[發明專利]一種利用靜電收集測氡儀測量土壤孔隙率的方法及裝置

有效

• 申請號: 201811041823.3
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN108918395B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 袁紅志;譚延亮
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明提供一種利用靜電收集測氡儀對表層土壤采樣測量得到土壤孔隙率的方法及裝置，本發明利用閉環氣路測量裝置內氡濃度的變化規律計算得出準確的土壤孔隙率η，對采樣的土壤的土壤孔隙率進行計算時，考慮氡的衰變、泄漏和反擴散效應，采用靜電收集測氡儀，通過Po?218的濃度反推氡的濃度，運用非線性擬合算法快速計算得到準確土壤孔隙率，無需等測量裝置內氡濃度穩定，節省了測量時間。本發明采樣測量過程及計算方法簡單，考慮了影響測量結果的各個因素，提高了測量準確性。

技術領域

本發明涉及一種核輻射探測技術，特別是一種利用靜電收集測氡儀測量土壤孔隙率的方法及裝置。

背景技術

土壤孔隙率是土壤顆粒之間的孔隙體積占土壤總體積的比率。土壤孔隙率是反映土壤特性的一個重要指標。現有技術中測量土壤孔隙率有經驗計算法、水銀壓入法、土壤容重和比重計算法以及圖像處理法等，這些方法都有一定的局限性，存在測量準確性不高，獲得的數據誤差較大，操作復雜等問題。

經驗計算方法由其它土的指標(天然重度、含水量、土粒相對密度、水的重度)換算得來，大部分指標(天然重度、含水量、土粒相對密度)在測量過程中均會有誤差，換算過程中的誤差會放大，并且測量步驟比較繁瑣，故換算得來的數據不準確，而且該方法適用于實驗室操作，不適合工程現場應用。水銀壓入法由于需要壓力作用，要用到水銀測孔儀，而且不適合應用于土質較軟的土壤，因為可能會導致土樣被壓力壓散，所以這種方法一般用于進行較硬固體的孔徑分析。另外，水銀以及儀器價格不菲，使用此方法時試驗成本較高，而且水銀屬于有毒化學品，使用不當會對實驗人員和環境造成危害。圖像處理法設備費和使用費都較高，只有條件較好的機構才使用，一般研究人員往往不具備這樣的條件。氣壓比重計法測量周期長，操作復雜，無法滿足實時信息獲取的需要，極大地限制了它的實際應用。土壤容重和比重計算法對于不同土壤質地，土粒密度差異是客觀存在的。并且確定不同土壤質地的土粒密度費工費時，通常以石英砂樣本的容重作為典型參考值，這無形中就增加了測量數據的誤差。

專利文獻CN107741391A公開了一種測量土壤孔隙率的方法，其利用電阻率與土壤孔隙度之間的關系，通過測量土壤電阻率來得到土壤孔隙率，這種方法在采樣測量過程中不必破壞土壤原有結構，可以最大限度地保留土壤的原始密度、含水量等要素，但是這種方法仍然存在計算復雜，需要先建立土壤孔隙率與土壤電阻率之間的關系模型，且模型為粗略估計模型，引入了誤差，影響計算精度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種利用靜電收集測氡儀對表層土壤采樣測量來得到土壤孔隙率的方法及裝置，該方法包括采樣過程和測量計算過程，能夠通過簡單的計算方法快速得到準確的土壤孔隙率。本發明通過密封蓋組建閉環式測量系統；利用閉環氣路測量裝置內氡濃度的變化規律計算得出土壤孔隙率η，本發明對采樣的土壤的土壤孔隙率進行測量計算時，考慮了氡的衰變、泄漏和反擴散效應，采用靜電收集測氡儀，通過Po-218的濃度反推氡的濃度，提高了測量的準確性，運用非線性擬合算法快速計算得到準確土壤孔隙率，無需等測量裝置內氡濃度穩定，節省了測量時間。本發明方法測量精度高，測量時間短，測量過程及計算方法簡單，降低了測量難度，節約了測量成本。

本發明的具體技術方案為：

一種利用靜電收集測氡儀測量土壤孔隙率的方法，它包括采樣過程和測量計算過程。

S1、采樣過程：

利用通過螺紋連接有環刀手柄、體積為V的鋼制環刀(見圖1)，切割自然狀態的土壤，使土樣充滿其中。不可左右搖動，以使土壤自然結構不被破壞，直到環刀全部壓入土中。然后用小鏟將環刀從土中挖出，取下手柄，并用小刀仔細沿環刀兩端邊緣修整削平，切除多余的土壤。取好樣的環刀上端蓋上濾膜，下端蓋上密封蓋，然后再連接環刀手柄，將土壤切割裝置通過管道、氣泵以及測氡儀連接組成一個閉環氣路測量系統(見圖3)。環刀手柄的結構如圖2所示，其與環刀連接后可作為把手用于采樣，在環刀手柄上設置有環形開口腔，當組合成測量系統后，其與環刀內采樣的土壤間有較大的空隙，使得氣流能均勻通過土壤，將土壤中的氡通過氣流均勻帶出來，提高測量的準確性。