TDR主要由两部分组成。一是信号监测仪，包括电子函数发生器和示波器，配有多通道配置和数据采集器。二是波导，也称探针或探头，是由两根或三根金属棒固定在绝缘材料手柄上，与同轴电缆相连接而成。探针分便携式和可埋式，便携式可随时插入土壤测量，一般长度为15cm，可埋式可埋入土壤定位测量。可埋式探针目前也有两种，一种是以美国、加拿大产品为代表的单段探针，即一个探针只能给出一段土层（一般为15cm和20cm）的水分数据；另一种为以德国产品为代表的多段探针，一个探针能提供多至5层的水分数据，测量深度可达120cm。如图4-5所示。
图4-5 TDR时域反射仪现场安装示意
TDR测定土壤水分是通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来确定土壤的介电常数，进而计算出土壤含水量，如图4-6所示。具体来讲，就是由电子函数发生器给插入土壤的探针加一个电压的阶梯状脉冲波，当到达探针金属棒末端时便返回，同时产生一反射波信号，传给接收器，由此信号便可获得脉冲波在土壤中的传播时间（Δt），这一传播时间与土壤的介电常数（Ka）有关，可表示为Ka=（cΔt/2L）2。式中c为光速（3×108ms-1），L为波导长度，二者均为已知数，只要测得Δt便可确定土壤的介电常数。土壤介电常数的大小主要取决于土壤中水分含量的高低。因为自由水的介电常数为80.36（20℃），空气的介电常数为1，土壤颗粒的介电常数为3～7之间，显然，水的介电常数在土壤中处于支配地位。1980年Topp等发现土壤含水量与介电常数间的关系可用一个三次多项式的经验公式表示为由此式便可通过介电常数求得土壤容积含水量。
图4-6 TDR时域反射仪工作原理图
1—TDR信号发射源；2—电缆线；3—土壤表面；3′—TDR计算含水量区间；4—信号返回到地面
TDR测定土壤水分很少受土壤类型、土壤质地、土壤温度等因素的影响，使用时一般不需要标定，但在黏重的红壤上使用时，测定结果偏低，经标定后可以提高精度。
TDR采用按键操作，简单易行。如果进行表层测量，临时将探针插入土壤指定位置即可。如果是进行土壤剖面水分定位监测，需事先将探针按要求深度埋入土壤。探针安置方式比较灵活，可以是横埋式、竖埋式、斜埋式或任意放置。但值得一提的是，TDR给出的含水量是整个探针长度的平均含水量，而且测量范围比较小。所以，在同一土体中采用不同的埋置方式得出的结果可能会不同。因此，在使用TDR时应根据试验要求选择适宜的探针埋置方式。
该方法的优点是可在原地的不同深度上周期性地反复测定而不破坏土壤；能快速得到测定结果；无需在测验点埋设中子管；能测定表层含水量。缺点是仪器价格昂贵。
应用TDR具体实测土壤含水量时还必须注意以下的几点情况：
（1）时域反射仪（TDR）是近年来出现的测量体积含水量的重要仪器，是利用土壤中的水和其他介质介电常数之间的差异及时域反射测试技术（Time Domain Reflectometry）研制出来的仪器，具有快速、便捷和能连续观测土壤含水量的优点。
（2）墒情和旱情监测站应根据观测的项目购入相应类型的TDR仪，仪器购入时需附有完整的产品说明书和使用方法说明书，生产厂家和销售代理商应在中国设有仪器维修点。
（3）使用和保管TDR仪器的工作人员上岗前应受过技术培训，熟练掌握使用和一般的维修和保管方法。
（4）TDR仪正式使用前应与性能稳定的其他仪器进行同期对比观测或同取土烘干法来进行对比观测，当有系统误差时应予以校正。
（5）TDR探头由测针和测管组成，测管长度可根据观测要求设置，测管可用硬质塑料管，测针长度各异，但两测针之间应保持平行。
（6）TDR仪测出的含水量为两测针长度间土层的平均体积含水量。(www.xing528.com)
（7）TDR仪观测土壤含水量时，可采用在土壤中埋设探针的置入法观测或直接插入法来观测土壤含水量。
（8）置入法定点观测土壤含水量投资较大，探针和电缆的价格很贵，墒情观测站可在代表性和实验性地块采用置入法观测，而在巡测点采用直接插入法来观测土壤含水量。
（9）置入法水平安置探针时，可在观测剖面旁挖坑，探针可在挖出的剖面按测点深度水平插入原状土壤中，探针的插入位置距开挖剖面应有一定的距离，安装完毕后土坑应按原状土的情况填实。
（10）置入法垂向安置探针时，应在被测地块按观测的不同深度钻孔，孔径应与TDR探针导管的外径相同或略小，地表导管周围土壤应填实以保证导管与周围土壤密切接触，防止地表和土壤中各层间的水分沿导管与土壤间的缝隙流动。
（11）垂向埋入TDR探针时，两组探针间距不应少于30cm，以避免破坏对不同深度测点的观测值的影响。
（12）水平和垂向埋入法均要保持各测点两探针间相互平行。监测站点应合理的设置观测点的数目和位置。
（13）直接插入或定点监测和巡测土壤含水量时，采用挖坑插入或打孔插入观测的方法，打孔时，孔径应略大于探针导管的外径。
（14）直接插入法观测时要避开上次的测坑和土壤结构被破坏的地块，TDR探针插入土壤时应使探针与土壤密切接触，避开孔隙、裂缝、石块和其他非均质异物。
（15）对置入法的土壤水测点。应保持其相对的稳定性，不随意改变观测位置，以保持其观测资料的连续性和一致性。
（16）在观测时应注意TDR仪设置的功能及适应的土壤。特别是腐质土壤和非腐质土壤应根据仪器上的功能设置来选择开关按钮。
（17）当TDR观测功能有土壤含水量、土壤温度、土壤电导率时应同时记录三个要素的观测值，以便于分析不同温度、不同电导率对土壤含水量监测的影响。
（18）对已考虑电导率和温度影响的TDR仪可直接使用仪器观测土壤含水量，对未考虑两要素影响的仪器，在高电导率土壤或高温且温度变化剧烈期应考虑上述两要素对土壤含水量观测的影响，并经实验分析得出修正方法。
（19）每次观测后应用干布擦试探针，揩干净泥土和水分，再进行下一次观测。
（20）为避免插入方法引起的观测误差，可在同一深度进行重复观测、重复观测时应避开上一次的针孔，取两次接近的读数的均值作为该点的土壤含水量。
土壤水的测定方法很多，其他如近几年研究的较多的Moisture-probe法主要由探头、接收转换器、液晶显示装置等组成。其原理也是基于土壤介电常数与土壤中含水量的密切关系，通过测土壤的介电常数，经转换后得出土壤的体积含水量。Moisture-probe除了具有TDR法的各项优点外，还具有仪器价格低、操作简便的优点。应用前景十分广阔。
在生产实践中，目前墒情监测基本站均采用烘干称重法，条件较好的实验站已增加了探头式含水量速测仪和TDR时域后射仪方法。
这里仅介绍了几种常用的方法，同时土壤含水量的观测还有许多问题需要研究，特别是面上土壤水分的观测仍然是有待于更深入的研究和改进的问题，只有这样不断的探索才能够解决更多生产实践中的水资源问题，为国民经济建设服务。
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