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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(yǎng)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(xù)、原位監(jiān)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(tài)、水土流失、環(huán)境污染、水循環(huán)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(fā)射源。傳輸時間在10ps-2ns間。IMKO發(fā)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(qū)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(fā)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(chuàng)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(jiān)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(yè)，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(jiān)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(jié)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(huán)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(jiān)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(fā)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(wěn)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(qū)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(wěn)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(tài)和功能執(zhí)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(tài)指示燈：6個，包括采集狀態(tài)、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(jiān)測的生態(tài)環(huán)境因子的時序變化和相關性分析，確定監(jiān)測對象的狀態(tài)發(fā)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(jiān)控野外測點硬件系統的運行狀態(tài)。

澳作公司ENVIdata系列生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統是業(yè)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(tài)環(huán)境信息以各種時間間隔 （分鐘、每小時、每天）發(fā)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(wěn)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(wěn)，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