4.1 現地 TDR 感測器研發與量測率定結果
4.1.2 TDR 貫入器系統參數率定結果
1. TDR 貫入器-介電度系統參數率定
由於本研究研發之感測器量測範圍包含本身材質以及絕緣層部分，因 此需透過率定關係（Lin et al., 2006 ），以求得感測器本身材質以及絕緣層 影響因子。本研究利用已知道介電常數（Ka,t）的材料（包含水、乙醇、
正丁醇、空氣），藉以量測各材料之反射訊號（圖 4- 6），透過公式 2-33 可 得到在每一個材料，包含感測器本身材質以及絕緣層影響下的總 ka,eff。將 上述的各個 Ka,t與 Ka,eff帶入式 4-1（Lin et al., 2006 ），求得感測器本身材
0 500 1000 1500 2000 2500
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
Data of point Reflection Coefficient,
78
質與絕緣材料綜合影響介電度 Ka,probe、量測比例參數 a 跟分配 n 參數：
（Ka,eff）n = a（Ka,t）n + (1 − a)（Ka,probe）n （4-1）
透過與實際已知介電度材料之率定結果，可得到標定參數 𝑘𝑎,𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒、 a 、 n(如 表格 4- 1)，因此將上述得到的率定參數 a、n、ka,probe、以 及在空氣、水、酒精、正丁醇量到的（Ka,eff）重新帶入公式（4-1），求得 每個材料介電度（Ka,t），再與各個材料真實的介電度畫圖（圖 4- 7 ）比較，
可得到兩者之間的 R2達到 0.99 以上，顯示本率定方法能將感測器本身材 質與絕緣材料影響移除，準確提供實際量測材料之介電度 。透過上述的標 定過程及標定後參數，即可得到感測器周圍實際的介電度（Ka,t），以能進 一步提供含水量剖面資料。
圖 4- 6 感測器於不同材料率定波形
79
80
TDR conductivity(μs/cm)
ture conductivity(μs/cm)
cone1 cone3 cone2 1:1
81
cone1 0.097 1.993 0.980 cone2 0.058 16.818 0.979 cone3 0.087 9.655 0.980
3. 現地土壤體積含水量量測率定
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.（1980）所發表之經驗公式 廣被採納。土壤之體積含水量與介電常數之平方根成正比，其關係如式 (2-4)。
本研究首先於室內調配不同體積含水量的土樣，將土樣夯進模內，如 圖 4- 9。由於含水量的變化亦會造成感測器波形走時之改變，因此對其 TDR 量測波形進行走時分析，並藉由上述 TDR 感測器界電度之系統參數率定結 果，來決定不同含水狀態下的視介電度（Ka）值，再利用土壤真實 Ka 平 方根與體積含水量的線性關係 （2-35 式）來率定相關待定參數 a、b。
TDR 感測器對不同體積含水量 θ 下所對應之 Ka 值平方根進行率定後，
其結果如圖 4- 10 所示。由圖 4- 10 可知，由不同感測器在不同含水量所量 測得到之土壤真實 Ka，其所迴歸出之率定曲線隨著體積含水量的提高，
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10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 30.00% 35.00% 40.00%
√ka