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北京澳作生态仪器有限公司
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ENVIdata-DT 杆式土壤水温盐水势系统
背景
土壤水分是植物水分的直接来源，植物吸收土壤中的水分、有机质等营养物质，进行生长。同时，土壤水分含量的多少，又决定着植物的生长状况的好坏。因此，测量土壤水分有着重要的实际意义。目前，国内外有很多土壤水分测定方法。
杆式土壤水温盐传感器可以同时测量不同土壤剖面深度的水分、温度、盐分。杆式传感器的优点是对土壤的扰动少。
该系统通过实时、连续、原位监测土壤水分、温度、水势的变化，是土壤水动力学的基础研究设备。广泛应用于农田蒸散、作物耗水、森林水文、湿地水文、草原生态、水土流失、环境污染、水循环研究等领域。
系统工作原理及特点
ENVIdata-DT杆式土壤水温盐水势系统由数据采集器，杆式土壤水分、温度、盐分传感器，土壤水势传感器组成。按用户设定的测量间隔定时、自动测量土壤水分、温度盐分和土壤水势。
该系统通过Internet传输数据，用户无需到测点下载数据，只要能上网，可随时查看系统运行情况、下载**和历史数据。
1、杆式土壤水分、盐分传感器
PICO-T3P、PICO-Profile
Trime-PICO探头采用TDR原理，是市场上**的管式TDR探头。TDR 杆式土壤水分、盐分传感器 ，精度**。
Trime-PICO探头的结构和原理
如右图：PICO-PROFILE与PICO-T3P测量单元可测量很大的区域。使用1GHz的TRIME TDR技术，会有一个可控的雷达信号在两个波导间以接近光速的速率传播，沿着探管的表面，会形成一个很大的片状电磁波区域，这与CT扫描很相似，电子的波导与探管壁紧密的接触，二者之间没有空隙，这样就保证了测量区域的**化，不会受到空气对信号的减弱，这对异质性高的土壤测量十分重要。采用的 IGHz TDR 技术 确保Trime-PICO 土壤水分传感器在测量土壤水分的过程中，不受土壤温度、电导率的影响。TDR能在结冰下测定土壤水分。测量的土体电导率可直接换算成土壤盐分，这是电容式或频域FD 水分传感器技术无法实现的。
技术指标
土壤水分测量范围 | 0—100% | ||
电导率范围 | 0-6dS/m | 6-12dS/m | 12 -50dS/m(close to sea water) |
0-40%测量精度 | ±2% | ±3% | 需要材料特殊标定 |
40-70%测量精度 | ±3% | ±4% | |
测量重复精度 | ±0.3% | ±0.5% | |
操作温度范围 | -15℃~+50℃（可定制其他温度量程） | ||
测量体积 | 3L（200mm x Ф150mm） | ||
适用土壤 | 非均质土壤 | ||
传感器（波导体）长度 | 200mm | ||
电缆长度 | 标配3.5m的7芯缆线 | ||
标定 | 出厂按矿物质土标定。用户可自行使用TrimeTool进行重新标定，*多可做15条自定义标定曲线 | ||
测量管内/外径 | 42mm/44mm | ||
测量管长度 | 0.6m， 1m，1.5m， 2m，2.5m， 3m | ||
供电要求 | 7-24VDC | ||
耗电情况 | 2.3s测量过程中，12V时，为100mA | ||
PR2/4、PR2/6
PR2使用新的**传感技术使得它可以精确测量土壤**含水量。广泛适用于多种类型的土壤。
原理：
仪器发射一定频率的电磁波，电磁波沿探针传输，到达底部后返回，检测探头输出的电压，由于土壤介电常数的变化通常取决于土壤的含水量，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。
技术指标
传感器类型 | PR2/4 PR2/6 |
测量值 | 体积含水量m3.m-3（%vol） |
测量范围 | 0-0.4 m3.m-3保证精度 0-1 m3.m-3全量程 |
测量精度 | ±0.04 m3.m-3（0-40℃）针对土壤进行特殊标定 ±0.06 m3.m-3（0-40℃）使用通用的标定曲线 |
