1、背景

土壤水分是植物水分的直接來源，植物吸收土壤中的水分、有機質等營養物質，進行生長。同時，土壤水分含量的多少，又決定著植物的生長狀況的好壞。因此，測量土壤水分有著重要的實際意義。目前，國內外有很多土壤水分測定方法。

探頭式土壤水溫鹽傳感器可方便、快速地測量土壤表層的水分、溫度、鹽分。

該系統通過實時、連續、原位監測土壤水分、溫度、水勢的變化，是土壤水動力學的基礎研究設備。廣泛應用于農田蒸散、作物耗水、森林水文、濕地水文、草原生態、水土流失、環境污染、水循環研究等領域。

2、系統工作原理及特點

ENVIdata-DT 探頭式土壤水溫鹽水勢系統由數據采集器，探頭式土壤水分、溫度、鹽分傳感器，土壤水勢傳感器組成。按用戶設定的測量間隔定時、自動測量土壤水分、溫度鹽分和土壤水勢。

該系統通過Internet傳輸數據，用戶無需到測點下載數據，只要能上網，可隨時查看系統運行情況、下載最新和歷史數據。

3、技術參數

3.1探頭式土壤水分、溫度、電導率傳感器

3.1.1 TRIME-PICO64/32 土壤水分、溫度、電導率傳感器

結構和原理：TRIME基于TDR（Time domain Reflectometry with Intelligent MicroElements）時域反射技術。用以直接測量土壤或其他介質的介電常數，介電常數又與土壤水分含量的多少有密切關系，土壤含水量即可通過模擬電壓輸出被讀數系統計算并顯示出來。

測量時，金屬波導體被用來傳輸TDR信號，TRIME工作時產生一個1GHz的高頻電磁波，電磁波沿著波導體傳輸，并在探頭周圍產生一個電磁場。信號傳輸到波導體的末端后又反射回發射源。傳輸時間在10ps-2ns間。IMKO發明了這種測量技術，使得儀器可以檢測到小至3ps的時間信號。建立了時間采樣的方法。從而使得土壤水分的測量變得更為準確和方便。

特點：

1）PICO探針有著很大的測量區域，最大可以達到2L。

2）測量范圍可以達到100%。但是，在35%-75%范圍內，測量最為精確。

3）電導率測量范圍可以達到20dS/m。

4）對于大多數土壤類型來說，PICO探頭在出廠前就已校準。對于一些特殊的土壤或者應用，例如純粘土，可以在15種不同的校準曲線中選擇。

5） PICO探針涂有保護層，可以將探針桿隔絕起來，這樣就能保證探針桿上沒有電反應。PICO探針是非常適合長期的安裝在土壤中，并且能夠保證，在數十年內，不會 發生測量漂移。

6） PICO探針探頭和管式探頭安裝的深度，可達50m（或者更深）。

7） PICO探頭可以測量土壤含水量，電導率和溫度。而且，土壤的鹽分含量，可以根據創新性的TRIME方法（1GHz高頻電磁波）進行計算。

8） PICO探針適合于沙質、有機質和粘性土壤。甚至純粘性土壤也可以被測量。

9） 因為TDR電子元件是安裝在PICO探頭里面的，所以對電纜的長度以及其它常有的不利影響（如水覆蓋）沒有限制。

10）PICO探針式探頭最大探針長為160mm。對于探針長度可達1米的TDR儀器在測量時，會有問題，用戶需特別留意，特別是土壤剖面水分含量不同時，例如：淺層是10%，深層是35%。

測量原理：TDR

適應土壤電導率范圍：0-20dS/m，>20 dS/m可標定

土壤水分測量范圍: 0-100%體積含水量

測量精度： ±1%（0-40%）、±2%（40-70%）

土壤溫度測量范圍：-15℃~+50℃（可定制其他溫度量程）

土壤溫度測量精度：±1.5°C (絕對); ±0.5°C (相對)

防水等級：IP68

供電：7-24V DC

尺寸：155mm x Ф32mm

測量體積：0.25L（110mm x Ф50mm）

探針長度探針長度標準110mm，可選50mm，直徑：3.5mm

3.1.2 SM150T土壤水分、溫度傳感器

SM150T采用FD 原理，研究級土壤水分傳感器，其體積含水量測量結果可以達到2.5%。

該儀器不僅能夠對各類土壤進行水分測量，也可對多種介質的水分進行有效測量，它既可用于科研，作為水分定點監測或移動測量的基本工具，也可用于生產中的水分自動控制傳感器。在食品及糧食行業，它可對粉狀或顆粒狀的介質進行水分測量。另外，在建筑領域，可用來對攪拌料水分進行有效監測。

