1.2.4 FD法
荷兰Wageningen农业大学学者Hilhorst通过大量的研究，在1992年提出了频域分解（Frequency domain Decomposition，FD）的土壤水分测量方法。该法利用矢量电压测量技术，在某一理想频率下将土壤的介电常数（ε）进行实部和虚部的分解，通过分解出的介电常数虚部可得到土壤的电导率，由分解出的介电常数实部换算出土壤含水率。
Hilhorst等人在1993年设计开发出了一种用于FD土壤水分传感器的专门芯片，它不仅提高了FD土壤水分传感器的可靠性，而且大大地降低了其大规模生产成本，使FD土壤水分传感器从研究阶段逐步走向生产推广阶段。
该FD专用芯片的基本工作原理是同相检波。由同一正弦波发生器产生的正弦信号作为测试信号源和参考信号源，检波电路由阻抗变换电路和相位变换电路组成，相位变换电路可以精确地得到相位。信号源在阻抗输入通道产生电流iz，在参考通道产生电流ir。通过阻抗变换器将阻抗为Zx的探针接入阻抗输入通道，则探针两端的电压为uz。由于Zx可以等效为一个电容C和一个电导G的并联，所以它是复数形式，而它的相位将受到参考电流ir的影响，随其变化而变化。FD土壤水分测试仪的测量原理如图1-2所示。
图1-2 FD土壤水分测试仪测量原理
参考电流通过一个相位变换器的电阻或电容时，产生一个与阻抗变化器输出电压uz有一定关系的电压ur，这两个电压通过一个乘法器后，得到含有二次谐波的连续正弦信号。若令
uz=Uzcos（ωt+α） （1-8）
ur=Ursin（ωt+β） （1-9）(https://www.daowen.com)
这两个信号通过乘法器相乘的结果为
式（1-10）中前一项为乘法器输出信号的直流分量，后一项为交流分量，其频率为乘法器输入信号的2倍，通过低通滤波器可将其滤掉，则乘法器的输出变为
当参考电压幅值Ur一定时，乘法器的输出Uo是α与Uz的函数。通过设置参考电路的相位角β，使其依次等于0°和-90°，代入式（1-11）可得：
这样，通过参考通道的相位变换就可以计算出探头阻抗Zx的等效电容C和电导G。等效电容C和电导G的大小最终反映到介电常数ε和电导率σ上，对土壤水分测量来说，介电常数ε主要由土壤含水量来决定的。所以，通过探头阻抗Zx的等效电容C和电导G的计算可以求得土壤含水量。
Hilhorst从实验中得出理想的测试频率为20～30MHz之间。但在这个频率范围内土壤的介电常数受土质的影响又非常敏感，也就是说，此方法的测量结果受土质的影响比较大，这是它不可避免的缺陷。HeiInovaara的研究也证明了上述说法。基于FD法的传感器无论从仪器成本上还是从技术路线的实现难度上都远比驻波比法高，而测量精度又不及TDR。
