土壤濕度傳感器有哪里種類，該如何正常使用？

土壤濕度傳感器又名：土壤水分傳感器、土壤墑情傳感器、土壤含水量傳感器。主要用來(lái)測(cè)量土壤容積含水量，做土壤墑情監(jiān)測(cè)及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護(hù)。目前常用到的土壤濕度傳感器有FDR型和TDR型，即頻域型和時(shí)域型。目前比較流行的是FDR型FDR(FrequencyDomainReflectometry)頻域反射儀是一種用于測(cè)量土壤水分的儀器，它利用電磁脈沖原理、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)(ε)，從而得到土壤容積含水量(θv)，F(xiàn)DR具有簡(jiǎn)便安全、快速準(zhǔn)確、定點(diǎn)連續(xù)、自動(dòng)化、寬量程、少標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。是一種值得推薦的土壤水分測(cè)定儀器。

電阻傳感器的工作原理是通過(guò)在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電壓差來(lái)測(cè)量土壤含水量百分比，允許少量電流在電極之間流動(dòng)并通過(guò)計(jì)算得到電阻值或電導(dǎo)率值。由于水是一種非常差的導(dǎo)體，因此將電流從一個(gè)電極傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電極的是水中的離子。理論上，這個(gè)想法是好的，因?yàn)殡S著土壤中含水量的增加，阻力會(huì)下降是有道理的。然而在實(shí)踐中，存在與這種方法背后的假設(shè)相關(guān)的挑戰(zhàn)。原因是，如果土壤中的離子數(shù)量不是恒定的，或者我們?cè)诓煌耐寥乐惺褂脗鞲衅?，精度就變得非常不可靠。因?yàn)榧词巩?dāng)水沒(méi)有變，隨著孔隙水中離子數(shù)量的變化，電流流動(dòng)的能力也會(huì)改變。

所以電阻傳感器價(jià)格低廉，對(duì)含水量的變化能做出一定的反應(yīng)，適合DIY或家庭園藝、科學(xué)展覽項(xiàng)目中。但如果是用于追求精度的科學(xué)研究中，是根本無(wú)法滿足含水量的測(cè)量精度要求的。

電容傳感器使用土壤作為電容器元件，并使用土壤電荷存儲(chǔ)能力來(lái)校準(zhǔn)含水量。電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)讀取數(shù)據(jù)，功耗低，性價(jià)比高，通過(guò)特定土壤標(biāo)定后，精度高，可達(dá)到2%~3%。電容傳感器的缺點(diǎn)是在高鹽度下精度差。電容型土壤濕度傳感器的敏感元件為濕敏電容，主要材料一般為金屬氧化物、高分子聚合物。這些材料對(duì)水分子有較強(qiáng)的吸附能力，吸附水分的多少隨環(huán)境濕度的變化而變化。由于水分子有較大的電偶極矩，吸水后材料的電容率發(fā)生變化，電容器的電容值也就發(fā)生變化。把電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，就可以對(duì)濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比，利用這一特性即可測(cè)量濕度。常用的電容型土壤濕度傳感器的感濕介質(zhì)主要有：多孔硅、聚酞亞胺，此外還有聚砜(PSF)、聚苯乙烯(PS)、PMMA(線性、交聯(lián)、等離子聚合)。

TDR傳感器的測(cè)量原理是測(cè)量電能反射波沿傳輸線上傳播時(shí)間。行程時(shí)間與土壤的電荷儲(chǔ)存能力體積含水量有關(guān)，而且，TDR在信號(hào)中包含一系列頻率(不僅僅是單個(gè)頻率)，這有助于減少土壤鹽分造成的誤差。TDR傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)讀取數(shù)據(jù)，對(duì)鹽度不敏感，通過(guò)特定土壤標(biāo)定后，精度高，可達(dá)到2%~3%。TDR傳感器的缺點(diǎn)是使用比電容傳感器復(fù)雜，成本高，功耗高。

FDR是指頻域反射，它利用電磁脈沖的原理。根據(jù)在介質(zhì)中傳播的電磁波的頻率測(cè)量土壤的表觀介電常數(shù)(ε)，從而獲得土壤體積含水量(θv)。FDR通過(guò)發(fā)送特定頻帶的掃頻測(cè)試信號(hào)，在導(dǎo)體阻抗不匹配處會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的和發(fā)射信號(hào)同樣頻率但不同時(shí)段的反射信號(hào)，通過(guò)傅立葉轉(zhuǎn)換方式分析這些信號(hào)，并且通過(guò)量測(cè)反射信號(hào)峰值的頻率換算出到線路障礙點(diǎn)的距離。

頻域反射法(FDR)利用電磁脈沖原理，根據(jù)電磁波在土壤中傳播頻率來(lái)測(cè)試土壤的表觀介電常數(shù)，來(lái)得到土壤容積含水量FDR 的探頭主要由一對(duì)電極組成一個(gè)電容，其間的土壤充當(dāng)電介質(zhì)，電容與振蕩器組成一個(gè)調(diào)諧電路。傳感器電容量與兩級(jí)間被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)成正比關(guān)系。當(dāng)土壤中的水分增加時(shí)，其介電常數(shù)相應(yīng)增大，測(cè)量電容值也隨之上升，導(dǎo)致測(cè)量頻率也會(huì)發(fā)生變化，由此測(cè)得土壤的含水量。土壤濕度傳感器采用的就是FDR原理，產(chǎn)品密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。測(cè)量精度高，性能可靠，確保正常工作，響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。