土壤水分两种测量技术（TDR与Capacity）在原理上的真正区别在哪里？

2_副本.png 介电常数是土壤的一种特性。纯水是不导电的。介电常数量化了物质的电荷保持能力。根据高斯定律（Gauss Law），介电常数是电荷和其电场的比值。例如，如果两块导电板被空气隔开并连接到电池上，电子就会在正极上累积，离开负极，并在正极之间形成电场。每单位电压的电荷量由板间介质的介电常数决定。如果将导电平板浸泡在水中，存储的电荷数量将增加80倍(水在室温下的相对介电常数为80)。因此，通过电压变化导致两块导电板之间的电流变化，我们可以得到导电板之间介质的体积介电常数。并且由于水是土壤的介质，我们就可以推算出土壤中的水含量。通过这种方法确定水含量的技术，称之为电容式探头，或者高斯探头。

尽管电容式探头，比传统的探头测量更加可靠，但是它们不可避免一个缺陷，即为土壤电导率带来的误差。土壤中的电子流会严重干扰上述电容方法中的电流和电场，会造成介电常数和含水量被高估。即便进行补偿，也会因为两个变量不正相关，而导致结果是徒劳的。传感器的精度可以在现场校准，但由于电导率的变化，传感器对读数错误的反应无法补偿。

而还有另一条基本物理定律可以用来测量介电常数，它不受电导率的影响。这就是描述电磁波传播的安培/法拉第定律(Ampere/Faraday Law)。光传播的速度取决于物质的两种特性:介电常数和磁导率。几乎所有的土壤都是非磁性的，因此土壤中的光速只受介电常数的控制。电导率对光速没有影响，但会使波衰减。如果我们能测量土壤中的光速，我们就能找到介电常数而不受土壤电导率的干扰技术方法，但我们需要能够对发生在十亿分之一秒内的事件进行准确的时间测量，准确度和分辨率在万亿分之一秒内。而且，尽管土壤的导电性会导致电磁波衰减，我们还需要能够测量能量到达的时间。这就是现在流行的TDR技术。