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歐美大地 行業(yè)新聞
土壤傳感器系列：TDR200土壤水分與電導(dǎo)率測量系統(tǒng)介紹
發(fā)布時(shí)間：2021-05-08 瀏覽次數(shù)：2407 來源：歐美大地
歐美大地代理品牌Campbell Scientific為土壤狀況監(jiān)測提供了多種傳感器選項(xiàng)。之前的文章介紹了CS650/655系列傳感器，本次主題是TDR200土壤水分與電導(dǎo)率測量系統(tǒng)。


TDR200時(shí)域反射主機(jī)
 
測量原理與方法
TDR200系統(tǒng)同樣是基于測量土壤介電常數(shù)來推算土壤體積含水量。TDR200通過內(nèi)部信號發(fā)生電路產(chǎn)生一個(gè)高速階躍脈沖加載到探針波導(dǎo)上，同時(shí)波形采樣電路對反射回來的信號波形進(jìn)行采樣、數(shù)字化等，最終通過波形分析確定信號傳輸時(shí)間并計(jì)算土壤介電常數(shù)和土壤體積含水量。
 

TDR系統(tǒng)在不同介質(zhì)中測得的波形
 
上圖展示了TDR探針在空氣、干砂、飽和砂土和水中的波形，介質(zhì)介電常數(shù)越大，信號傳輸時(shí)間（?t）越長，抑或探針表現(xiàn)出來的表征長度（La）越長。?t則可表示為TDR信號在探針上往返一次的行程（2L）與電磁波傳輸速度（c/√ε）之比，結(jié)合La=c?t/2得出介電常數(shù)（ε）為探針表征長度與物理長度之比的平方，其中La為TDR200內(nèi)部固件通過波形分析確定。確定介電常數(shù)后，根據(jù)Topp公式或者自定義模型即可計(jì)算出土壤體積含水量。此外，TDR200還可以通過返回信號的損耗程度來計(jì)算介質(zhì)的體積電導(dǎo)率。
 
 
TDR探頭選擇
Campbell Scientific提供了30、15和7.5 cm三種探針長度的TDR探頭，具體探頭型號如下表所示。與CS650/655一樣，較短的探針長度對應(yīng)探頭測量體積電導(dǎo)率的上限更大，但較長的探針長度傳感器所測量的土壤體積更大。同一探針長度下有兩種線纜類型的探頭可供選擇，其中 CS610/635/645采用了更低損耗的電纜，因此支持的電纜長度更長。
 
不同TDR探頭的參數(shù)差異
 
TDR測量系統(tǒng)
TDR測量系統(tǒng)由TDR200主機(jī)、SDM8X50同軸多路器、數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備構(gòu)成，設(shè)備之間通過Campbell內(nèi)部的SDM協(xié)議通訊。在最終使用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行長期監(jiān)測之前，可以在PC端使用Campbell Scientific免費(fèi)的PC-TDR軟件（PC通過USB直連TDR200）對TDR進(jìn)行測量參數(shù)配置，具體包括SDM地址、噪聲抑制頻率、采樣波形點(diǎn)數(shù)、波形平滑參數(shù)、波形分析算法、TDR探頭參數(shù)等。在設(shè)置好上述參數(shù)后，即可嘗試測量并觀察TDR波形以及測量結(jié)果是否正常，最終通過PC-TDR自動(dòng)生成包含所有上述預(yù)設(shè)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集器程序。
 

TDR200數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
 
其他應(yīng)用
除土壤水分測量之外，TDR系統(tǒng)還常用于邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測。此時(shí)，TDR200接入的不再是水分探頭，而是以同軸電纜作為傳感單元。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，同軸電纜需要預(yù)先埋入待測邊坡中。當(dāng)邊坡在某一深度發(fā)生滑移時(shí)，會(huì)導(dǎo)致同軸電纜產(chǎn)生拉伸或者剪切變形，在TDR波形上將表現(xiàn)為電磁波信號在該處發(fā)生反射，通過確定信號的反射時(shí)間，結(jié)合電磁波在同軸電纜中的傳輸速度（由線纜波速比決定）即可確定滑移位置。
點(diǎn)擊查看→案例分享 | TDR系統(tǒng)在加利福尼亞沿海邊坡監(jiān)測項(xiàng)目中的應(yīng)用
 
Source：Campbell Scientific
 
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