CN108692973B - 一种适用于坚硬原状土的钻进tdr装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置及方法，属于土壤水分测量装置技术领域。一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置，包括信号发生器、采集示波器、探头、探针、夹片、同轴电缆和驱动部件；所述驱动部件为能与探头相连的电动或手动部件；一种适用于坚硬原状土的钻进TDR方法，使用电动驱动时，将所述钻进TDR装置分体使用；使用手动驱动时，将所述钻进TDR装置整体安装使用；通过同轴电缆连接信号发生器和采集示波器，信号发生器发射脉冲，采集示波器收集发射和反射的信号显示到示波器上，确定行程时间计算土体测量位置处的含水量；本发明适用于特殊条件下坚硬原状土含水量的无损测量，能有效减少对土体的损伤和破坏。

Description

一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置及方法

技术领域

本发明一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置及方法，属于土壤水分测量装置技术领域。

背景技术

自然和人类工程活动常常会引起岩土含水率的变化，比如降雨会使地表土体含水量增大，而蒸发会引起土体含水量的减小，而土体含水量的变化极大的改变了土体的工程性质，势必影响土体之上工程设施安全稳定，比如各类建筑物、道路、管线的安全稳定。因此，准确测量土体含水量的变化，可为土体的稳定以及其上工程设施的安全提供依据。

时域反射法（TDR）因为其测定准确、快速、测定结果较少地受环境因素、土壤质地、土壤温度和土壤盐分的影响，正成为研究或实际应用中测定土壤含水量的常规仪器之一。

然而，现有的TDR含水量测试技术，通常是用棒状探针，当探针插入土中，会挤压周围土体而影响测试结果。另外，当棒状探针插入原状土或硬黏土时，棒状探针难以直接插入或者引起探针周围土体产生裂缝间隙，难以测量含水量或导致较大的测量错误，限制了TDR技术在这些土体含水量测量中的应用。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置及方法，本发明适用于特殊条件下原状土含水量的无损测量，能有效减少对土体的损伤和破坏。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置，包括信号发生器、采集示波器、探头、探针、夹片、同轴电缆和驱动部件；

所述信号发生器和采集示波器分别与同轴电缆连接；所述探头内固定镶嵌设置有数个夹片，所述夹片一端为夹持端，另一端为尾端；位于中心的夹片尾端与所述同轴电缆的芯线连接，位于周围的夹片与同轴电缆的金属包线连接，每个夹片夹持端内均夹持连接有一根探针；所述探针一端为尖端，另一端为光滑平端，尖端和光滑平端之间为针身，所述光滑平端夹持于夹片中，所述针身外表面设置有螺纹；

所述驱动部件为能与探头相连的电动或手动部件；

所述电动部件包括分离的钻枪和固定件，所述固定件上设置有数个固定孔，每个固定孔内可插入一根探针；

所述手动部件包括转圈和齿轮，所述转圈与齿轮为配套设置，所述转圈内壁有齿，与齿轮咬合；所述转圈套入探头内部；所述齿轮固定连接在所述探针的光滑平端，一个齿轮可连接一根探针；

所述夹片尾端还设置有密封口，所述密封口为管状结构，尾端露出于探头外部；

所述探头为绝缘材料，探针为金属材料，所述探针数量为2根及以上。

所述齿轮为绝缘材料。

所述转圈一边设置有一可固定其位置的固定钉。

所述固定件可以为饼形、花瓣形和条形中的一种。

所述探头由两片半圆形的探头外壳组成，当探针的光滑平端放入探头后，两外壳可闭合将探针夹住。

所述探头外壳上设置有窗口，所述窗口可将齿轮暴露出来，所述探头外壳上还设置有固定钉口；

所述固定件上中心设一固定孔，围绕固定件中心等间距等角度分布设置其余固定孔。

一种适用于坚硬原状土的钻进TDR方法，

使用驱动部件将探针送入待测土层，同轴电缆与信号发生器和采集示波器连接，传导信号发生器发射的信号和从探针发射回的信号；

当选择使用电动驱动时，将所述钻进TDR装置分体使用，将探针与固定件取下；首先将固定件于紧固于土体之上，将探针光滑平端装入钻枪上的钻头中，尖端插入固定件的固定孔中；先使用钻头将探针送入土体，而后把探头中的夹片安置于探针之上，完成探针与所述钻进TDR装置其余部分的连接，从而进行土体含水量的测量；