含盐量容忍度 | 600ms.m-1（孔隙水电导率） |
温度范围 | 0-40℃保证精度指标 -20-70℃可操作范围，IP67防水等级 |
响应时间 | 小于1秒 |
供电 | *小：5.5V DC（2米缆线时） 7.5V DC（100米缆线） **：15V DC PR2/4耗电<80mA PR2/6耗电<120mA |
输出 | 4（PR2/4）或6（PR2/6）个模拟电压值。0-1V 对应0-60m3.m-3 |
缆线 | 屏蔽9芯线，标配2米缆线，和M12（IP68接头） 扩展缆线：5米，10米，25米，*长100米 |
材料 | 25.4mm聚碳酸脂，不锈钢 |
尺寸 / 重量 | PR2/4：长：750mm 重量：0.6Kg PR2/6：长：1350mm 重量：0.9Kg |
EnviroPro 杆式水、温、EC传感器 原理 采用电容原理，每隔10cm测量土壤剖面的水分、温度和电导率。每个探头内间隔10cm 的传感器封装在环氧树脂中，完全防水、防腐蚀。系统免维护，运行费用低。土壤水分数据采用土壤电导率补偿方法，提高土壤水分数据的测量精度。4层（40cm），8层(80cm)，12层(1.2米)，16层（1.6米）可 特点 | EnvirPro 0.4，0.8，1.2，1.6米 |
l可测量各种土壤类型的土壤水分、温度、盐分
l测量得到的土壤水分值是经过温度和电导率补偿后的值，更精确。
l材料防水，可全部埋入地下
参数 | 范围/规格 | 精度/响应时间 |
测量原理 | FD原理 | |
供电 | 6-14V DC | |
传感器深度 | EP100C-04：40cm EP100C-08：40cm EP100C-12：120cm EP100C-16：160cm | 10cm一层 |
接口 | TLL/RS232 或 SDI 12 | |
电池耗电 待机状态 测量过程 数据传输 | 300uA 60mA 18mA | 1.4S 0.4S |
土壤水分 | 0-100%体积含水率 | ±1% |
土壤温度 | -10 - 60℃ | ±1℃ |
土壤盐分 | 0-6 ds/m | ±5% |
直径 | 34.5mm | |
安装方法 | **孔径37mm，混合砂浆 | |
维护 | 无需 |
Th3 杆式土壤温度传感器
同时测量土壤剖面5cm， 10cm，20cm， 30cm，50cm 和100cm 6个不同层面的温度曲线变化。
技术指标：
l测量范围：- 50°C...+70°C
l精度：±0，1 K at 0°C; ±0，2 K at ± 20°C; ±0，1 K at ± 40°C
l测量顶端材质：塑胶 IP68
l缆线长度：10m
l多种数据显示方式：数据，表格，图形。
l供电：7.2V可充电电池
2、土壤水势传感器
T系列
原理
负压法，采用与植物根系从土壤中吸收水分相似的原理，当土壤中的水分减少，水势降低时，埋置在土壤中的张力计管中的水分会从多孔的陶瓷头渗出，此时张力计管中形成一定的真空度，通过测量张力计管中的真空度，就可以反映出土壤中水势的变化。
T8多用途张力计 | T4 张力计 | T5 张力计 |
EQ系列
测量范围：0 到–1500 kPa (0 到 –15 巴)
精度：0 kPa 到-100 kPa: ±10 kPa；-100 kPa 到 -1500 kPa: 10%
使用条件：除过电导率大于 1 mS/cm的盐碱土外，可用于所有土壤
输入输出：输入： 5-15 V 直流电压， ** 23 mA，；输出: 100 -800 mV 直流电压
外壳：不锈钢，尺寸重量：17 cm × 4 cm × 2 cm， 标准电缆长度：5 m， *多可延长至100 m， 350 g
数据采集器
DT系列数据采集器是一款坚固、独立、低能耗的数据采集器，具有支持U盘、18位分辨率、通讯性能可扩展及内嵌显示屏等特性。
DT80的双通道隔离概念可同时使用多达10个隔离或15个共用参考模拟输入，配置扩展模块后*多可通道可扩展至600个。DT系列数据支持SDI-12传感器组网，支持SCADA系统的Modbus、 FTP和Web接口、具有可控12V电源为传感器供电。工作温度*低可达-45℃。
技术指标
