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为什么安装至关重要

如果想要获得准确的数据，正确安装传感器应该是首要任务。在土壤中测量时，密度的自然变化可能会导致 2% 至 3% 的精度损失，但安装不当可能会导致 10% 以上的精度损失。正确的传感器安装是采集数据的基础。如果基础不牢，就很难解读数据。本文将介绍如何更快、更好、更准确地安装土壤水分传感器。 学习：

• 安装传感器时应注意的事项
• 安装故障在数据中的表现
• 土壤水分传感器安装的优先顺序
• METER 如何推进安装科学以获得更高质量的数据

了解您的传感器

要理解为什么传感器安装不当会对数据质量产生巨大影响，您需要了解土壤湿度传感器的工作原理。

土壤水分传感器（含水量传感器）测量体积含水量。体积含水量 (VWC) 是水的体积除以土壤的体积（等式 1），得出土壤样本中水的百分比。

因此，举例来说，如果一定体积的土壤（图 1）由以下成分组成：50%的土壤矿物质、35%的水和 15%的空气，那么该土壤的体积含水量为 35%。

电容传感器的工作原理

所有 METER土壤水分传感器都使用一种称为电容技术的间接方法来测量 VWC。"间接 "是指测量与 VWC 相关的参数，并通过校准将该参数转换为 VWC。简单来说，电容技术使用两个金属电极（探针或针头）来测量它们之间的电荷储存能力（或表观介电常数）。

表 1 说明，每种常见的土壤成分都有不同的电荷储存能力。在土壤中，大多数成分的体积都会随着时间的推移而保持不变，但空气和水的体积则会波动。

表 1.常见土壤成分的电荷储存能力（表观介电常数

由于空气几乎不储存电荷，而水储存大量电荷，因此可以测量土壤电荷储存能力的变化，并将其与土壤中的水量（或 VWC）联系起来。(有关电容技术的更详细解释，请观看土壤湿度 201）。

影响量对数据的影响

影响体积（图 3）是指传感器针发出的电磁场测量到的土壤面积。图 2（上图）显示了电磁场相对强度的近似值。请注意，传感器的大部分灵敏度都在探针的几毫米范围内。在这个电磁场内的任何东西都会影响传感器的输出，但是，探针附近水的百分比对传感器响应的影响要大于探针以外的区域。

不惜一切代价避免气隙

由于介质土壤水分传感器（TDR、FDR、电容式）的影响范围在针头附近最为敏感，因此要获得高质量的土壤水分数据，就必须避免出现土壤与传感器接触良好的空气间隙。此外，在安装过程中尽可能减少对土壤的扰动也很重要，这样才能获得有代表性的测量结果。将传感器安装到受扰动的土壤中（例如从坑中取出的一堆土壤）很少是个好主意，但却是缺乏经验的研究人员常犯的错误。

阅读"场地干扰影响数据的 5 种方式"

数据中的气隙是什么样的

方案 1：潮湿土壤中的空气间隙

图 4 是一个很好的安装示例。这是一个来自稻田的数据集，显示了三个不同的土壤湿度传感器安装在土壤中约 7.5 厘米的位置。

Y 轴为体积含水量（百分比），X 轴为天数。黑色实线为稻田持续被水淹没的位置。灰色实线表示研究人员将土壤干燥到 35% 的体积含水量。虚线表示土壤干燥至 25%VWC。请注意，起初传感器与传感器之间的变化率大约在 1%以内。这正是您希望看到的在相同土壤类型中相同水分条件下的结果。

不过，这位研究员注意到，在后来的洪水中，处理的饱和度比开始时高得多。这是为什么呢？这些传感器安装在具有高收缩和膨胀能力的粘土蛭石中。在这种土壤中，当土壤变干时，会出现大裂缝。当土壤裂开并为更多的水靠近针头提供空隙时，读数会更高，因为水的介电强度为 80，远高于土壤。这也是一个很好的例子，说明如果传感器安装不当，会在饱和端土壤中留下气隙。

方案 2：干燥土壤中的气隙

图 5 显示的是在内华达州非常干燥的高孔隙率、粗基质土壤中安装近地表设备的时间序列。

深蓝色轨迹显示的是安装在植物下方的传感器，浅蓝色轨迹是安装在离植物较远位置的传感器。图 5 是干燥土壤中没有安装问题的良好数据集。

图 6 是附近一个地点的时间序列，采用了相同的实验设计，显示了不同的情况。请注意，在植物下方发生的情况与远离植物的情况之间存在巨大差距。这说明出了问题。在某些地方，VWC 低于 0%，根据定义，这是土壤可能达到的最低值。但请记住，空气的介电强度低于土壤。因此，这可能意味着传感器受到了空气的影响。这可能是校准问题，但可能性较小，因为安装在附近的相同传感器的性能略有不同。因此，这些数据要么表明传感器针头附近存在空气间隙，要么表明传感器太靠近表面而将电磁场发射到空气中，要么表明传感器受到了干扰。

