2.2 土壤電學性質量測:時域反射法（TDR）
2.2.4 既有現地土層 TDR 感測器研發應用回顧
2.2.4.1 TDR 圓錐貫入器研發
現地貫入式 TDR 感測器應用有三類（Lin et al. 2006）。第一類，於現 地取出預求深度的詴體，將詴體夯入夯模內，在夯模中心貫入鐵釘，放上 TDR probe，形成同軸式感測器進行量測如圖 2- 8 （a）。第二類，於現地 貫入四根鋼釘（外圍三根間距相等形成外導體，外導體中央在貫入一根鋼 釘為內導體）進行含水量量測如圖 2- 8 （b）。第三類，於現地單一根圓錐 體貫入土層下進行含水量量測，圓錐體由好幾個構件組成，主要以主體剛 件搭配絕緣材與鋼片形成內外導體，進行對周遭材料的量測如圖 2- 8（c）。
Lin et al.(2006 a,b)所研發的 TDR 圓錐貫入器如圖 2- 9 所示，可結合 CPT 詴驗。主體以鋼管為主，套上塑鋼進行內外導體的絕緣，感測段長度 為 30cm 直徑為 3.6cm。
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圖 2- 8 不同現地貫入形式 TDR probe（a）同軸式（b）多棒式（c）貫入式
圖 2- 9 貫入式 TDR cone 設計圖
Lin et al. （2006a）經過室內詴驗配置，設置一個大夯模，調配七種 不一樣含水量的土樣夯入大夯模裡，夯入的過程主要分五層，每層夯實 125 下，其不同含水量由乾到濕的密度範圍是 1.58g/cm3到 1.67g/cm3，夯完後
3.6cm
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貫入 TDR cone 如圖 2- 10，進行不同含水量下介電常數與導電度的量測，
將數筆不同含水量情況下的介電常數與導電度進行一次式線性回歸，線性 回歸結果良好，如圖 2- 11、圖 2- 12 所示（Lin et al. 2006a; 2006b）
此詴驗考慮到了貫入式感測器，進行貫入時會造成周遭土壤的擠壓，
為了觀察貫入時造成的影響，在夯完的詴體中再做一組 4-rod Multi-rod probe（MRP,貫入量測時周圍土壤擠壓比貫入式感測器小很多）可視為未 擾動，將兩種感測器得到的介電常數進行比較，發現當土壤密度較低時，
貫入 TDR 感測器周遭的土壤易受到擠壓擾動，故兩種方法在同一含水量情 況下介電常數會有較大的差異。在密度較高的土壤，其土壤構造也較緊密，
受到貫入式感測器的貫入擾動也會比較小，其量出來的介電常數比較後也 不會有較大的差異如圖 2- 13。而兩種不同感測器得到的導電度經過圖 2- 14 的比較並無太大的差異，可觀察出導電度比較不受貫入式感測器，貫入土 壤後造成的擾動所影響。
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圖 2- 10 室內詴驗照片
圖 2- 11 √𝑘𝑎 vs θ,介電常數 VS 體積含水量的資料標定
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圖 2- 12 √𝜎 vs θ,導電度 VS 體積含水量的資料標定
圖 2- 13 貫入影響 MRP（ka）VS TDR 貫入器（ka）
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圖 2- 14 貫入影響 MRP（σ）VS TDR 貫入器（σ）
2.2.4.2 柔式 TDR 感測器研發應用
Ofer Dahan et al.（2002）設計出柔式 TDR 感測器（Flexible Time Domain Reflectometry Probe），是以不鏽鋼薄片黏貼在套管外層如圖 2- 15、
圖 2- 16，於套管中置入 PVC 管給予 cable 線連接感測器傳遞訊號的空間，
在 PVC 管外套管內注入 AB 膠，使其固化加強主體強度，埋入預鑽好的鑽 孔下（適用於軟弱土層），進行含水量的量測如圖 2- 17，圖中多點式含水 量感測器，每點都是獨立個體需透過同軸纜線接上多功器。
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圖 2- 15 現地安裝埋設 TDR probe 實照(Ofer,2002)
圖 2- 16 現地安裝 TDR probe 實照(Ofer,2002)
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圖 2- 17 現地安裝完成剖面圖(Ofer,2002)
經過實驗室的測詴，在不同體積含水量的情況下可以得到好的分析波 形如圖 2- 18。接著在不同的土壤（Sand、Silty Loam、Clay Lam）進行不 同體積含水量的量測可得到不同的視長度（視介電常數），再將得到的 data 值進行二次式的回歸，則𝑅2高達 0.99 如圖 2- 19。
此種感測器構造強度不強，需搭配鑽孔進行安裝，適用於軟弱土層，
安裝的過程繁雜，對於土壤密度較高的地區，因構造強度不強，可能在安 裝感測器的過程中可能造成損毀。
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圖 2- 18 不同體積含水量得到的視長度（視介電常數）VS 反射係數 (Ofer,2002)
圖 2- 19 不同土壤下體積含水量 VS 視長度（視介電常數）(Ofer,2002)