当选择使用手动驱动时，将所述钻进TDR装置整体安装完成后，使探针垂直于土体表面，转动转圈推动探针，使探针慢慢钻入土体，直至探针部分全部钻入土体；通过同轴电缆连接信号发生器和采集示波器，信号发生器发射脉冲，采集示波器收集发射和反射的信号显示到示波器上，并且确定行程时间计算土体测量位置处的含水量。

进行长期测量时，则从密封口处注入绝缘凝固胶体，填充探头的中空部分，密封探头。

本发明和现有技术相比具有以下有益效果。

本发明更加适用于特殊条件下原状土含水量的无损测量，即钻入TDR探针较少的引起此类土体的损伤和破坏，可完成此类土体含水量测量。本发明采用螺旋式探针，探针设置为尖端，可钻入坚硬土体和原状土体而较少引起土体挤压和破坏，能减少探针进入土体过程中探针对土体的挤压，又可以在穿入土体过程中减少土的损伤，使探针周围的土体较为均匀一致，测量的结果更能代表土体含水量。

本发明可选用手动或电动钻进，以适应不同使用环境和条件下使用，适用范围广泛。如需长期测量，还可以从密封口处注入环氧树脂等绝缘凝固胶体，填充探头的中空部分，待环氧树脂凝固后可防止周围环境的水对探头部分干扰，防止夹片与探针连接孔隙受到外界水分的影响。靠近转圈一边设计固定钉防止转圈从探头顶部滑脱，使手动钻进更方便。

附图说明

图1为本发明电动驱动时钻进TDR装置结构示意图。

图2为本发明手动驱动时钻进TDR装置结构示意图。

图3为固定件结构示意图；

图4为探针结构示意图；

图中：1为信号发生器，2为采集示波器，3为探头，4为固定件、5为探针、6为夹片、7为密封口、8为同轴电缆、9为转圈、10为齿轮、、12为固定孔、13为固定钉、51为尖端、52为针身、53为光滑平端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置，包括信号发生器1、采集示波器2、探头3、探针5、夹片6、同轴电缆8和驱动部件；

所述信号发生器1和采集示波器2分别与同轴电缆8连接；所述探头3内固定镶嵌设置有数个夹片6，所述夹片6一端为夹持端，另一端为尾端；位于中心的夹片6尾端与所述同轴电缆8的芯线连接，位于周围的夹片6与同轴电缆8的金属包线连接，每个夹片夹持端内均夹持连接有一根探针5；所述探针5一端为尖端51，另一端为光滑平端53，尖端51和光滑平端53之间为针身52，所述光滑平端53夹持于夹片6中，所述针身52外表面设置有螺纹；

所述驱动部件为能与探头3相连的电动或手动部件；

所述电动部件包括分离的钻枪和固定件4，所述固定件4上设置有数个固定孔12，每个固定孔内可插入一根探针5；

所述手动部件包括转圈9和齿轮10，所述转圈9与齿轮10为配套设置，所述转圈9内壁有齿，与齿轮10咬合；所述转圈9套入探头3上部；所述齿轮10固定连接在所述探针5的光滑平端，一个齿轮10可连接一根探针；

所述夹片6尾端还设置有密封口7，所述密封口7为管状结构，尾端露出于探头3外部；

所述探头3为绝缘材料，所述探针5为金属材料，所述探针数量为2根及以上。

所述齿轮10为绝缘材料。

所述转圈9一边设置有一可固定其位置的固定钉13。

所述固定件4可以为饼形、花瓣形和条形中的一种。

所述探头3由两片半圆形的探头外壳组成，当探针5光滑平端放入探头后，两外壳可闭合将探针夹住。

所述探头外壳上设置有窗口，所述窗口可将齿轮暴露出来，所述探头外壳上还设置有固定钉口。

所述固定件4上中心设一固定孔12，围绕固定件4中心等间距等角度分布设置其余固定孔12。

一种适用于坚硬原状土的钻进TDR方法，

使用驱动部件将探针送入待测土层，同轴电缆与信号发生器和采集示波器连接，传导信号发生器发射的信号和从探针发射回的信号；

当选择使用电动驱动时，将所述钻进TDR装置分体使用，将探针与固定件取下；首先将固定件于紧固于土体之上，将探针光滑平端装入钻枪上的钻头中，尖端插入固定件的固定孔中；先使用钻头将探针送入土体，当钻头顶部与固定件接触时，关闭钻枪停止转动探针，至此一根探针已钻入土体。重复上述步骤将所有探针钻入土体后，将固定件顺着钻入的探针取出，而后把探头中的夹片安置于探针之上，完成探针与所述钻进TDR装置其余部分的连接，使探针和探头紧密接触，探头顶端伸出的同轴电缆连接信号发生器和采集示波器，信号发射器发射脉冲，采集示波器收集发射和反射的信号显示到示波器上，并且确定行程时间计算土体测量位置处的含水量。