如何正确安装土壤水分传感器

获取高质量数据始于实际安装之前。以下是人们在设计研究时常犯的一些错误，这些错误不仅会耗费时间和金钱，还可能导致数据无法使用。

• 场地特征：对现场、其可变性或指导数据解释的其他有影响的环境因素了解不足
• 传感器位置：传感器安装的位置与研究目标不符（例如，在土壤中，传感器的地理位置和在土壤剖面中的位置都必须与研究问题相符）
• 传感器安装：传感器安装不正确，导致读数不准确
• 数据收集：传感器和记录仪没有得到保护，也没有定期检查数据，以保持数据记录的连续性和准确性
• 数据传播：其他科学家无法理解或复制数据

在设计研究时要考虑这些问题，并使用以下最佳实践来避免未来的问题。

安装前准备节省时间和金钱

在去实地考察之前，先在实验室安装几个传感器，在不同的土壤类型中读取数据。这样就能充分了解不同情况下的土壤湿度值。这还有助于您了解正确的安装方法、安装可能需要多长时间、需要哪些工具以及任何问题，例如传感器可能读数不正确。准备一个专用的安装工具箱，里面装满拉链、钳子、记号笔、手电筒和电池等重要工具。这样可以节省来回奔波的时间。

如果使用需要编程的数据记录仪，请提前两周学习编程语言，确保了解如何为记录仪编写程序。即使是即插即用的cloud 数据记录仪，也需要做一些准备工作，例如确保研究地点在手机信号塔的范围内。 ZL6也需要进行准备工作，例如确保研究地点在信号塔范围内。

元数据：洞察力的关键

在研究地点记录的元数据越多，您就能更好地理解数据。在每个传感器上标注传感器类型、安装深度以及其他重要信息。如果要安装数百个传感器，可以购买电子标签设备给传感器贴上条形码，胶带和永久性记号笔也可以。将标签塞入数据记录器内，以防风雨侵蚀。

数据记录器 ZL6数据记录器会自动记录重要的元数据，如 GPS 位置、气压和传感器序列号，并将其保存到cloud 。 ZENTRA Cloud您还可以记录用户输入的元数据，如土壤类型、土壤密度、覆盖类型、测量间隔、使用的原始数据和校准类型、传感器深度、选址说明等。这些信息在发布时非常重要，将其放在一个基于cloud 的共享位置（如ZENTRA Cloud ）会省去很多麻烦。

下载免费的场地特征描述工作表

此外，土壤温度或小气候监测等辅助测量也是元数据的另一个来源。ATMOS 41等多功能气象站可自动记录天气事件，是基准或地面实况土壤湿度、水势或其他数据的重要途径。

土壤与传感器的接触是最重要的因素

图 7 是传感器正确安装在土壤剖面上的示意图（从钻孔向下看），土壤与传感器接触良好。

要获得良好的土壤湿度数据，土壤与传感器的接触是最重要的一点，因为如前所述，探头旁边的前几毫米对读数的影响最大。

使用小型手动钻和 METER 的钻孔设备进行钻孔安装时，钻孔直径仅为 10 厘米，仅为沟槽面积的 2-3%。 TEROS Borehole Installation Tool钻孔直径仅为 10 厘米，仅为沟渠面积的 2-3%。由于对场地的扰动最小，因此受到扰动的大孔隙、根系和植物较少，场地可以更快地恢复到自然状态。在小钻孔内使用安装工具时，即使是在坚硬的土壤中，也能确保土壤与传感器之间的良好接触。由于需要分离的土壤较少，小钻孔可以更容易地分离地层，并按照正确的土壤密度重新包扎。

电缆保护让您高枕无忧

图 7 还显示了捆绑、埋设和护套在导管中的传感器电缆。不惜一切代价保护传感器对研究至关重要。重要的是要将暴露在外的传感器电缆包在 PVC 管、电线编织袋或柔性电线管内，并沿着数据记录器柱子向上延伸约 60 厘米（2 英尺）。这样可以防止啮齿动物、拖拉机或铲子的损坏。使用UV 耐拉链扎带将电缆整齐地绑在柱子上，使其紧紧固定，但不会拉扯数据记录器（确保有一些应力释放装置）。

埋葬前检查

传感器安装完毕后，在关闭钻孔或沟渠之前，用ZSC 检查传感器，这种微型工具可以在智能手机上即时读取数据，确保传感器读数准确。在收集了一季的不良数据后，再挖出传感器会很痛苦。

