土壤水分記錄儀中電場(chǎng)法測(cè)量含水率的原理

      土壤是干土、水分和空氣三者組成的混合物。由于水的介電常數(shù)比干土高幾十倍，土壤含水率直接影響土壤的介電常數(shù)。在高頻電場(chǎng)作用下，土壤的阻抗隨土壤含水率的變化而變化。通過檢測(cè)阻抗的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤含水率的檢測(cè)，土壤水分記錄儀中電場(chǎng)法測(cè)量含水率的原理示意圖如圖1。

　　在圖1中，探針之間的土壤在高頻信號(hào)作用下等效于隨含水率變化的阻抗，含水率越大，土壤水分記錄儀測(cè)出的阻抗越小，該阻抗相當(dāng)于信號(hào)源的負(fù)載。當(dāng)負(fù)載相對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻不能忽略時(shí)，信號(hào)源輸出的幅值將發(fā)生變化，土壤水分記錄儀通過測(cè)量信號(hào)源的幅值變化，可以得出土壤含水率。
　　當(dāng)不同頻率的信號(hào)源作用于相同土壤時(shí)，土壤表現(xiàn)出不同的阻抗特性。給出了土壤的阻抗特性，當(dāng)頻率低于20 MHz時(shí)，土壤阻抗很大，含水率對(duì)土壤阻抗影響很小，靈敏度很低，當(dāng)頻率在280 MHz時(shí)，土壤阻抗很小，含水率對(duì)土壤阻抗影響很大。利用安捷倫高頻信號(hào)發(fā)生器(E8257C)，分別用頻率為10～120 MHz(步長(zhǎng)10 MHz增加)，空載電壓幅值3.3 V的正弦信號(hào)，測(cè)定相同土壤的不同含水率下的電壓輸出值。比較電壓測(cè)量值與含水率的線性關(guān)系以及穩(wěn)定性，并考慮到高頻發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)的難易程度及功耗，選擇頻率為50 MHz，幅值為3.3 V，內(nèi)阻與土壤的阻抗在同一個(gè)數(shù)量級(jí)的正弦波作為信號(hào)源。
    由于土壤水分記錄儀只考慮土壤的阻抗隨含水率的變化，而忽略其感抗與容抗，因此不需檢測(cè)信號(hào)源輸出的相位的變化，只需檢測(cè)信號(hào)源幅值的變化。將檢測(cè)到的電壓信號(hào)進(jìn)行整流濾波，用A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出的檢測(cè)。
      以上就是土壤水分記錄儀中應(yīng)用電場(chǎng)知識(shí)測(cè)量土壤含水量的原理。