)記錄儀(yi)、溫(wen)度(du)記錄儀(yi)、溫(wen)濕光三參(can)數記錄儀(yi)、照度(du)記錄儀(yi)等環境(jing)監(jian)測(ce)儀(yi)器(qi)測(ce)量環境(jing)參(can)數得到），可以為旱情測(ce)報及抗旱救災工作提供科學依據(ju)。
土壤水分測量技術
土壤(rang)水(shui)分含(han)測量(liang)方法(fa)(fa)在國內(nei)外(wai)比(bi)較普遍用(yong)(yong)的較多的是：時域反射法(fa)(fa)（TDR）與(yu)實域傳(chuan)播法(fa)(fa)（TDT）。這兩(liang)種方法(fa)(fa)可(ke)以(yi)快速(su)實時測量(liang)土壤(rang)水(shui)分狀況，與(yu)其他土壤(rang)水(shui)分含(han)量(liang)測量(liang)方法(fa)(fa)相(xiang)比(bi)，在測量(liang)的實時性(xing)和(he)精(jing)度(du)都有優勢，使用(yong)(yong)操作更加靈活，還(huan)可(ke)以(yi)適(shi)用(yong)(yong)于不同類型的土壤(rang)環(huan)境。
TDR土壤水分測量技術原理
TDR全稱時域反射法(fa)(Time Domain Reflectometry)，是根據(ju)電(dian)磁(ci)波(bo)在介(jie)質中的(de)(de)(de)傳播(bo)速度來測定介(jie)質的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常(chang)(chang)(chang)數從(cong)而(er)確(que)定土(tu)(tu)壤容積含(han)水(shui)量(liang)及含(han)鹽量(liang)的(de)(de)(de)方法(fa). 電(dian)磁(ci)脈(mo)沖(chong)沿著(zhu)波(bo)導(dao)棒的(de)(de)(de)傳播(bo)速度取決(jue)于與(yu)波(bo)導(dao)棒相接觸和包(bao)(bao)圍著(zhu)波(bo)導(dao)棒材(cai)料的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常(chang)(chang)(chang)數（Ka）。電(dian)磁(ci)脈(mo)沖(chong)在土(tu)(tu)壤中傳播(bo)時，其(qi)介(jie)電(dian)常(chang)(chang)(chang)數與(yu)土(tu)(tu)壤容積含(han)水(shui)量(liang)有(you)(you)很好(hao)的(de)(de)(de)相關(guan)性，與(yu)土(tu)(tu)壤類型、密(mi)度等幾乎無(wu)關(guan)。一般來說，土(tu)(tu)壤成分包(bao)(bao)括空(kong)氣、礦(kuang)物(wu)質和有(you)(you)機顆粒以及土(tu)(tu)壤水(shui)分等。 由于水(shui)的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常(chang)(chang)(chang)數遠遠大于空(kong)氣和土(tu)(tu)壤基質中其(qi)它物(wu)質的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常(chang)(chang)(chang)數,因此土(tu)(tu)壤的(de)(de)(de)介(jie)電(dian)常(chang)(chang)(chang)數主要依賴于土(tu)(tu)壤的(de)(de)(de)含(han)水(shui)量(liang)。
空氣－土壤－水分混合物的較粗略的介電(dian)常數（Ka）可以(yi)通過(guo)公式來確定：
Ka=(t×c/L)2
“L”是(shi)波導的長度
“t”為電磁脈沖從波(bo)導的始端到(dao)波(bo)導的末端所需的時間(jian)
“c”是真空中電磁波的傳播速度
電(dian)磁(ci)脈(mo)沖(chong)沿著(zhu)波(bo)導(dao)(dao)棒傳播(bo)就像一束光在傳輸(shu)(shu)(shu)線(xian)中(zhong)傳輸(shu)(shu)(shu)。傳輸(shu)(shu)(shu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)斷和(he)周(zhou)邊(bian)物質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不連續會使(shi)傳輸(shu)(shu)(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分能(neng)量通(tong)(tong)過傳輸(shu)(shu)(shu)線(xian)反射(she)(she)回來。