[發(fā)明專利]用于原位檢測(cè)土體放射性強(qiáng)度的環(huán)境孔壓靜力觸探探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210327013.0
• 申請(qǐng)日: 2012-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN102841369A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡國(guó)軍;劉松玉;鄒海峰;杜廣印;童立元;秦文虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01T1/202
• 分類號(hào): G01T1/202;G01T1/167
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于原位檢測(cè)土體放射性強(qiáng)度的環(huán)境探頭，屬于巖土工程和環(huán)境工程領(lǐng)域中一種能夠直接、快速檢測(cè)地下土體放射性強(qiáng)度的靜力觸探裝置。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，場(chǎng)地土污染越來越嚴(yán)重，我們賴以生存的巖土圈環(huán)境日益惡化，環(huán)境巖土工程問題已成為我國(guó)巖土工程和環(huán)境工程工作者重要的研究課題。含有放射性的沉積物或核廢料等會(huì)對(duì)地下土體和地下水造成污染，直接或間接地對(duì)人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。當(dāng)放射性物質(zhì)存在時(shí)，對(duì)放射性污染的種類和強(qiáng)度評(píng)估是巖土工程和環(huán)境工程場(chǎng)地調(diào)查必不可少的內(nèi)容之一。現(xiàn)有的放射性評(píng)估方法通常結(jié)合了鉆孔取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，并安裝地下水位觀測(cè)井。然而取樣一方面產(chǎn)生擾動(dòng)誤差，另一方面試樣與人體的接觸會(huì)產(chǎn)生放射性危害，同時(shí)也涉及采集和試驗(yàn)成本過高、分析周期過長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

靜力觸探技術(shù)是指利用壓力裝置將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗(yàn)土層，通過量測(cè)系統(tǒng)測(cè)試土的錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力等，可確定土的某些基本物理力學(xué)特性。靜力觸探技術(shù)至今已有80多年的歷史。國(guó)際上廣泛應(yīng)用靜力觸探，部分或全部代替了工程勘察中的鉆探和取樣。近幾年隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的靜力觸探技術(shù)，這些技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地獲得污染物性狀、溫度、甚至影像。國(guó)外已將之大量應(yīng)用于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域。我國(guó)在新型靜力觸探傳感器的研究起步比較晚，目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的單雙橋靜力觸探僅能夠測(cè)試的貫入阻力或比貫入阻力，側(cè)壁摩阻力，可確定的土層基本物理力學(xué)特性非常有限。

當(dāng)放射源照射在閃爍晶體上時(shí)，閃爍晶體激發(fā)光子而產(chǎn)生熒光現(xiàn)象，由光電倍增管檢測(cè)到熒光后可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)的強(qiáng)弱則反映了放射性的強(qiáng)度。本發(fā)明基于常規(guī)的孔壓靜力觸探探頭，提出了一種安全、快捷、測(cè)試成本低廉的放射性強(qiáng)度原位檢測(cè)儀器，為巖土體放射性強(qiáng)度評(píng)價(jià)提供快捷、有力的檢測(cè)工具。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)國(guó)內(nèi)無法進(jìn)行土體放射性的原位評(píng)價(jià)，提出一種可用于環(huán)境領(lǐng)域的可原位檢測(cè)土體放射性強(qiáng)度的環(huán)境孔壓靜力觸探探頭。利用該探頭能夠有效地判定受放射性污染的土體，并精確判斷確認(rèn)其放射性強(qiáng)弱。

技術(shù)方案：本發(fā)明的用于原位檢測(cè)土體放射性強(qiáng)度的環(huán)境孔壓靜力觸探探頭，在該探頭的頂端采用同軸電纜與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接傳遞信號(hào)和數(shù)據(jù)，在該探頭內(nèi)的上半部自上往下順序連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換器、二維測(cè)斜儀和前置放大器；在探頭的下半部設(shè)有側(cè)壁摩擦筒，側(cè)壁摩擦筒內(nèi)部設(shè)有一對(duì)鉛遮板，在一對(duì)鉛遮板之間設(shè)有光電倍增管、NaI(TI)閃爍晶體，在一對(duì)鉛遮板下設(shè)有孔隙水壓力傳感器，前置放大器、光電倍增管、NaI(TI)閃爍晶體和孔隙水壓力傳感器順序連接；在NaI(TI)閃爍晶體所對(duì)應(yīng)的側(cè)壁摩擦筒側(cè)壁上設(shè)有不銹鋼薄壁，在側(cè)壁摩擦筒的下方連接有孔壓過濾環(huán)和圓錐探頭。

本發(fā)明的可原位檢測(cè)土體放射性強(qiáng)度的環(huán)境孔壓靜力觸探探頭，其放射性強(qiáng)度測(cè)量部分主要由同軸電纜、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、前置放大器、鉛遮板、光電倍增管、NaI(TI)閃爍晶體、不銹鋼薄壁以及其內(nèi)部的電路系統(tǒng)組成。當(dāng)探頭在室內(nèi)進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)后，選擇合適的工作電壓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。地表載荷系統(tǒng)通過同軸電纜輸入高、低電壓，為探頭的放射性檢測(cè)提供工作電壓。當(dāng)探頭貫入土中時(shí)，土中的放射源發(fā)出放射線，由于放射線具有很強(qiáng)的穿透性，因此可以幾乎不受探桿影響的傳遞至探頭內(nèi)部的NaI(TI)閃爍晶體，與閃爍晶體同時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射和正負(fù)電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生熒光現(xiàn)象。光電倍增管吸收熒光電子后產(chǎn)生電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后傳遞至模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將所有的信號(hào)集成在同一根同軸電纜上進(jìn)行傳輸，由地表的微機(jī)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)保存，并繪出實(shí)時(shí)連續(xù)的剖面圖。光電倍增管與NaI(TI)閃爍晶體集成在一起，減少由于光路損失所導(dǎo)致的誤差。鉛遮板分別置于光電倍增管與NaI(TI)閃爍晶體的兩端，減少探頭周圍前、后部位放射性的影響，使得所檢測(cè)的結(jié)果最大程度的代表了當(dāng)前深度處的放射性強(qiáng)弱。不銹鋼薄壁降低放射線穿過探桿側(cè)壁時(shí)可能存在的損失，使得微弱的放射線信號(hào)也能被本發(fā)明的環(huán)境探頭檢測(cè)到。

有益效果：含有放射性的沉積物或核廢料等會(huì)對(duì)地下土體和地下水造成污染，直接或間接地對(duì)人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。目前放射性評(píng)估方法通常采取鉆孔取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，并安裝地下水位觀測(cè)井。然而取樣一方面產(chǎn)生擾動(dòng)誤差，另一方面試樣與人體的接觸會(huì)產(chǎn)生放射性危害，同時(shí)也涉及采集和試驗(yàn)成本過高、分析周期過長(zhǎng)等缺點(diǎn)。