当选择使用手动驱动时，将所述钻进TDR装置整体安装完成后，首先整理出一块表面平整的土体，使探针垂直于土体表面，转动转圈推动探针，使探针慢慢钻入土体，直至探针部分全部钻入土体；通过同轴电缆连接信号发生器和采集示波器，信号发生器发射脉冲，采集示波器收集发射和反射的信号显示到示波器上，并且确定行程时间计算土体测量位置处的含水量。

进行长期测量时，则从密封口处注入绝缘凝固胶体，填充探头的中空部分，密封探头。

本发明的钻进TDR装置主要可以实现对较硬原状土含水量的测量和结构易受扰动原状土含水量测量。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置，其特征在于，包括信号发生器（1）、采集示波器（2）、探头（3）、探针（5）、夹片（6）、同轴电缆（8）和驱动部件；

所述信号发生器（1）和采集示波器（2）分别与同轴电缆（8）连接；所述探头（3）内固定镶嵌设置有数个夹片（6），所述夹片（6）一端为夹持端，另一端为尾端；位于中心的夹片（6）尾端与所述同轴电缆（8）的芯线连接，位于周围的夹片（6）与同轴电缆（8）的金属包线连接，每个夹片夹持端内均夹持连接有一根探针（5）；所述探针（5）一端为尖端（51），另一端为光滑平端（53），尖端（51）和光滑平端（53）之间为针身（52），所述光滑平端（53）夹持于夹片（6）中，所述针身（52）外表面设置有螺纹；

所述夹片（6）尾端还设置有密封口（7），所述密封口（7）为管状结构，尾端露出于探头（3）外部；

所述驱动部件为能与探头（3）相连的手动部件；

所述手动部件包括转圈（9）和齿轮（10），所述转圈（9）与齿轮（10）为配套设置，所述转圈（9）内壁有齿，与齿轮（10）咬合；所述转圈（9）套入探头（3）上部；所述齿轮（10）固定连接在所述探针（5）的光滑平端，一个齿轮（10）可连接一根探针；所述转圈（9）一边设置有一可固定其位置的固定钉（13）；

所述探头（3）由两片半圆形的探头外壳组成，当探针（5）光滑平端放入探头，两探头外壳闭合夹持探针；

所述探头外壳上设置有窗口，所述窗口将齿轮暴露出来，所述探头外壳上还设置有固定钉口；

所述探头（3）为绝缘材料，所述探针（5）为金属材料，所述探针数量为2根及以上。

2.如权利要求1所述的一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置，其特征在于，所述齿轮（10）为绝缘材料。

3.使用权利要求1或2所述的一种适用于坚硬原状土的钻进TDR装置进行钻进的方法，其特征在于，

使用驱动部件将探针送入待测土层，同轴电缆与信号发生器和采集示波器连接，传导信号发生器发射的信号和从探针发射回的信号；

选择使用手动驱动时，将所述钻进TDR装置整体安装完成后，使探针垂直于土体表面，转动转圈推动探针，使探针慢慢钻入土体，直至探针部分全部钻入土体；通过同轴电缆连接信号发生器和采集示波器，信号发生器发射脉冲，采集示波器收集发射和反射的信号显示到示波器上，并且确定行程时间计算土体测量位置处的含水量；

选择使用电动驱动时，将所述钻进TDR装置分体使用，将探针与固定件取下；首先将固定件于紧固于土体之上，将探针光滑平端装入钻枪上的钻头中，尖端插入固定件的固定孔中；先使用钻头将探针送入土体，而后把探头中的夹片安置于探针之上，完成探针与所述钻进TDR装置其余部分的连接，从而进行土体含水量的测量；

进行长期测量时，则从密封口处注入绝缘凝固胶体，填充探头的中空部分，密封探头。

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