Acclima TDR土壤水分传感器中介电常数测量的理论原理
介电常数，是一个描述暴露于外部电场中的材料电极化的物理参数。介电材料内部电荷分离的程度定义为介电材料的极化。具体地说，它表示物质分子间电荷分离的测度，其中正电荷向电场方向移动，负电荷向相反方向移动。介电常数以F/m表示，它测量了材料在外加电场中存储电磁能的能力。
在电磁理论的公式中，材料的介电常数一般用其绝对介电常数(ε*)与自由空间介电常数((ε0 ≈ 8.85 × 10−12 F m−1)之比来表示：
εr*代表介电常数或相对介电常数。
介电常数由两部分构成---实部（ ）和虚部（ ），其关系如下：
实部表示，以分子电荷形式储存在材料中的能量相对于所施加电场的位移；虚部表示，当材料暴露在电场中时能量损失的影响。
介电常数与土壤含水量有关，因为在很大的频率范围内(大约从10到1200 MHz)， 20℃时水的介电常数约为80，这比许多矿物土壤材料(4
~7)或空气(1)的介电常数大得多。因此，土壤水混合物的介电常数主要受含水量的影响。在很多应用中，理想的假设是介电常数的实部远远大于虚部，从而不考虑虚部的存在。这种假设在粘性土壤中是可以应用的，但是在一些盐渍土或部分粘土中并不适用。因为，虚部定义的能量损失可能并不总是比由实部定义的在土壤中储存的能量小得多。
通过研究，土壤水分混合物中介电能量损失是由导电和分子弛豫控制的。
表示，分子弛豫引起的相对介电常数损失； 表示，体积电导率； 表示角频率。这个公式，说明书了电导率和分子弛豫是如何结合在一起增加的虚部的。
通过土壤物理和化学性质的了解，我们知道，我们在评估土壤特性和土壤水分对介电常数影响的时候，需要考虑虚部的增加。根据粘土矿物学的不同，Bulk
EC和SSA随粘土含量的增加而显著增加，这是已知的干扰土壤水介电常数的土壤性质的两个例子。高SSA（比表面积）的粘土颗粒会使土壤颗粒表面与水分子产生强烈的相互作用，从而降低水分子的极化，影响介电常数的实部和虚部。
通过上述公式及相关研究，Bulk
EC与介电常数虚部大小成反相关，而且与电磁波频率有关。因此，考虑到虚部的影响，传感器应采用高频率，如Acclima
TDR传感器的频率大于1GHZ。Acclima TDR，是一款真正的TDR传感器，通过测量电磁波信号在土壤中的传播时间来确定土壤水分的介电常数。
