1.2.5 TDR法
TDR法是Feidegg等人在1969年关于多种液体介电特性的研究的基础上发展起来的。Topp和Davis于1975年首次将其用于土壤水分测量的研究。TDR土壤水分测量的根本依据是电磁波沿探针传播的速度与探针周围土壤的介电常数的平方根成反比，因此可以根据电磁波传播的速度来测量土壤的介电常数。Topp依此方法测得了土壤中气-固-液混合物的介电常数ε，进而利用数值回归分析方法找出了不同类型土壤的含水量与介电常数之间的经验公式：
式中，θ为土壤体积含水量，ε为土壤表观介电常数。
TDR土壤水分测试系统一般由阶跃信号发生器、同轴传输线、土壤水分探头及高频采样示波器组成等部分组成，如图1-3所示。
图1-3 TDR土壤水分测试系统示意图
阶跃信号发生器产生具有极小上升时间的阶跃电压信号，通过同轴电缆将其传输到土壤水分探针，由于同轴传输线与探针阻抗不匹配，有一部分电磁波在探针与传输线连接处沿同轴传输线反射回来，剩余的电磁波继续沿探针传输到探针的另一端，由于探针与土壤的阻抗不匹配又造成电磁波的再次反射。这两次反射产生的反射信号与入射信号叠加在一起形成TDR波形，被高频采样示波器检测到并记录下来。两个反射信号分别被示波器检测到的时间差等于电磁波信号沿探针传播一个来回的时间，即
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式中，Δt为电磁波沿探针传播的时间，v为电磁波在土壤中传播的速度；L为探针的物理长度；c为电磁波在真空中传播的速度（3×108m/s），ε为土壤混合物的表观介电常数。
由式（1-15）可得到：
大多数TDR仪器并不直接给出电磁波沿探针传播的时间，而是给出探针的表观长度La，其定义为
将式（1-17）代入式（1-16），得
如果土壤是完全干燥的，那么ε的范围将会是2～4，如果土壤体积的25%是水，那么ε的范围将会是11～12。对农业土壤来说，ε的大小主要取决于土壤的体积含水量，它几乎不受土壤类型的影响。
