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农业信息感知-TDR方面的介绍

已有 478 次阅读 2019-12-22 10:21 |系统分类:科研笔记

    TDR最早用于实验室中的材料测量。Fellner-Feldegg [45]Davis and Chudobiak [33]发现土壤体积含水变化对土壤介电常数影响较大,对其进行了深入研究,提出了著名的土壤介电公式-Topp公式,这奠定了TDR进行土壤水分测量的理论基础,开辟了TDR测量土壤体积含水量的新篇章。自此,TDR成为土壤含水量测量的重要测量方式。

   Davis and Chudobiak [33]研究了电磁波相位传播公式,考虑到介电损耗,推导出电磁波传播速度公式为:

                            image.png

    根据电磁场在探针长度上的两次反射时间,可确定其传播速度,通过传播速度,可确定土壤的视在介电常数image.png  

    大部分TDR设备都是通过高速电压方波脉冲信号(上升沿时间<200ps)进行工作的,方波信号通过同轴电缆以近似平面EM波形式传输,在通过土壤探针时,由于介电常数的变化,TDR设备会接收到探针始端和探针终端的两次反射信号,通过电磁波在土壤介质中的传播时间,可计算出土壤视在介电常数的数值[34]

      TDR设备很多,有美国Tektronix公司的1502B/C、波兰Easy Test公司的FOM、德国IMKO公司的TRIME,美国CampbellTDR200和美国MOHR公司的CT100等设备。

    上世纪80年代开始,TDR研究和测量方法研究非常活跃,以各种TDR测量仪器为手段,Heimovaara [46]研究了TDR波形起始点问题,以提高TDR的测量精度;Hook, Livingston, Sun and Hook [47]讨论了远端二极管确定TDR反射点的方法。Or and Wraith [42]通过试验,总结了温度对TDR的影响规律,指出粘粒含量会影响束缚水的含量,进而改变温度对TDR测量精度的影响大小。Schaap, Robinson, Friedman and Lazar [48]研究了TDR在分层土壤中的测量模型,通过试验,确定了不同土壤含水量分层测量的方法。Castiglione and Shouse [49]总结了前人经验,确定了一种TDR进行土壤电导的测量新方法。Mojid and Cho [50]研究了探针结构对于测量结果的影响,Robinson and Friedman [51]通过4种针状和平板状TDR探针试验,认为平板状探针TDR探头的精度较好,但其安装方便程度较针状TDR较差。Robinson and Friedman [52]总结了探针长度对TDR测量精度的影响,认为TDR探针越短,土壤电导对其精度的影响越小。但其测量精度因电磁波传播时间过短而降低,所以TDR探针长度不宜过短,一般建议其长度为15cm30cm De Neve and Hofman [53] 提出了用TDR进行土壤有机碳检测的思路,Payero, Tarkalson and Irmak [54]验证了用TDR进行土壤中NO3-N检测的可行性。



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