當電(dian)磁(ci)脈(mo)沖(chong)到(dao)達波(bo)導(dao)(dao)棒傳輸(shu)(shu)(shu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)終端(duan)時，脈(mo)沖(chong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)剩(sheng)余能(neng)量都將通(tong)(tong)過傳輸(shu)(shu)(shu)線(xian)反射(she)(she)回來。(圖1所示(shi)）這就像一束光沿著(zhu)一條管(guan)(guan)傳播(bo)，在管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)終端(duan)被鏡(jing)子反射(she)(she)回來。利(li)(li)用(yong)電(dian)磁(ci)脈(mo)沖(chong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)這些特征，我們可以利(li)(li)用(yong)精密的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子設備,測量電(dian)磁(ci)脈(mo)沖(chong)沿著(zhu)傳輸(shu)(shu)(shu)線(xian)（波(bo)導(dao)(dao)）所需要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)。考察(cha)脈(mo)沖(chong)輸(shu)(shu)(shu)入到(dao)反射(she)(she)返回的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)以及反射(she)(she)時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)幅(fu)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)衰減，即可計算土(tu)壤水鹽含量。
2.TDT土壤水分測量技術
TDT全(quan)稱時域傳播(bo)法(fa)（Time Domain Transmissometry），其基本原理與(yu)(yu)TDR相同(tong)， 不同(tong)的是(shi)TDT脈沖是(shi)在單根導播(bo)棒中傳播(bo)，其信(xin)(xin)號的接受端(duan)(duan)在遠離(li)發射(she)(she)端(duan)(duan)的導播(bo)棒的終端(duan)(duan)。而TDR脈沖信(xin)(xin)號的發射(she)(she)端(duan)(duan)和接收端(duan)(duan)均是(shi)同(tong)一端(duan)(duan)。與(yu)(yu)TDR相比，TDT水(shui)分測量儀(yi)具(ju)有以下優(you)勢：
低頻率，耗電小；
線路簡單；
輸出不需要波形顯示和(he)解釋；
價格相對(dui)便宜等優勢。
TDR與TDT水分測量相比：
TDR系統(tong)可以直接(jie)、快速、方便、實地監(jian)測土壤水鹽狀況，與其(qi)它測定方法相(xiang)比(bi)，TDR具有(you)較強的(de)獨立
性，測(ce)定結果幾乎(hu)與土壤(rang)類型、密度、溫度等(deng)無關(guan)。 將TDR技術應(ying)用于(yu)結冰條件下(xia)土壤(rang)水(shui)分狀(zhuang)況的測(ce)定，
可得(de)到滿意的(de)結果，而其它測定方法(fa)則(ze)是比(bi)較困難的(de)。 TDR另(ling)一個特點(dian)是可同(tong)時監測土(tu)壤(rang)水鹽含量，在(zai)同(tong)
一(yi)地點(dian)同時測(ce)定(ding)，測(ce)定(ding)結果具有(you)一(yi)致性，而二者測(ce)定(ding)是(shi)*獨立(li)的，互不影響。
利用TDR技術實現的ZTS-2X土壤水分記錄儀技術參數:
土壤水分(fen)記(ji)錄儀(yi)功能特點：
*小巧(qiao)美觀便于攜帶(dai)，輕觸式(shi)按(an)鍵，大屏幕(mu)點陣式(shi)液晶顯示，全(quan)中(zhong)文(wen)菜單操(cao)作。
*一鍵(jian)式切(qie)換(huan)，可以手動(dong)記錄(lu)也可脫離電腦隨時設置采(cai)樣(yang)間隔，自動(dong)記錄(lu)數據并存(cun)儲。
