CN101907658B - 电磁波测试土体介电常数的测试装置 - Google Patents

电磁波测试土体介电常数的测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高电导率土体介电常数测试的装置。传感器通过同轴电缆和电磁波反射器相连接，电磁波发射器与PC机相连接。传感器包括不锈钢的同轴测头、乙缩醛树脂段和四根不锈钢探针。本发明能够避免由于传统电磁波方法中材料的高电导率所引起的电磁波消散的情况，可以测试高电导率土体的介电常数，且不受土体盐碱度的影响。本发明能够实现对化学加固土、高有机质土、高含水量高塑性粘土等高电导率土体的介电常数测试，是一种安全、快速、准确的土体介电常数测试方法，也为测试高电导率土体含水量打下基础。

Description

电磁波测试土体介电常数的测试装置
技术领域
本发明涉及利用电磁波反射的检测装置，尤其是涉及一种电磁波测试土体介电常数的测试装置。
背景技术
工程上可以利用电磁波方法现场测试土体含水量。美国现场含水量测试标准ASTM6780是利用TDR(电磁波时域反射方法)测试土体含水量，先需要先测定土体的介电常数，然后通过室内标定方程得到土体的含水量。传统的TDR方法测试土体的介电常数是用行程时间法，是根据电磁波在不同介电常数的土体中传播速度不同，先得到电磁波在测试土体的传播时间。而传播时间是根据电磁波在传感器中的第一个反射点和末端反射点来确定。对于高电导率土体，电磁波会在土体中传播时有很大的能量损耗，引起电磁波的消散，这种情况下很难准确确定末端反射点。所以传统的TDR方法难以测试高电导率土体的介电常数，从而得到它的含水量。
发明内容
高电导率的化学加固土的含水量又是一个很重要的物理参数，本发明的目的在于提供一种电磁波测试土体介电常数的测试装置，为测试其含水量打下基础。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的传感器通过BNC接头经同轴电缆与电磁波发射器相连接，电磁波发射器与PC机连接。所述的传感器包括不锈钢的同轴测头、乙缩醛树脂段和四根不锈钢探针；同轴测头中心开有小通孔，小通孔与同轴测头中心下端大孔连通，同轴测头中心小通孔中装有BNC接头，同轴测头下端面同一圆周上等分开有三个螺孔，同轴测头下端安装有上端与同轴测头下端大孔配合、而下端与同轴测头外径相同的乙缩醛树脂段，乙缩醛树脂段中心及与同轴测头下端同一圆周的乙缩醛树脂段上也等分开有三个通孔，三个等长的不锈钢探针穿过乙缩醛树脂段等分的三个孔分别与同轴测头下端的三个螺孔连接，一根穿过乙缩醛树脂段中心孔与乙缩醛树脂段中心孔上端螺孔连接，四根不锈钢探针下端均等长露出乙缩醛树脂段外，中间的一根不锈钢探针上部经BNC接头与同轴电缆的内导线连接，
所述的乙缩醛树脂段露在同轴测头下端的长度H为65mm-300mm。
本发明具有的有益效果是：
能够避免由于传统电磁波方法中材料的高电导率所引起的电磁波消散的情况，可以测试高电导率土体的介电常数，且不受土体盐碱度的影响。本发明能够实现对化学加固土、高有机质土、高含水量高塑性粘土等高电导率土体的介电常数测试，是一种安全、快速、准确的土体介电常数测试方法，也为测试高电导率土体含水量打下基础。
附图说明
图1是本发明的测试装置结构示意图。
图2是同轴测头结构示意图。
图3是典型TDR测试波形图。
图4是是图3典型TDR测试波形的放大图。
图中：1、PC机，2、电磁波发射器，3、同轴电缆，3.1、同轴电缆外导体，3.2、同轴电缆内导体，4、BNC接头，5、传感器，6、同轴测头，7、Derlin(乙缩醛树脂)段，8不锈钢探针
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明的传感器5通过BNC接头4经同轴电缆3与电磁波发射器2相连接，电磁波发射器2与PC机1连接；所述的传感器5包括不锈钢的同轴测头6、乙缩醛树脂段7和四根不锈钢探针；同轴测头6中心开有小通孔，小通孔与同轴测头6中心下端大孔连通，同轴测头6中心小通孔中装有BNC接头4，同轴测头6上端经BNC接头与同轴电缆3的同轴电缆内导体3.1相连，同轴测头6下端面同一圆周上等分开有三个螺孔，同轴测头6下端安装有上端与同轴测头6下端大孔配合、而下端与同轴测头6外径相同的乙缩醛树脂段，乙缩醛树脂段中心及与同轴测头6下端同一圆周的乙缩醛树脂段上也等分开有三个通孔，三个等长的不锈钢探针穿过乙缩醛树脂段等分的三个孔分别与同轴测头6下端的三个螺孔连接，一根穿过乙缩醛树脂段中心孔与乙缩醛树脂段中心孔上端螺孔连接，四根不锈钢探针下端均等长露出乙缩醛树脂段外，中间的一根不锈钢探针上部经BNC接头4与同轴电缆3的同轴电缆内导线3.2连接。
所述的乙缩醛树脂段7露在同轴测头6下端的长度H为65mm-300mm。
所述的电磁波发射器为美国Campbell Scientific公司的产品TDR100。
所述的同轴电缆为型号RG58A/U的同轴电缆，其长度为1～2米。
数据采集及处理采用Campbell公司开发的PMTDR软件。
本发明的工作原理如下：
现场测试时先将土体刮平，然后将整个传感器下面伸出的探针8插入到土体里面，并保证Derlin段下界面和土体的表面紧密接触；接上同轴电缆和TDR测试仪器，打开PC，利PCTDR软件采集波形，测试装置结构的连接如图1所示，典型的测试波形如图3所示，图3是一个完整的测试波形图，图4是图3的放大波形图，即取时间30ns-60ns之间的波形。波形上的ρ1f表示同轴电缆3和同轴测头6之间电磁波的反射系数，ρ2f表示同轴测头6和乙缩醛树脂段7之间的电磁波的反射系数，ρ3f表示乙缩醛树脂段7和待测试材料之间的电磁波反射系数。土体介电常数可以通过下式求得：
Figure BSA00000197847700031
式中，
Figure BSA00000197847700032
为土体的介电常数，k和ψ为与仪器有关的标定常数，Δρ＝ρ3f-ρ2f，k可以近似取1，通过已知介电常数的溶液，测试得到波形，然后利用获取Δρ，然后利用
Figure BSA00000197847700033
求得ψ。