随着时间的推移，要尽可能经常地检查数据，以排除故障，防止出现可能对研究项目不利的问题。 ZENTRA Cloud和 ZL6让您每天都能对数据进行故障排除并绘制图表。只需花上两三分钟来发现趋势或错误，就可以避免数周的数据丢失。 您甚至可以设置ZENTRA Cloud 警报，在出现问题时向您发送通知。

安装时应避免的事项

图 10 举例说明了安装传感器时的注意事项。

这些是安装在岩石土壤中 10 厘米（4 英寸）钻孔中的传感器，传感器是用手推入的。在这种情况下，研究人员很难将右下方的传感器推入，因此存在 2 厘米（近一英寸）的空气间隙。这肯定会影响数据质量。他试着把传感器移到不同的地方，但每次都会碰到石头。最后，他在传感器周围垫上了土，虽然这并不是理想的情况，但在这种情况下，他也只能这样做了。

观看出色的传感器安装

以下视频展示了TEROS 土壤湿度传感器的最佳安装方法。

ZENTRA 系统--更高质量的数据，事半功倍

我们创建了ZENTRA 系统，以减少获取高质量土壤水分数据所需的时间和精力。ZENTRA 是一个由传感器、记录仪和软件组成的完整系统，易于部署，几乎不需要维护，近乎实时的数据触手可及，因此您可以发布更多信息，减少工作量。具体方法如下：

安装工具：更好、更快地安装

要实现土壤与传感器之间的良好接触，且无空气间隙，就必须将传感器直接推入侧壁，且不得有任何晃动。METER 的钻孔安装工具使这一切变得更加容易。该工具利用机械优势，将TEROS 土壤水分传感器直接推入难处理土壤的侧壁，在更短的时间内实现土壤与传感器的最大接触。

ZSC 简化了安装工作流程

在传感器安装过程中，新的ZSC 蓝牙传感器接口可让您在安装传感器时监测传感器读数。

它可通过智能手机上的蓝牙提供实时无线读数。读出值显示在ZENTRA Utility Mobile 中，帮助您在重新灌孔或开沟前发现安装问题（传感器与土壤接触不良、气穴、石块等）。

该 ZSC也解决了 SDI-12 的难题。您可以使用 ZSC找出问题传感器的确切位置。此外，ZSC 还允许用户为数字传感器分配 SDI-12 地址，以方便 SDI-12 编程。

ZENTRA Cloud 速度故障排除

ZENTRA Cloud与ZL6 数据记录器配合使用，让您在办公室就能远程管理数据记录器、修复设置错误和重新配置传感器，从而避免了不必要的实地考察和时间浪费。

您甚至可以使用ZENTRA Cloud 来确保技术人员正确完成了所有必要的现场任务。如果一名研究生离开了您的项目，您不必再担心数据会随他而去。ZENTRA Cloud 为您提供了一个简单的地方，用于存储研究期间的所有数据。

ZL6 会自动记录重要的元数据，如传感器类型、序列号、固件版本和记录仪位置，并将其保存到cloud 。这些元数据以及用户输入的元数据（如传感器深度和传感器高度）将成为数据记录的永久组成部分，永远不会丢失。此外，cloud 实时数据使与许多不同利益相关者共享数据变得轻而易举。

TEROS 传感器消除精度障碍

我们创建了新的TEROS 传感器系列，作为ZENTRA 系统的一部分，以消除实现良好精度的障碍，如安装不一致、传感器之间的差异以及传感器验证。

TEROS 土壤水分传感器与整个ZENTRA 系统协同工作，超越了前代产品，不仅优化了传感器的精度，还优化了整个数据集的精度。它们将一致无误的安装与安装工具、极其坚固的结构、最小的传感器间可变性、大量的影响、验证标准和先进的数据记录结合在一起，以您可以承受的价格提供最佳的性能、精度、易用性和可靠性。

表 1. TEROS 传感器比较

请观看下面的视频，了解土壤湿度专家 Leo Rivera 详细解释我们为何花费 20 年时间开发出全新的TEROS 含水量传感器系列。

少花钱多办事

TEROS 传感器系列利用先进的校准技术、安装工具和更好的原材料，生产出更耐用、更精确、安装更方便快捷、更一致的传感器，并与功能强大、直观的近实时数据记录和可视化系统相连接。 ZENTRA Cloud.

查看所有 TEROS 传感器

如何解读土壤水分数据

深入了解土壤水分。在下面的网络研讨会中，科林-坎贝尔博士将讨论如何解读令人惊讶和有问题的土壤水分数据。他还讲授了在不同土壤、地点和环境条件下应注意的事项。

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测量土壤湿度所需的一切信息，尽在这里。

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