[發(fā)明專利]電磁波測試土體介電常數(shù)的測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010231742.7
• 申請日: 2010-07-20
• 公開（公告）號: CN101907658A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳仁朋;陳偉;陳赟;陳云敏
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01N27/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用電磁波反射的檢測裝置，尤其是涉及一種電磁波測試土體介電常數(shù)的測試裝置。

背景技術(shù)

工程上可以利用電磁波方法現(xiàn)場測試土體含水量。美國現(xiàn)場含水量測試標(biāo)準(zhǔn)ASTM6780是利用TDR(電磁波時域反射方法)測試土體含水量，先需要先測定土體的介電常數(shù)，然后通過室內(nèi)標(biāo)定方程得到土體的含水量。傳統(tǒng)的TDR方法測試土體的介電常數(shù)是用行程時間法，是根據(jù)電磁波在不同介電常數(shù)的土體中傳播速度不同，先得到電磁波在測試土體的傳播時間。而傳播時間是根據(jù)電磁波在傳感器中的第一個反射點(diǎn)和末端反射點(diǎn)來確定。對于高電導(dǎo)率土體，電磁波會在土體中傳播時有很大的能量損耗，引起電磁波的消散，這種情況下很難準(zhǔn)確確定末端反射點(diǎn)。所以傳統(tǒng)的TDR方法難以測試高電導(dǎo)率土體的介電常數(shù)，從而得到它的含水量。

發(fā)明內(nèi)容

高電導(dǎo)率的化學(xué)加固土的含水量又是一個很重要的物理參數(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種電磁波測試土體介電常數(shù)的測試裝置，為測試其含水量打下基礎(chǔ)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的傳感器通過BNC接頭經(jīng)同軸電纜與電磁波發(fā)射器相連接，電磁波發(fā)射器與PC機(jī)連接。所述的傳感器包括不銹鋼的同軸測頭、乙縮醛樹脂段和四根不銹鋼探針；同軸測頭中心開有小通孔，小通孔與同軸測頭中心下端大孔連通，同軸測頭中心小通孔中裝有BNC接頭，同軸測頭下端面同一圓周上等分開有三個螺孔，同軸測頭下端安裝有上端與同軸測頭下端大孔配合、而下端與同軸測頭外徑相同的乙縮醛樹脂段，乙縮醛樹脂段中心及與同軸測頭下端同一圓周的乙縮醛樹脂段上也等分開有三個通孔，三個等長的不銹鋼探針穿過乙縮醛樹脂段等分的三個孔分別與同軸測頭下端的三個螺孔連接，一根穿過乙縮醛樹脂段中心孔與乙縮醛樹脂段中心孔上端螺孔連接，四根不銹鋼探針下端均等長露出乙縮醛樹脂段外，中間的一根不銹鋼探針上部經(jīng)BNC接頭與同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)線連接，

所述的乙縮醛樹脂段露在同軸測頭下端的長度H為65mm-300mm。

本發(fā)明具有的有益效果是：

能夠避免由于傳統(tǒng)電磁波方法中材料的高電導(dǎo)率所引起的電磁波消散的情況，可以測試高電導(dǎo)率土體的介電常數(shù)，且不受土體鹽堿度的影響。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對化學(xué)加固土、高有機(jī)質(zhì)土、高含水量高塑性粘土等高電導(dǎo)率土體的介電常數(shù)測試，是一種安全、快速、準(zhǔn)確的土體介電常數(shù)測試方法，也為測試高電導(dǎo)率土體含水量打下基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是同軸測頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是典型TDR測試波形圖。

圖4是是圖3典型TDR測試波形的放大圖。

圖中：1、PC機(jī)，2、電磁波發(fā)射器，3、同軸電纜，3.1、同軸電纜外導(dǎo)體，3.2、同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體，4、BNC接頭，5、傳感器，6、同軸測頭，7、Derlin(乙縮醛樹脂)段，8不銹鋼探針

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的傳感器5通過BNC接頭4經(jīng)同軸電纜3與電磁波發(fā)射器2相連接，電磁波發(fā)射器2與PC機(jī)1連接；所述的傳感器5包括不銹鋼的同軸測頭6、乙縮醛樹脂段7和四根不銹鋼探針；同軸測頭6中心開有小通孔，小通孔與同軸測頭6中心下端大孔連通，同軸測頭6中心小通孔中裝有BNC接頭4，同軸測頭6上端經(jīng)BNC接頭與同軸電纜3的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體3.1相連，同軸測頭6下端面同一圓周上等分開有三個螺孔，同軸測頭6下端安裝有上端與同軸測頭6下端大孔配合、而下端與同軸測頭6外徑相同的乙縮醛樹脂段，乙縮醛樹脂段中心及與同軸測頭6下端同一圓周的乙縮醛樹脂段上也等分開有三個通孔，三個等長的不銹鋼探針穿過乙縮醛樹脂段等分的三個孔分別與同軸測頭6下端的三個螺孔連接，一根穿過乙縮醛樹脂段中心孔與乙縮醛樹脂段中心孔上端螺孔連接，四根不銹鋼探針下端均等長露出乙縮醛樹脂段外，中間的一根不銹鋼探針上部經(jīng)BNC接頭4與同軸電纜3的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)線3.2連接。

所述的乙縮醛樹脂段7露在同軸測頭6下端的長度H為65mm-300mm。

所述的電磁波發(fā)射器為美國Campbell?Scientific公司的產(chǎn)品TDR100。

所述的同軸電纜為型號RG58A/U的同軸電纜，其長度為1～2米。

數(shù)據(jù)采集及處理采用Campbell公司開發(fā)的PMTDR軟件。

本發(fā)明的工作原理如下：

現(xiàn)場測試時先將土體刮平，然后將整個傳感器下面伸出的探針8插入到土體里面，并保證Derlin段下界面和土體的表面緊密接觸；接上同軸電纜和TDR測試儀器，打開PC，利PCTDR軟件采集波形，測試裝置結(jié)構(gòu)的連接如圖1所示，典型的測試波形如圖3所示，圖3是一個完整的測試波形圖，圖4是圖3的放大波形圖，即取時間30ns-60ns之間的波形。波形上的ρ_1f表示同軸電纜3和同軸測頭6之間電磁波的反射系數(shù)，ρ_2f表示同軸測頭6和乙縮醛樹脂段7之間的電磁波的反射系數(shù)，ρ_3f表示乙縮醛樹脂段7和待測試材料之間的電磁波反射系數(shù)。土體介電常數(shù)可以通過下式求得：式中，為土體的介電常數(shù)，k和ψ為與儀器有關(guān)的標(biāo)定常數(shù)，Δρ＝ρ_3f-ρ_2f，k可以近似取1，通過已知介電常數(shù)的溶液，測試得到波形，然后利用獲取Δρ，然后利用求得ψ。