土壤是农业生产中重要的生产资料，其水分含量影响着农作物的水分吸收和养分交换。干旱半干旱地区水分资源紧缺，实时准确地测量土壤中水分含量十分必要。土壤含水率的检测方法有许多，其中频域反射法因成本低，测量迅速，易于操作等优点，在市场上有广泛的应用。由于土壤容重测量难度大，现有的频域反射法土壤含水率检测仪大部分没有考虑土壤容重对土壤介电特性的影响，其他则采用复合式传感器来完成对土壤容重的测量，但是复合式传感器的操作比较复杂。为了将土壤容重引入频域反射法土壤含水率的测量中，并作为土壤介电特性的影响因素，设计了一种结构简单的土壤含水率和土壤容重相结合的传感器。本文在分析土壤介电常数主要影响因素的基础上，研究了四针式FDR土壤含水率传感器测量结果与温度、土壤容重和土壤质量含水率的关系，拟合了四者之间的回归方程。设计了可以测量土壤容重的管针式土壤含水率探头，对不同频率、温度、土壤容重和土壤质量含水率条件下进行测量结果分析，建立了不同频率下的数学模型，并进行了验证。本文的研究内容和取得的结论如下：（1）土壤温度和土壤容重对四针式FDR水分传感器的含水率检测结果有显著影响，证明了温度和土壤容重对于土壤介电特性的影响。四针式FDR传感器输出电流与土壤实际含水率、温度和土壤容重的关系可用三元二次方程表示，该模型的决定系数为0.9302。预测含水率与实际含水率的绝对误差在-2.64%~2.81%，平均绝对误差为1.22%。（2）针对土壤容重不易测量的情况，设计一种管针式结构土壤含水率探头。该探头采用不锈钢测量管和测量探针，呈类同轴线结构。该探头利用土壤的附着力可将待测土壤取出，通过测量土壤质量来计算土壤容重。（3）在实验室条件下对管针式FDR式探头进行的土壤质量含水率实验说明，频率、温度和土壤容重会影响土壤介电常数。在50、100和150MHz信号源频率下，建立了土壤质量含水率与探头测量电压比、温度和土壤容重的数学模型。分析数学模型发现，150MHz信号源频率下的数学模型优于50MHz和100MHz的数学模型，其决定系数R2=0.8286。计算的土壤质量含水率与实际土壤质量含水率的决定系数R2=0.8649，绝对误差为-6.46~5.79%，平均误差为1.818%。