Claims (2)

1.一种电磁波测试土体介电常数的测试装置，其特征在于：传感器(5)通过BNC接头(4)经同轴电缆(3)与电磁波发射器(2)相连接，电磁波发射器(2)与PC机(1)连接；所述的传感器(5)包括不锈钢的同轴测头(6)、乙缩醛树脂段(7)和四根不锈钢探针；同轴测头(6)中心开有小通孔，小通孔与同轴测头(6)中心下端大孔连通，同轴测头(6)中心小通孔中装有BNC接头(4)，同轴测头(6)下端面同一圆周上等分开有三个螺孔，同轴测头(6)下端安装有上端与同轴测头(6)下端大孔配合、而下端与同轴测头(6)外径相同的乙缩醛树脂段，乙缩醛树脂段中心及与同轴测头(6)下端同一圆周的乙缩醛树脂段上也等分开有三个通孔，三个等长的不锈钢探针穿过乙缩醛树脂段等分的三个孔分别与同轴测头(6)下端的三个螺孔连接，一根穿过乙缩醛树脂段中心孔与乙缩醛树脂段中心孔上端螺孔连接，四根不锈钢探针下端均等长露出乙缩醛树脂段外，中间的一根不锈钢探针上部经BNC接头(4)与同轴电缆(3)的内导线连接，
2.根据权利要求1所述的一种电磁波测试土体介电常数的测试装置，其特征在于：所述的乙缩醛树脂段(7)露在同轴测头(6)下端的长度H为65mm-300mm。
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