桿式土壤水分溫度電導率監測系統-系統介紹

1.概述

桿式土壤水分溫度電導率觀測系統是采用傳感器管式插入式接觸測量的方式獲得土壤指標，常見的桿式的土壤水分觀測屬于FDR（頻域反射）方法。美國Campbell公司新研發的SoilVUE10 TDR 管式土壤三參數傳感器則采用的TDR時域反射法。

首先我們先了解一下土壤水分的幾個量：

土壤中水分形態為固態水和氣態水

田間持水率是指土壤中不受地下水影響的條件下，土壤中懸著毛管水達到*大量時的土壤含水率.

土壤含水量一般是指土壤優良含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也稱土壤含水率.

這些指標和土壤的類型息息相關，土壤的大致類型如下：

典型土壤水分含量：

土壤水的運動和存儲：

2.土壤含水量的測量方法：

TDR(時域反射法）

TDR是根據探測器發出的電磁波在不同介電常數物質中的傳輸時間的不同,而計算出被測物含水量。電磁波的傳播速度與傳播媒體的介電常數有密切關系,而土壤基質、水和空氣的介電常數有很大差異(20℃時,水的介電常數為80,空氣的介電常數為1,干燥土壤的介電常數介于3～7)。故土壤含水量的變化對介電常數有明顯的影響,由此電磁波的傳播速度,便可確定其含水量。

FDR(頻域反射法）

FDR型土壤水分監測儀是一種利用LC電路的振蕩，根據電磁波在不同介質中振蕩頻率的變化來測定介質的介電常數ε，進而通過一定的對應關系反演出土壤水分θv的儀器。

3. EnviroPro 桿式土壤水分溫度電導率傳感器EP100G

土壤水分分辨率: 0.01%

土壤鹽分分辨率: 0.001 dS/m

土壤溫度分辨率: 0.01 °C

土壤水分精度: +/- 2% @ 0% VWC to 50% VWC

土壤鹽分測量范圍: 0 to 6 dS/m*2

土壤鹽分精度: +/- 5% @ 0 to 4 dS/m

+/- 5% @ 10% to 30% VWC

土壤溫度精度: +/- 1 °C @ 25 °C

信號輸出: SDI-12

供電: +6 to +15 VDC

工作溫度: -20 to +60 °C

功耗： 0.1mA 靜態 1mA 測量/單個測點

測點間距：每10cm一層

型號選擇：EP100G-04（4個測點）；EP100G-08（8個測點）；EP100G-12（12個測點）；EP100G-16（16個測點）

4.Stevenswater 桿式土壤水分溫度傳感器 GroPoint Profile

土壤水分：

測量范圍：0%-99%

精度：0.5%

土壤溫度：

測量范圍：-20°C to +70°C

工作溫度：-40°C to +85°C

精度：±0.5 °C

信號輸出：SDI-12(RS-485)

供電：6 - 14 VDC, *大18 VDC

防水：IP66/IP68

傳感器測量間距：每15cm一層

型號選擇：

GroPoint Profile 2（2層測點）

GroPoint Profile 3（3層測點）

GroPoint Profile 4（4層測點）

GroPoint Profile 5（5層測點）

GroPoint Profile 6（6層測點）

GroPoint Profile 8（8層測點）

5.SOILVUE10-管式TDR土壤水分傳感器

SoilVUE™10是美國Campbell公司研發的一體式剖面TDR土壤水分傳感器，采用TrueWave™TDR技術，專為環境研究人員及環境監測網絡而設計，可同時測量一個剖面多個測點的土壤水分、溫度、電導率。對于有相似需求的科研人員來說，SoilVUE™10的出現是一個值得關注的優選。

坎貝爾科學公司專有的TrueWave™TDR技術，采用較佳的波形上升時間和先進的波形分析技術來測定高頻脈沖的真實行程時間。這一過程實現了高分辨率，能得到平滑的測量信號，優于其他TDR測量技術，并非所有基于TDR的傳感器都能獲得同樣好的測量結果。

技術特點及優勢

l 一個傳感器可同時測量9層（1米規格）或6層（0.5米規格）土壤水分、介電常數、電導率和土壤溫度。

l 簡易快速的安裝。

l 1.4版本SDI-12輸出信號，兼容大部分數據采集器。

l 專為長期戶外安裝設計。

詳細說明

SOILVUE™10由TDR電路組成，連接到六或九個螺旋波導，構成整個螺紋設計的一部分。螺紋設計中內置的單個傳感器改善了傳感器與土壤的接觸，減少空氣間隙照成的潛在誤差。TDR電路產生用于螺旋波導的短上升時間電磁脈沖，利用外加脈沖經過的雙向行程時間來計算周圍介質的介電常數，并用混合模型確定體積含水量。

土壤水分剖面傳感器可以用標準的5cm直徑手鉆打孔來安裝。不需要挖掘機械或昂貴的定制工具。

電纜和傳感器之間采用防水等級IP67的航空插頭連接，方便更換。

6.土壤水分站站點應用：

數據質量控制與合理性檢查的重要保障

實現數據統一管理

方便各級用戶使用管理

不需要固定計算機,不需要安裝特殊軟件

節省現場收集,數據管理的人力物力

工作原理導圖：

? 在底層搭建基礎數據平臺

? 在WebGIS（天地圖）平臺基礎上搭建應用系統

? 將應用系統劃分前后臺，前臺（首頁+中心站頁+地方站頁）用于應用展示，后臺用于維護管理

? 支持PC或者手機（android瀏覽器，手機UC瀏覽器）在任何有網絡的地方在線瀏覽

土壤水分站管理平臺：

無線傳輸功能：

界面顯示

登陸后的界面：有首頁，數據，預警，公告，管理，幫助等選項。可以直接查詢某一時間，某一站點，樣地的數據信息。

進入“數據"選項，界面左側為站點。樣地下拉選項，右側為時間選項，能夠詳細觀測某時某站點樣地的數據列表、折線圖、統計數據等信息，并可導出已選時間、樣地的.csv文件。

數據折線圖:

數據列表：

土壤水分觀測系統 數據管理平臺

數據傳輸與管理

界面顯示：

進入“預警"界面，能夠清楚的看到通訊異常的站點、樣地。

“管理"界面，首頁左側有“用戶管理"“閾值管理"“監測站信息"“歷史數據"“公告管理"“數據上報管理"選項，首頁右側為所有“系統管理員"和“臺站用戶信息"

在“監測站信息"界面，系統管理員可以對站點、樣地信息進行修改，查看。

在“公告管理"界面里，系統管理員可以添加公告和查看公告信息

數據信息可按照年份，時間段批次上報。系統管理員可以對上報的數據信息進行查看、刪除等管理。

7.參考文獻：

1.半干旱黃土丘陵區土壤水分生長季動態分析-徐志堯 ， 張欽弟 ， 楊磊

2.不同土質土壤水分運移規律研究-王蘇玉

3.基于有效*大含水量的土壤水分監測優化布設方法-王珊， 胡振華

4.土壤水分時間穩定性研究進展-藺鵬飛 ， 朱喜 ， 何志斌

5.土壤水分波動對高寒草甸生態系統CO2和N2O排放的影響-王瑞， 王平 ， 高永恒