本文首先研究基于驻波率的双针式土壤含水率传感器以及土壤紧实度传感器的测量原理,提出了基于介电物理学及圆锥指数理论的土壤含水率和土壤紧实度测量方法。在此基础上进一步研究基于驻波率的金属双环结构土壤含水率以及紧实度测量传感器。从野外田间测量实际要求出发,本文设计开发了可同时测量土壤含水率及紧实度装置,该装置可以快速地测量土壤容积含水率及紧实度。论文在对本研究开发的仪表进行校正及性能分析的基础上,又与得到广泛应用的德国产TDR土壤水分传感器及美国产SC900土壤紧实度仪做了性能对比研究。研究表明本系统可与SC900的测量性能相媲美。此外,本文为了满足土壤墒情监测中智能化、数字化及携带方便的要求,设计开发了基于AVR单片机的低功耗、便携式手持测量仪器。实现了快速数据测量、大容量数据存储、显示、数据通信和快速充电等功能。为农林业、城市园林提供了一款精准获取土壤含水率和土壤紧实度的有效手段。