TZS-5X-G土壤水分温度速测仪：根区水热原位感知与墒情诊断技术解析

一、产品概述

托普云农TZS-5X-G土壤水分温度速测仪是一款基于频域反射（FDR）原理的多参数便携式墒情监测终端，面向农田水热动态、根系层环境诊断与农业物联网节点部署需求。设备由手持主机、不锈钢探针式土壤水分/温度传感器、大气温湿度与露点传感单元、GNSS定位模块及管理云平台组成，可同步获取土壤体积含水率（VWC）、土壤温度、大气温度、大气湿度与露点温度五项参数。

仪器以直插式原位测量替代传统“取土—烘干—称重"的滞后流程，支持手动巡测与定时驻点双模式，适用于大田、设施农业、果园、草地及生态监测区的墒情快速普查与连续记录，是智慧农业水热数据链的基础感知装备。

二、工作原理

TZS-5X-G采用介电传感与热敏测温耦合机制：

土壤水分（FDR频域法）：探针发射高频电磁波，在土壤介质中形成局部电磁场。由于水的相对介电常数远高于空气与土壤颗粒，土壤表观介电常数随含水率单调变化；传感器通过测量谐振频率偏移或阻抗相位，反演体积含水量（%VWC，单位m³/m³）。内置温度补偿算法扣除热力学温度对介电响应的干扰，在0–50%VWC区间精度约±2%，全量程0–100%VWC相对误差≤3%，响应时间≤2 s。

土壤温度：探针内嵌NTC热敏电阻或铂电阻，直接感应原状土热力学温度，范围-40–100℃，精度±0.5℃，分辨率0.1℃，与水分同帧同步，避免点位错位。

环境参数：大气温度、湿度由主机外置探头获取，露点经湿度—温度关系解算。

数据绑定：GNSS记录经纬度（定位精度≤5 m），测值、时间戳、坐标打包，经4G/5G或USB上传云平台，支持断网本地存储与续传。

方法学边界：FDR读数为原位体积含水率，受质地、容重与有机质含量影响，跨剖面精确定量建议结合烘干法做区域校准曲线。

三、核心检测指标与功能

检测指标

土壤体积含水率：0–100% VWC，分辨率0.1%，相对误差≤3%

土壤温度：-40–100℃，精度±0.5℃，分辨率0.1℃

大气温度：-40–120℃，精度±0.4℃

大气湿度：0–100% RH，精度±3% RH

露点温度：-40–120℃

过程量：GPS坐标、采样时间、电池电压、阈值状态

功能特点

1、无线通讯功能：便携式土壤水分速测仪可自动上传测量数据，设备通过5G/4G网络方式与服务器通讯，实时发送至服务器，上网页查看数据，无论身在何处只要能上网，均可查看下载数据；

2、含手机APP，支持安卓及苹果系统，无论身在何处只要能上网，均可查看实时数据。

3．低功耗设计，增加系统监控和保护措施，避免系统死机。

4．中文液晶显示，便携式土壤水分速测仪可显示当前日期时间，各传感器测量数据，存储容量，已存储数据条数，等信息。

5、主机数据存储容量大：设备内部Flash可存储最近3万条数据，标配4G内存卡可无限存储，亦可与Flash中数据同时存储。

6、内置锂电池供电：7.4V2.8Ah锂电池，具有充电保护、电压过低提示功能。外接电源为8.4V（1000mA以上）直流电源。

7、采集设置：在无人看守的情况下使用，可设置定时采集，也可手动采集。

8、语音设置：可根据需要设置语音播报功能开/关/超限开。

9、语音报警功能：主机语音设置为超限开后，即可语音播报超限信息。

10、便携式土壤水分速测仪主机可通过集线器接入不同类型的传感器，互不影响精度。

11、自带GPS定位功能，数据采集时可自动显示采集点地理坐标。

12、可扩展传感器类型及数量，最多32个种（扩展线为IP67，一体结构）。

管理云平台功能：

1、自带仪器云管理平台包含C/S架构，可将所有便携式设备及在线设备数据进行汇总分析，数据备份不丢失，查看操作方式包括网页端及手机端（安卓/苹果系统均可用）。

2、显示每种传感器采集到的数据、检测时间、采集地点GPS坐标信息。

3、数据可通过5G/4G网络方式或者USB数据线导入方式上传至管理云平台。平台内数据可下载，分析，打印；

4、平台支持设备数据存储，提供足够容量可长期保存。

5、平台为设备数据提供曲线与表格等报表形式，且数据可导出与导入。

6、平台可以结合数据进行报表制作，报表打印，报表导出功能。

7、软件可在线升级。

四、适用应用场景

精准灌溉与墒情分级

大田、玉米/小麦/马铃薯田块按0–20 cm、20–40 cm分层测墒，以田间持水量与凋萎系数为边界，制定滴灌/喷灌启动阈值，减少无效灌水。

设施农业微环境诊断

温室网格化普查，识别“南干北湿"“局部低温高湿"区域，指导分区通风、补光与冲肥，降低灰霉病等病害风险。

旱作农业与抗旱预警

黄土高原、西北灌区连续监测土壤干燥过程，捕捉降雨入渗锋面与蒸散回落，服务旱情评估与作物胁迫窗口预判。

果园与多年生作物根区管理

不同深度水热剖面观测，匹配果树萌动—膨果—休眠期需水规律，优化春灌与越冬前储水。

生态恢复与湿地边缘监测

草地、人工林、湿地过渡带水热时序记录，评估植被恢复、水位调控与冻融过程耦合关系。

科研与模型校验

为HYDRUS、SWAP及遥感土壤湿度产品（SMAP、Sentinel-1）提供地面真值，支撑水均衡与蒸散模型参数率定。

五、科研价值与系统意义

土壤水分与温度是SPAC（土壤—植物—大气连续体）中连接“供水"与“耗水"的核心状态变量。TZS-5X-G的价值在于把墒情从“滞后化验"转为“现场可计算"：

以体积含水率替代经验手捏估墒，统一不同质地间的比较基准；

以水热同帧数据识别“干而不旱"或“湿而低温"等复杂根区限制；

以坐标绑定构建田间墒情空间场，支撑变量灌溉与耕地质量动态台账；

在智慧农业体系中作为边缘感知节点，向上衔接遥感反演、灌溉决策引擎与农情大数据平台，形成“感知—诊断—控水—复盘"闭环。

仪器不替代实验室烘干法基准，但承担大样本、高时空密度的基础观测职能。

六、结尾总结

托普云农TZS-5X-G土壤水分温度速测仪通过FDR频域介电传感与同步热敏测温，实现了根区水热及近地微环境参数的原位、快速、可定位获取。其在节水灌溉、设施农业、旱作管理与生态科研中的应用，能够提升墒情监测的时效性与空间代表性，是智慧农业水分管理体系中具基础支撑价值的现场装备。

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