土壤水分量程0-100% ，精度：±3% （校準后）

土壤溫度量程-20 to +60°C，精度：± 0.5°C（ 0 to 40°C），± 0.75°C（ -20 to +60°C ）

輸出：0-1v

供電：5-14v  

防水等級：IP68

尺寸：長158mm，直徑 40mm

探針：長60mm，直徑3.2mm

纜線：5m

3.1.3 Hydra土壤水分、溫度、電導率傳感器

儀器探頭中產生高頻電信號，測量土壤的電導與電容特性，從而計算出土壤的含鹽量與含水量，同時，儀器用電熱調節器測量土壤的溫度。

土壤水分量程0-100% ，精度：≤±3%；分辨率：0.1%

土壤溫度量程-10℃ - 60℃，精度：± 0.3℃；分辨率：0.1℃

土壤電導率量程0-15ds/m ，精度：±2% or 0.2ds/m；分辨率：0.01

供電：9-20v  

功耗：＜10mA（工作），＜1mA（休眠）

輸出：SDI-12

工作環境：-10℃ - 60℃ 可定制其他溫度范圍

傳感器尺寸：長度115mm，直徑40mm

探針：長度56mm，材質316不銹鋼

3.1.4  AZS-3 土壤水分、溫度、電導率傳感器

土壤水分量程0-100% ，精度：≤±3%、≤±2%（原位率定后）；分辨率：0.1%

土壤溫度量程-30℃- 55℃，精度：± 0.3℃；分辨率：0.1℃

土壤電導率量程0-15ds/m ，精度：5%FS ；分辨率：0.01

輸出：SDI-12

供電：6-24v  

功耗：36mA（工作），＜15mA（休眠）

防水等級：IP68

3.2 Aquaflex 帶狀土壤水分傳感器

用來測量大塊土體的含水量同時測量土壤溫度，傳感器測量長度3米，測量土體體積6升。埋設式測量，可連接數據采集器進行長期監測。特別適用于菜園、葡萄園或草坪體育場、高爾夫球場或城市綠化帶，對灌溉進行高效管理。

原理：Time Domain Transmission. (TDT)原理，與TDR原理相似，但有不同，美國技術，號：US Patent 5148125，根據介質導電性質對沿帶狀傳感器發射的脈沖信號速度和波形的影響來確定含水量。

特點：

l 測量土體大，Φ50mm×3000mm圓柱型土體，容積約6升，避免單點測量的偶然性；

l 耐用、穩定性好，易于安裝、操作簡單；

l 測量條帶可任意彎曲以適應測量需要；

l 內建溫度傳感器，可同時測量土壤溫度，并對溫度和電導率進行自動補償；

水分測量范圍：0-60%容積含水量；  

水分測量分辨率：±0.5%容積含水量；

水分測量精度：±2%容積含水量；

溫度測量范圍： -10 - 50℃；

溫度測量精度： ±0.5℃；

操作溫度：-10 - 50℃；

輸出類型：4到20mA，RS232，頻率和*的數字數據；

供電：標準電池或外部電源供電；6~26V，；平均電流150uA，峰值150mA（60ms測量時）

3.3 Th2土壤溫度傳感器

測量單點的溫度，可測量土壤，液體和氣體的溫度。細長的身體和尖利的頂端可減少土壤的影響，保持良好的傳熱性。特殊的結構可減少纜線溫度對測量結果的影響。

測量范圍：-50°C...+70°C

精度：±0,1 K at 0°C; ±0,2 K at ± 20°C; ±0,1 K at ± 40°C

感應區域: Length 15 mm ,? 5 mm

3.4 土壤水勢傳感器

3.4.1  TEROS 32 野外高精度土壤水勢、溫度張力計

原理：采用與植物根系從土壤中吸收水分相似的原理，當土壤中的水分減少，水勢降低時，埋置在土壤中的張力計管中的水分會從多孔的陶瓷頭滲出，此時張力計管中形成一定的真空度，通過測量張力計管中的真空度，就可以反映出土壤中水勢的變化。

水勢測量范圍：-80 ~ +50 kPa

準確度：±0.15 kPa

分辨率：0.0012 kPa

溫度量程：-30 ~ +60 kPa

準確度：±0.1℃（-20℃~40℃）;±1℃（此范圍之外）

分辨率：0.001 ℃

輸出：SDI-12

尺寸：總長400 mm、800mm、1200mm 可選，特殊尺寸可定制

直徑：25mm  

3.4.2 EQ3土壤水勢、溫度傳感器

原理：精密的土壤水分探頭植入在多孔滲水材料中，該材料的土壤水分和水勢的關系已知且穩定。探頭插入土壤后，土壤水勢迅速達到平衡，土壤水分探頭測量該材料的水分含量并轉化成土壤水勢。

測量參數：土壤水勢（基質勢）和土壤溫度

土壤水勢測量范圍：0~-1000 kPa (-10bar)

土壤水勢精度：±10 kPa（0to-100kPa）； 讀數的10％（-100 to-1000kPa）

土壤溫度測量范圍：0 to 40°C

土壤溫度精度：±0.5℃（0~40℃），±0.75℃（-20 ~ + 60℃）

輸出：0~1.0 V

供電：5-14 V，18mA/s

防水等級：IP68

尺寸：長181 mm，直徑40.5 mm

重量：0.3kg

傳感器校準：建議每2年校準1次（取決于使用情況） 

3.4.3  EQ系列土壤水勢傳感器

測量范圍：0 到–1500 kPa (0 到 –15 巴)

