時域反射法（Time Domain Reflectometry），簡稱 TDR，是一使用電磁 波進行監測、探查的方法，其基本原理類似於雷達，由脈衝電磁波製造器 產生一脈衝電磁波進入同軸電纜，再由示波器紀錄因電纜阻抗不連續所造 成電磁波反射的訊號。電纜阻抗則是由電纜之斷面幾何與電纜正、負極間 絕緣介質所決定，因此，時域反射法利用傳輸通路上之阻抗（Impedance）
不連續所造成之反射脈衝電壓改變，紀錄傳輸通路上之介質電學性質變 化，或其通路之斷面幾何變形。
在大地工程監測方面，依應用原理可歸類為三：第一，係利用TDR 之
反射訊號監測，當電纜受到外在環境之影響所造成電纜幾何形狀改變，例 如岩石、土壤、結構物之相對變位造成埋置其中之電纜幾何形狀改變；第 二、係利用TDR 之反射訊號量測不同介質之界面位置，例如地下水位之監 測（空氣與地下水界面）或橋墩土壤沖蝕監測（河流與河床土壤之界面）；
第三、係將所欲研究之材料當作一部份電纜（或由電纜延伸之探測頭）之 絕緣介質，利用反射訊號研究材料之介電常數與導電係數，用以進一步推 估土壤之含水量與土壤之鹽度。本研究係利用TDR 量測材料之介電常數與 導電係數特性，進行土壤含水量與導電度量測。
2.3.1 TDR 量測系統
圖 2- 7 為時域反射法之設備簡圖，包含階躍脈衝電壓產生器（Step Generator）、訊號採樣器(Sampler) 與示波器 ( Oscilloscope)，以及傳輸系 統，包含同軸纜線（coaxial cable）與量測探頭（measurement probe）。脈衝 產生器產生電壓脈衝傳至同軸纜線，訊號採樣器擷取並透過示波器顯示由 同軸纜線傳回之反射訊號。
利用TDR 來量測材料電學性質，必須使材料成為正負導線間之介質，
一般量測探頭可採用多根金屬棒來形成傳輸纜線，如兩根金屬棒形成一對 一之傳輸纜線或多根金屬棒形成多對一之軸對稱傳輸纜線。
sampler
Oscilloscope Step Generator
Coaxial Cable
Measurement Probe
TDR Device
L
Topp et al.（1980）所定義視介電常數 (apparent dielectric constant, Ka)，
可以由圖2- 8 兩反射點 a、b 間之走時差（t）決定之：
走時的分析方法一般較常見的為切線法（tangent line method），如圖 2- 8 所示，主要是計算 TDR 感測器波形之起始頂點 a 至感測器末端反射 b 之 走時差。由於TDR 感測器波形之起始頂點有時不易決定，Robinson 等（2003）
建議使用Heimovaara’s (1993) method，量測空氣中及純水中的波形，求取 感測器波形起始點以及感測器走時，如式（2-7）：
器探針起點時間，TL為感測器探針起點至感測器探針末端反射點之走時 差，相對關係如圖2- 8，而Le則為感測器探頭的有效長度，包含感測器本身 探頭長度與探頭末端因電磁波逸散效果產生的電磁長度。
圖2- 8 TDR 於土壤中的波形示意圖
而由前述文獻回顧指出。由於水之介電常數與土壤顆粒或空氣之介電 常數差異甚大，些微含水量之變化即可使此空氣—土壤顆粒—水之介質其 整體介電常數有明顯的變化，因此在高頻時之介電性質受土壤體積含水量 所控制（Topp et al., 1980, Lin et al., 2000）。許多學者透過實驗建立此一視介 電常數與土壤體積含水量的經驗公式或半經驗公式，其中以 Topp et al.
方根成正比，其關係可簡單表示為 and Tiemann (1975)所提的方法最佳，如式 2-9
⎟⎟⎠
⎟⎟ 為反射係數時，無法準確反應電壓源的大小，因此經由式（2-13），TDR 所 測得穩態反射係數ρsample應由感測器在空氣中的量測值修正為ρcorrected，其中
corrected −
+ tomography, ERT)，是綜合一維探測的垂直與橫向探測結果組成電阻率剖 面，適用於大範圍的地表下地層電阻率分佈情形，而影響電阻率的變化因 子包含了地質材料的導電特性、孔隙率、含水量、飽和度、地層構造、地 層所含離子濃度等等。由於地層內部常由粉土、砂土、黏土、礫石層、母 岩以及含水層等組合成不同層次，各層次有其特有之電阻率，便可利用不