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土壤傳感器系列：CS650/655土壤水分、電導(dǎo)率與溫度傳感器
發(fā)布時(shí)間：2021-04-22 瀏覽次數(shù)：1359 來源：歐美大地
歐美大地代理品牌Campbell Scientific為土壤狀況監(jiān)測(cè)提供了多種傳感器選項(xiàng)，具體有哪些類型和型號(hào)的傳感器呢？下表簡要地列出了這些傳感器或測(cè)量系統(tǒng)的具體型號(hào)和測(cè)量參數(shù)。
 
Campbell Scientific土壤傳感器型號(hào)及測(cè)量參數(shù)
 

CS650/655土壤水分傳感器

 
基本測(cè)量原理
與時(shí)域反射法（TDR）等技術(shù)一致，CS650/655也是基于介電原理來測(cè)量土壤含水量的，即在組成土壤的不同物質(zhì)中，水的介電常數(shù)（80左右）遠(yuǎn)大于其它組分（空氣、土壤礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等），因此可以通過測(cè)量土壤整體介電常數(shù)即可推算出土壤含水量。
 
具體測(cè)量方法
CS650/655水分測(cè)量的主要元件為傳輸線振蕩器，振蕩器在接收到返回的脈沖信號(hào)會(huì)觸發(fā)下一個(gè)脈沖，如此循環(huán)最終平均信號(hào)傳輸時(shí)間乘以128即為周期平均時(shí)間（Period Average, PA, μs），PA與介電常數(shù)呈負(fù)相關(guān)；電導(dǎo)率則是通過測(cè)量加載在探針上100 kHz信號(hào)的衰減情況確定，即確定激勵(lì)源電壓與返回信號(hào)電壓之比（Voltage Ratio, VR），VR與電導(dǎo)率呈正相關(guān)；溫度測(cè)量由內(nèi)嵌在探頭中的熱敏電阻完成。
 
需要注意的是，電導(dǎo)率會(huì)對(duì)CS650/655信號(hào)傳輸時(shí)間的測(cè)量造成影響，電導(dǎo)率增大會(huì)導(dǎo)致增加信號(hào)傳輸延時(shí)，而傳感器在固件算法中綜合了電導(dǎo)率和PA兩者的測(cè)量結(jié)果來計(jì)算介電常數(shù)，最終通過Topp經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ娃D(zhuǎn)化為土壤體積含水量。
 
CS650/655在上一代傳感器的基礎(chǔ)上做出了哪些改進(jìn)？ 
CS650/655改進(jìn)自CS616，主要變化包括：
·優(yōu)化了傳輸線振蕩器等電路設(shè)計(jì)；
·增加了土壤電導(dǎo)率和溫度測(cè)量；
·傳感器信號(hào)輸出由方波模擬信號(hào)升級(jí)為SDI-12數(shù)字信號(hào)。
 
選擇CS650還是CS655？
CS650和CS655的主要差異在于探針長度（CS650：30 cm，CS655：12 cm）。探針長度越長，傳感器測(cè)量的區(qū)域越大；但同時(shí)長探針會(huì)導(dǎo)致更大的電磁信號(hào)損耗，具體體現(xiàn)為傳感器電導(dǎo)率的測(cè)量上限會(huì)由CS655的8dS/m降低為CS650的3dS/m。
 
常見問題
1.傳感器應(yīng)該水平還是豎直安裝？
建議水平安裝，因?yàn)镃S650/655在傳感器探頭內(nèi)（環(huán)氧樹脂部分）設(shè)有熱敏電阻測(cè)量土壤溫度，考慮到土壤溫度梯度，傳感器水平安裝時(shí)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)更能代表該深度下土壤的實(shí)際溫度。
 
2.傳感器輸出9999999或NAN
當(dāng)使用“M3!”SDI-12指令時(shí)，傳感器會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)測(cè)量結(jié)果超出合理范圍時(shí)，會(huì)將對(duì)應(yīng)測(cè)量結(jié)果輸出為9999999或NAN，此時(shí)并非傳感器發(fā)生故障，而是由待測(cè)對(duì)象的性質(zhì)導(dǎo)致的。如無需此類邏輯判斷，則可采用“M4!”指令。
 
3.CS650/655是否對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了溫度校正？
沒有。溫度對(duì)土壤水分和電導(dǎo)率的測(cè)定均有影響，其中溫度對(duì)土壤水分的影響較為復(fù)雜，涉及多種機(jī)制，且與土壤質(zhì)地相關(guān)，CS650/655的用戶手冊(cè)中提供了電導(dǎo)率和粗砂中含水量溫度校正的模型，可供參考。
 
Source：Campbell Scientific
 
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