精度：0 kPa 到-100 kPa: ±10 kPa；-100 kPa 到 -1500 kPa: 10%

使用條件：除過電導率大于 1 mS/cm的鹽堿土外，可用于所有土壤

輸入輸出：輸入： 5-15 V 直流電壓,  最大 23 mA,；輸出: 100 -800 mV 直流電壓

外殼：不銹鋼，尺寸重量：17 cm × 4 cm × 2 cm, 標準電纜長度：5 m,  最多可延長至100 m, 350 g

4、數據采集器

4.1 DT 數據采集器

一款堅固、獨立、低能耗的數據采集器，具有支持U盤、18位分辨率、通訊性能可擴展及內嵌顯示屏等特性。DT80的雙通道隔離概念可同時使用多達10個隔離或15個共用參考模擬輸入，配置擴展模塊后最多可通道可擴展至600個。

DT系列數據支持SDI-12傳感器組網，支持SCADA系統的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V電源為傳感器供電。工作溫度可達-45℃。

處理器：采用18位A/D轉換器,精度±0.025%

存儲：128Mb可無限擴展，內存可存儲130,000個讀數，可使用PC卡或閃存可（可存儲65,000個讀數）

U盤存儲：兼容USB1.1或USB2.0驅動，每兆約90,000采集數字點

LCD液晶顯示，2線16字母的LCD液晶顯示和6個按鍵用于查看通道及數采狀態和功能執行

通訊：RS232、USB、以太網等

采樣間隔：10ms至天，可自定義

輸出值種類：平均值, 最大值, 最小值, 取樣值 (Sample), 向量值, 累計值 ( Totalize )等

工作溫度范圍-45~70℃，工作濕度85%（無水汽凝結）

時鐘精準度：約±1分鐘/年0-40℃；約±4分鐘/年-40-70℃

供電電壓：10~30VDC

4.2 ENVILog 數據采集器

CPU：32位處理器FPU，180MHz

模擬通道：8個模擬輸入通道，可定制擴展到100個  

數字通道：24個，其中8個DI口、16個DO口

計數通道：12個，8個 32位低速計數端口，最大計數速度10Hz；4個 32位高速計數輸入，最大計數速度100KHz

串行通道：4個SDI-12總線端口、1個RS232端口（可定制擴展）、2個RS485端口（定制可擴展）

計算通道：使用變量和各種函數的表達式對模擬通道、數字通訊和串行傳感器通道的數值進行計算；函數包括有算術函數、三角函數、關系函數、邏輯函數和統計函數等。

報警：條件、延遲、動作等多種模式

采集頻率：1s-1天 可設置

顯示：2.54’OLED屏，8個按鍵可查看實時數據

狀態指示燈：6個，包括采集狀態、存儲指示、警告顯示和電源指示，內部電池充電指示和充滿指示

內存：內置512MB（約1千萬個數據）；可插拔U盤，最大支持32G容量

通訊：USB、以太網、RS232、RS485；支持U盤下載數據

無線功能：內置4G DTU模塊，全網通，支持ENVIData云平臺；內置WIFI模塊

時鐘精度：±5分鐘/年

供電：9-30v DC，

功耗@12Vdc：<1mA(待機)，100mA（運行)。

尺寸：202*136*77mm

重量：1Kg

工作條件：溫度-45℃到+70℃，濕度0-85%RH不冷凝的

5、ENVIdata數據傳輸和管理平臺（云平臺）

該系統直接將數據傳送到ENVIdata數據服務器上，通過對監測的生態環境因子的時序變化和相關性分析，確定監測對象的狀態發展。 

ENVIdata 服務器軟件既可以作為獨立的應用軟件，運行在用戶的服務器上；也可以運行在澳作公司安全的服務器上，為多個用戶提供數據接收服務，同時幫助用戶監控野外測點硬件系統的運行狀態。

澳作公司ENVIdata系列生態環境監測系統是業內成功獲得 ISO9001國際質量體系認證，于2010年獲得 ISO9001 質量認證書，至今全部通過專家的年度復核，確保系統集成的品質

用戶采用用戶名和密碼登陸，只要能上網，就能瀏覽實時和歷史數據

特點：

1） 生態環境信息以各種時間間隔 （分鐘、每小時、每天）發送到網站上。

2） 用戶只要能上網，既可瀏覽實時數據。

3） 中心服務器中文界面，便于操作和管理

4） 提供多參數、實時或歷史數據曲線圖

5） 系統提供多站點地圖顯示

ENVIdata 數據服務平臺已為國內的客戶服務多年，系統穩定、可靠。

6、支架

兩種支架可供選擇，三角支架（圖一）和十字底座支架（圖二）

建議根據場地條件選擇：

1、 三角支架，整體比較大氣、平穩，適合安裝在平整的場地中，整體高度約2.3米；

2、 十字底座支架，占地范圍更小，適宜安裝在林地或有坡度的場地中。

圖一：                                          圖二：

7、產地： 德國、中國