一、历史
早在1939年,地质学家和土壤方面的科学家就发现,土壤的含水量与土壤的电介常数之间存在一种关系对应--这就是我们现在所说的
"时域反射技术"(简称TDR)。但在当时,由于缺乏必要的设备无法利用这一重要的原理。直到第二次世界大战雷达研究的迅猛发展,科学家把当时的雷达技术引入到对时域反射技术的研究领域。随着在20世纪60年代初商业的TDR示波器的研究成功,利用此项技术测试土壤体积含水率成为可能。今天,TDR
技术广泛的被各国科学家采用。
美国SEC公司最早开始这项新技术的研发工作,并且开发出目前世界上最先进的利用TDR技术(Au-TDR)的TRASE系统。
二、基本原理
土壤介电常数Ka与土壤水分体积含量的对应关系是通过大量的测试得到的,只要知道土壤的介电常数Ka值我们就很容易的得到水分体积含量,TRASE系统就是利用这一方法来测量的。
电子脉冲在TRASE一对并行的传输线路中(波导杆)的传输速度与环绕线路的周围环境或接触线路的材料的电介常数有关。电介常数越大,速度越低。当电磁脉冲在TRASE的一条并行线路里传输时,它类似于一束光。传输线路和周围介质的不连续性使某些微波能量沿线路反射回去,当脉冲到达传输线路的终点时,实际上所有剩余的脉冲能量全部沿线路反射回去,这非常类似于一束光在一个管子里传输而在该管子终点被一个镜子反射回去。这些特点使得人们有可能采用灵敏的电子元件,来测量一个微波脉冲沿一条埋在土壤中的已知长度的传输线路(即波导杆)传输所需要的时间。土壤的介电常数可以使用下面的公式来确定:
Ka=(tc/L)2
其中"L"是以厘米计的波导线的长度,"t"是以纳秒计的电磁波传输时间,"c"是以厘米每纳秒计的光速。"传输时间"定义为脉冲单方向从波导线的始端传到波导线的终端所需要的时间。
知道了电介常数Ka,我们就得到了土壤的体积含水量。TRASE还有一个重要的功能就是TDR 波形形式被显示在主机屏幕上或是电脑上,使人直观的看到脉冲在测试土壤中的变化。
三、TRASE系统
TRASE系统不仅适用于土壤,而且还适用于多种其他材料。(如其特有的8厘米长探头可以监测油脂的含水量)。TRASE系统完全是便携式设计不仅可以即插即测而且可以长时间放置于某一测试地点长时间自动监测,TRASE系统的多点测试功能,最多可以同时测量256个点。测量的周期由您自由设定,可以一分钟一次也可以一天一次,可以方便的精确完成您的自动设定。这要比同类产品多点测量节约大量的时间和提供更高的精度。
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TRASE系统I 主机
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Mini TRASE 主机
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TRASE系统配有专业软件,在主机显示屏或者掌上电脑中可以显示3 个主要屏幕功能(测量、数据和图形),界面友好,易于操作。主机可以存储4,000张图或者120,000
读数。容量还可以扩展, 全部数据被分配成为4 个动态的存储区,用户可以指定存储区域,使自己的数据和别人的分开,或是不同地域的采样数据彼此分开。
Trase是目前同类仪器中技术最先进,功能最完善,操作简便的一套高精度土壤水分测量设备。它不需要不断的补充耗材,体积小重量轻。主机外壳为高强度特殊材料制成,经久耐用。其多点埋入式探头设计是现今最精确,最高效的探测传感器,能和土壤紧密接触,这样就可以克服其他产品的管状探头与土壤接触不紧密从而带来的精度下降的弊端。TRASE系统特制的单一线缆长度最长可以达20米,电子脉冲经过线缆能量耗损最小。在实验室中,用户可以把探头长期按任意方向埋入自己的土柱中,在室外现场,可以做土壤剖面把埋入式探头插入到不同深度的土壤中。这样就能克服其他产品管状探头测量中只能垂直方向一定深度的多点测量的限制,更能体现用户的试验意图。