*實時(shi)顯(xian)示功能，將儀(yi)器與(yu)電(dian)腦(nao)連接，電(dian)腦(nao)端(duan)實時(shi)顯(xian)示采集數據。
*交直流兩用，即可(ke)拿到(dao)野(ye)外隨(sui)時測量采(cai)集數據，也可(ke)長時間放置記錄(lu)地點(dian)。
*數據(ju)保(bao)存功(gong)能強大，大可儲(chu)存5000條(tiao)數據(ju)，即(ji)可在(zai)主機(ji)上查(cha)看數據(ju)，也可導入計算(suan)機(ji)。
*意外(wai)斷電后已保存(cun)在主機里的數(shu)據不丟失(shi)。
*探(tan)頭具有一致性(xing)，不(bu)同(tong)氣象參數的(de)傳感(gan)器接口可以(yi)互換，不(bu)影響精度。
*將傳感(gan)器(qi)(qi)插入主機后(hou)無(wu)需設置(zhi)，自動搜索到多種不同類(lei)別的傳感(gan)器(qi)(qi)（類(lei)似于(yu)U盤(pan)和電腦相聯接）。
*省電(dian)功能，如果超過(guo)3分鐘不操作儀器(qi)，將自動進入待機狀態。在待機時，儀器(qi)會(hui)按(an)設置的(de)時間自動記錄(lu)數據。
土壤濕度記錄儀上(shang)位機軟件功能：
1. 數(shu)據通訊(xun)(xun)。正確連接(jie)通訊(xun)(xun)線，按“顯示”鍵顯示記錄(lu)，然后按“保存”鍵自動發送(song)記錄(lu)。
數據格式：
RecN Water T ; ET Emois Dew DATE TIME
0001 93.2% 017.9 018.8 54.7% 09.4 08-03-12 10:44:00
RecN:記錄號，Water:土壤水分(fen)，T：土壤溫(wen)(wen)度(du)(du)，ET:環境(jing)溫(wen)(wen)度(du)(du)，Emois:環境(jing)濕度(du)(du)，Dew:露點溫(wen)(wen)度(du)(du)，DATE：日期，TIME:時間
2、數據處理。
將上傳(chuan)的(de)數(shu)據保(bao)存(cun)成(cheng)txt文(wen)(wen)本文(wen)(wen)檔。然后運行(xing)EXCEL軟(ruan)件(jian)，打開數(shu)據文(wen)(wen)件(jian)，進(jin)行(xing)相應(ying)(ying)的(de)格式(shi)轉(zhuan)換后成(cheng)為(wei)EXCEL文(wen)(wen)件(jian)，應(ying)(ying)用EXCEL功能(neng)繪(hui)制圖表、曲線等處理。也可用其它(ta)軟(ruan)件(jian)處理。
技術參數：
1） 土壤水分
測量(liang)參數(shu)：土(tu)壤(rang)容積含水量(liang)；
單(dan)位：%（m3/m3）
量程：0-99.9%
分辨率：0.1%
精度：±2%，在0～50%范圍
響應時間：1秒
2） 土壤溫度(du)
量程(cheng)：-55-99.9℃
分辨率：0.1℃
精(jing)度：±0.5℃（-10℃-+85℃范圍）
6） 日(ri)期(qi)時間：顯(xian)示(shi)年月日(ri)時分秒(miao)
7） 記錄時(shi)間間隔：1-250分鐘可設(she)
8） 記(ji)錄(lu)容量：5000條
9） 電源：4節5號(hao)堿性電池
10） 功耗：<50mA（開機），<5μA（待機）
待機時間(jian)：>1000小時
通(tong)訊：RS-232C接口
土壤水分數據的實際應用
根據(ju)獲取的(de)(de)土壤(rang)水分(fen)含量數據(ju)，可(ke)(ke)以繪制(zhi)土壤(rang)水分(fen)利(li)用曲(qu)線，通過該曲(qu)線，可(ke)(ke)以了解到水分(fen)利(li)用程度以及(ji)什么時候(hou)開始灌溉(gai)適宜(yi)。結合(he)智拓儀(yi)器提(ti)供的(de)(de)相應(ying)氣象(xiang)傳感器，可(ke)(ke)繪制(zhi)出(chu)每日水分(fen)含量及(ji)騰發量動態(tai)曲(qu)線。
計算所(suo)需要(yao)的灌(guan)溉(gai)量：
灌(guan)溉(gai)(gai)量(liang)=（田間持水量(liang)-當前平均含水量(liang)）×所需灌(guan)溉(gai)(gai)深(shen)度
此(ci)外，還可以從(cong)圖表上直觀獲取田間持水量(liang)、壓力點及(ji)所需灌(guan)水量(liang)。利用數據(ju)結(jie)合無線電系統裝(zhuang)置，可以實現灌(guan)溉管理。
- 上一篇：土壤溫度水分記錄儀的應用及使用
- 下一篇：照度記錄儀主機以及管理云平臺主要功能的闡述
在線客服1號