**扫描速率：25Hz
处理器：采用18位A/D转换器，精度±0.025%
存储：128Mb可无限扩展，内存可存储130，000个读数，可使用PC卡或闪存可（可存储65，000个读数）
U盘存储：兼容USB1.1或USB2.0驱动，每兆约90，000采集数字点
LCD液晶显示，2线16字母的LCD液晶显示和6个按键用于查看通道及数采状态和功能执行
通讯：RS232、USB、以太网等
采样间隔：10ms至天，可自定义
输出值种类：平均值， **值， *小值， 取样值 (Sample)， 向量值， 累计值 ( Totalize )等
工作温度范围-45~70℃
时钟精准度：约±1分钟/年0-40℃；约±4分钟/年-40-70℃
供电电压：10~30VDC
工作湿度85%（无水汽凝结）
DT80：
模拟输入：15个单端通道（10个差分）
脉冲通道：12个
数字I/O口：8个
SDI12口：4个
DT82E：
模拟输入：6个单端通道（4个差分）
脉冲通道：8个
数字I/O口：4个
SDI12:1个
RS232:1个
DT82I：
模拟输入：6个单端通道（4个差分）
脉冲通道：8个
数字I/O口：4个
RS232:1个
RS485/422/232:1个
DT85：
模拟输入：48个单端通道（32个差分）
脉冲通道：15个
数字I/O口：8个
RS232/422/485:1个
RS232:1个
ENVIdata数据传输和管理
该系统直接将数据传送到中国生态数据网上，通过对监测的生态环境因子的时序变化和相关性分析，确定监测对象的状态发展。
ENVIdata 服务器软件既可以作为独立的应用软件，运行在用户的服务器上；也可以运行在澳作公司安全的服务器上，为多个用户提供数据接收服务，同时帮助用户监控野外测点硬件系统的运行状态。
澳作公司ENVIdata系列生态环境监测系统是业内**成功获得 ISO9001国际质量体系认证，于2010年获的品质
得 ISO9001 质量认证书，至今全部通过专家的年度复核，确保系统集成的品质 用户采用用户名和密码登陆，只要能上网，就能浏览实时和历史数据 特点： 1） 生态环境信息以各种时间间隔 （分钟、每小时、每天）发送到网站上。 2） 用户只要能上网，既可浏览实时数据。 3） 中心服务器中文界面，便于操作和管理 4） 提供多参数、实时或历史数据曲线图 5） 系统提供多站点地图显示 | ENVIdata 生态环境信息系统页面 |
登录页面 | 用户选择时间段绘制数据变化曲线 |
历史数据浏览和下载 | 视频显示界面 |
ENVIdata 数据服务平台已为国内的客户服务多年，系统稳定、可靠。
支架
两种支架可供选择，三角支架（图一）和十字底座支架（图二）
图一 | 图二 |
建议根据场地条件选择：
1、 三角支架，整体比较大气、平稳，适合安装在平整的场地中，整体高度约2.3米；
2、 十字底座支架，占地范围更小，适宜安装在林地或有坡度的场地中。
应用案例
北京师范大学采用我司的ENVIdata-DT 杆式土壤水温盐水势系统是由高精度土壤水分、土壤水势传感器及数据采集系统组成的一套完整的自动监测系统，实验设计6种不同土壤及肥料配比的玻璃土柱，并配备对应的6个对比土柱进行观察，研究不同化肥在不同灌水情况下的沉降规律以及土壤剖面分布情况。ENVIdata-DT 杆式土壤水温盐水势系统以精准可靠的实验数据为用户实验的完成提供了科学的观测数据。
现场照片
数据曲线
安装调试时期土柱2的土壤水分数据，从图中可以看出各土壤剖面水分数据基本稳定
安装调试时期土柱2的土壤温度数据，从图中可以看出土壤表层温度变化与日照时间的变化相当吻合
参考文献
1 杨素苗;灌溉方式对红富士苹果根系水分生理特性影响的研究[D];河北农业大学;2011年
2 张丹;区域旱情中长期预报及农业干旱风险综合评价[D];大连理工大学;2011年
3 韩磊;黄土半干旱区主要造林树种蒸腾耗水及冠层蒸腾模拟研究[D];北京林业大学;2011年
4 高凤月;毛乌素不同类型沙地油蒿种群无性扩散模式的研究[D];内蒙古大学;2011年
5 高海林;阴山北麓草原区低缓坡面土壤水循环特征研究[D];内蒙古师范大学;2011年
6高建华;胡振华;;土壤水分基础理论及其应用研究进展[J];亚热带水土保持;2011年03期
