Η ανακλασιομετρία στο πεδίο του χρόνου (Time-domain Reflectometry – TDR) είναι μια σύνθετη τεχνολογία, η οποία αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο τηλεπικοινωνιακών καλωδίων υψηλής ταχύτητας[1]. Μέσω των μετρήσεων TDR επιτυγχάνεται η εκτίμηση της ολικής διηλεκτρικής επιτρεπτότητας (bulk dielectric permittivity, eb) του εδαφικού μέσου, μετρώντας τον χρόνο διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού παλμού, ο οποίος παράγεται διαμέσου μιας παλμογεννήτριας, και περιέχει ένα ευρύ φάσμα διαφορετικών συχνοτήτων[2]. Στην ουσία η τεχνολογία TDR είναι μια γεωφυσική μέθοδος[2], η οποία βασίζεται στην σχέση μεταξύ της διηλεκτρικής επιτρεπτότητας του εδάφους και του ογκομετρικού περιεχομένου του σε νερό. Η ανακλασιομετρία στο πεδίο του χρόνου έχει αναπτυχθεί και εφαρμοστεί σε έρευνες υδατικών πόρων ως μία έμμεση γεωφυσική μέθοδος ικανή να εκτιμήσει το περιεχόμενο νερό εντός του εδαφικού μέσου, με τις έρευνες των Hoestra and Delaney (1974)[3] και Topp et al. (1980)[4] να είναι από τις πρώτες στο συγκεκριμένο πεδίο. To πιο σύνηθες σχήμα ενός αισθητήρα TDR είναι αυτό με 2 ή 3 παράλληλες ράβδους περιορισμένου μήκους. Ωστόσο, αισθητήρες μίας ράβδου έχουν καταγραφεί στην βιβλιογραφία[5].

Φορητός σημειακός αισθητήρας TDR  

Οι συγκεκριμένοι αισθητήρες χρησιμοποιούν την μέθοδο ανακλασιομετρίας στο πεδίο του χρόνου για την εκτίμηση της εδαφικής υγρασίας. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Topp[6] παρουσιάζουν μέσω μιας LCD οθόνης τον χρόνο διάδοσης και ανάκλασης του παλμού και το περιεχόμενο σε νερό του εδαφικού μέσου. Στα πλεονεκτήματα του συγκεκριμένου οργάνου είναι η φορητότητα, η αποθήκευση μεγάλου αριθμού μετρήσεων (1000) και η παράλληλη αποθήκευση των συντεταγμένων των σημείων. Η ακρίβεια των μετρήσεων κυμαίνεται μεταξύ ±3%, ενώ η λήψη τους είναι χειροκίνητη.

Πηγή:(https://campbellscires.cloudinary.com/image/upload/c_limit,f_auto,w_500,h_500/4175.png )

 

Αισθητήρας TDR με δυνατότητα μέτρησης σε πολλαπλά βάθη εντός του εδαφικού μέσου

Πηγή:https://campbellscires.cloudinary.com/image/upload/c_limit,f_auto,w_500,h_500/11468.pnghttps://experimental-hydrology.net/wiki/images/SoilVUE.jpg

H συγκεκριμένη υλοποίηση αισθητήρα TDR επιτρέπει την ταυτόχρονη μέτρηση του περιεχομένου νερού του εδαφικού μέσου, της ολικής διηλεκτρικής επιτρεπτότητας, της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας σε 6 έως 9 βάθη έως το 1 μέτρο. Η εγκατάσταση γίνεται με εδαφικό δειγματολήπτη χειρός, ενώ η σπειροειδής διαμόρφωση του αισθητήρα περιορίζει την επιλεκτική ροή του νερού πλευρικώς του διατρήματος που διανοίχθει για την εγκατάσταση του. Ωστόσο, η κοκκομετρική σύσταση και η δομή του εδάφους καθορίζουν την διάνοιξη του διατρήματος του αισθητήρα το οποίο έχει ως αποτέλεσμα τη λιγότερο αποτελεσματική εγκατάσταση του σε χονδρόκοκκα εδάφη. Σε κάθε περίπτωση το διάκενο μεταξύ διατρήματος και αισθήτηρα πρέπει να πληρώνεται με εδαφικό υλικό. Με τη χρήση του χειροκίνητου εδαφικού δειγματολήπτη για την διάνοιξη του διατρήματος, το έδαφος είναι διαταραγμένο, συνεπώς, πρέπει να διέλθει ένα χρονικό διάστημα έως ότου ο αισθητήρας ενσωματωθεί με το εδαφικό μέσο και να παράξει αξιόπιστες μετρήσεις. 

Οι συγκεκριμένοι αισθητήρες μπορούν να συνδυαστούν με τις παλμογεννήτριες TDR-100(https://www.campbellsci.es/tdr100) και TDR-200 (https://www.campbellsci.com/tdr200) της Campbell, ενώ οι μετρήσεις τους δύνανται να καταγραφούν από διάφορα συστήματα καταγραφής. 

1. Topp, G. C. (2003, September 29). State of the art of measuring soil water content. Hydrological Processes, 17(14), 2993–2996. https://doi.org/10.1002/hyp.5148 

2. Stacheder, M., Koeniger, F., & Schuhmann, R. (2009, April 22). New Dielectric Sensors and Sensing Techniques for Soil and Snow Moisture Measurements. Sensors, 9(4), 2951–2967. https://doi.org/10.3390/s90402951 

3. Hoekstra, P., & Delaney, A. (1974, April 10). Dielectric properties of soils at UHF and microwave frequencies. Journal of Geophysical Research, 79(11), 1699–1708. https://doi.org/10.1029/jb079i011p01699 

4. Topp, G. C., Davis, J. L., & Annan, A. P. (1980, June). Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, 16(3), 574–582. https://doi.org/10.1029/wr016i003p00574 

5. Oswald, B., Benedickter, H. R., Bächtold, W., & Flühler, H. (2004, November). A Single‐Rod Probe for Time Domain Reflectometry Measurements of the Water Content. Vadose Zone Journal, 3(4), 1152–1159. https://doi.org/10.2136/vzj2004.1152 

 

6. Topp, G. C., Davis, J. L., & Annan, A. P. (1980, June). Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, 16(3), 574–582. https://doi.org/10.1029/wr016i003p00574