CS650/CS655/CS616 传感器测量原理及其注意事项

  CS650/655土壤水分传感器

基本测量原理

     与时域反射法（TDR）等技术一致，CS650/655也是基于介电原理来测量土壤含水量的，即在组成土壤的不同物质中，水的介电常数（80左右）远大于其它组分（空气、土壤矿物质、有机质等），因此可以通过测量土壤整体介电常数即可推算出土壤含水量。

具体测量方法

     CS650/655水分测量的主要元件为传输线振荡器，振荡器在接收到返回的脉冲信号会触发下一个脉冲，如此循环最终平均信号传输时间乘以128即为周期平均时间（Period Average, PA, μs），PA与介电常数呈负相关；电导率则是通过测量加载在探针上100 kHz信号的衰减情况确定，即确定激励源电压与返回信号电压之比（Voltage Ratio, VR），VR与电导率呈正相关；温度测量由内嵌在探头中的热敏电阻完成。

     需要注意的是，电导率会对CS650/655信号传输时间的测量造成影响，电导率增大会导致增加信号传输延时，而传感器在固件算法中综合了电导率和PA两者的测量结果来计算介电常数，最终通过经验模型转化为土壤体积含水量。

CS650/655在上一代传感器的基础上做出了哪些改进？

CS650/655改进自CS616，主要变化包括：

·优化了传输线振荡器等电路设计；

·增加了土壤电导率和温度测量；

·传感器信号输出由方波模拟信号升级为SDI-12数字信号

CS616 只能测量土壤含水量。

选择CS650还是CS655？

     CS650和CS655的主要差异在于探针长度（CS650：30 cm，CS655：12 cm）。探针长度越长，传感器测量的区域越大；但同时长探针会导致更大的电磁信号损耗，具体体现为传感器电导率的测量上限会由CS655的8dS/m降低为CS650的3dS/m。

常见问题

1.传感器应该水平还是竖直安装？

建议水平安装，因为CS650/655在传感器探头内（环氧树脂部分）设有热敏电阻测量土壤温度，考虑到土壤温度梯度，传感器水平安装时测得的温度数据更能代表该深度下土壤的实际温度。

2.传感器输出9999999或NAN

当使用“M3!”SDI-12指令时，传感器会对测量结果进行逻辑判断，当测量结果超出合理范围时，会将对应测量结果输出为9999999或NAN，此时并非传感器发生故障，而是由待测对象的性质导致的。如无需此类逻辑判断，则可采用“M4!”指令。

3.CS650/655是否对测量结果进行了温度校正？

没有。温度对土壤水分和电导率的测定均有影响，其中温度对土壤水分的影响较为复杂，涉及多种机制，且与土壤质地相关，CS650/655的用户手册中提供了电导率和粗砂中含水量温度校正的模型，可供参考。