CN111982935B - 一种基于fdr法的冻土温度含水率测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，包括放置板和测量筒，测量筒的内腔固定连接有蜗纹筒，本发明涉及冻土监测技术领域。该基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，通过蜗纹筒对蜗杆的位置进行限定，再通过电机和蜗轮的协同，可以对蜗杆的位置进行调节，可以实现对温度监测器的位置进行调节的效果，对装置进行高度进行调节时，温度监测器位于测量箱内，通过密封箱、环板和测量筒对温度监测器进行保护，需要测量温度时，把环板移动到远离第一侧孔的位置，温度监测器穿过第一侧孔和第二侧孔，与钻孔内壁接触，实现了可以保障温度监测器安全使用的同时，保障温度监测器可与钻孔内壁紧密接触的目的，保障测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及冻土监测技术领域，具体为一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统。
背景技术
冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，一般可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土，地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50％，其中，多年冻土面积占陆地面积的25％、冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，FDR，即频域反射仪,是利用电磁脉冲原理，根据电磁波在土壤中传播频率来测试土壤的表观介电常数,来得到土壤容积含水量，土壤中成分非常复杂，主要有四种成分:土壤固体成分、土壤缝隙中的空气、束缚水和自由水。
在对冻土进行监测时，需要监测其温度，不同位置、不同深度冻土的温度均不同，所以监测时，需要对不同位置以及不同位置的不同深度进行监测，监测时，先用钻孔机进行钻孔，需要通过驱动装置带动温度监测器伸入到钻孔内，为了防止在移动过程中被损坏，温度监测器与钻孔内壁需要设置一定安全距离，导致温度监测器不能与钻孔内壁紧密接触，测量效果精度不够。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，解决了常见的对冻土进行监测的装置，温度监测器与钻孔内壁需要设置一定安全距离，导致温度监测器不能与钻孔内壁紧密接触，测量效果精度不够的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，包括放置板和测量筒，所述测量筒的内腔固定连接有蜗纹筒，所述蜗纹筒的内表面啮合有蜗杆，所述蜗杆的右端固定连接有温度监测器，所述蜗纹筒的内腔固定连接有电机，所述电机的输出端套设有蜗轮，所述蜗轮的外表面与蜗杆的外表面相啮合，所述测量筒的侧面开设有第一侧孔，所述第一侧孔的内表面与温度监测器的外表面滑动连接，所述测量筒的外表面固定连接有密封箱，所述密封箱与测量筒之间滑动连接有环板，所述密封箱的侧面开设有第二侧孔。
优选的，所述测量筒的侧面开设有滑槽，所述滑槽的内表面滑动连接有滑杆，所述滑杆的两端均与环板的内表面固定连接。
优选的，所述测量筒的内表面通过连接杆固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的输出端与滑杆的外表面固定连接。
优选的，所述测量筒的内腔固定连接有测量箱，所述测量箱包括控制器、FDR监测单元、数据存储模块和传输模块。
优选的，所述FDR监测单元与控制器实现双向连接，所述温度监测器与控制器实现双向连接。
优选的，所述数据存储模块与控制器实现双向连接，所述传输模块与控制器实现双向连接。
优选的，所述放置板的底部固定连接有支撑筒，所述支撑筒的内表面与测量筒的外表面滑动连接。
优选的，所述支撑筒的内表面固定连接有斜板，所述斜板的顶部开设有定位槽。
优选的，所述测量筒的侧面固定连接有定位杆，所述定位杆的外表面与定位槽的内表面滑动连接。
优选的，所述测量筒的底部固定连接有椎体，所述椎体的顶部和密封箱的底部均开设有排污口。
有益效果
本发明提供了一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、该基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，通过在测量筒的内腔固定连接有蜗纹筒，蜗纹筒的内表面啮合有蜗杆，蜗杆的右端固定连接有温度监测器，蜗纹筒的内腔固定连接有电机，电机的输出端套设有蜗轮，蜗轮的外表面与蜗杆的外表面相啮合，测量筒的侧面开设有第一侧孔，第一侧孔的内表面与温度监测器的外表面滑动连接，测量筒的外表面固定连接有密封箱，密封箱与测量筒之间滑动连接有环板，密封箱的侧面开设有第二侧孔，通过蜗纹筒对蜗杆的位置进行限定，再通过电机和蜗轮的协同，可以对蜗杆的位置进行调节，可以实现对温度监测器的位置进行调节的效果，对装置进行高度进行调节时，温度监测器位于测量箱内，通过密封箱、环板和测量筒对温度监测器进行保护，需要测量温度时，把环板移动到远离第一侧孔的位置，温度监测器穿过第一侧孔和第二侧孔，与钻孔内壁接触，实现了可以保障温度监测器安全使用的同时，保障温度监测器可与钻孔内壁紧密接触的目的，解决了常见的对冻土进行监测的装置，温度监测器与钻孔内壁需要设置一定安全距离，导致温度监测器不能与钻孔内壁紧密接触，测量效果精度不够的问题。
2、该基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，通过在测量筒的内腔固定连接有测量箱，测量箱包括控制器、FDR监测单元、数据存储模块和传输模块，FDR监测单元与控制器实现双向连接，温度监测器与控制器实现双向连接，数据存储模块与控制器实现双向连接，传输模块与控制器实现双向连接，FDR监测单元通过电磁脉冲原理对冻土的含水率进行监测，同时温度监测器与钻孔内壁紧密接触，对温度进行监测，两者监测的信息发送给控制器，存储到数据存储模块，同时可以通过传输模块把监测信息发送给外界接收设备，操作简便。
3、该基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，通过在放置板的底部固定连接有支撑筒，支撑筒的内表面与测量筒的外表面滑动连接，支撑筒的内表面固定连接有斜板，斜板的顶部开设有定位槽，测量筒的侧面固定连接有定位杆，定位杆的外表面与定位槽的内表面滑动连接，通过放置板和支撑筒对测量筒进行限位，保障测量筒一直与钻孔的内壁处于平行状态，保障测量筒在移动时，不会与钻孔内壁碰撞，保障稳定性，在重力作用下，定位杆稳定与定位槽内，通过定位槽和定位杆的协同，可以对测量筒的位置进行固定，同时，通过更换定位杆位于不同的定位槽，可以实现调节测量筒高度的效果，便于对不同高度进行监测。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图；
图2为本发明测量筒结构的剖视图；
图3为本发明的系统原理框图；
图4为本发明定位杆和定位槽的结构连接示意图；
图5为本发明图2中A处的局部放大图。
图中，1、放置板；2、测量筒；3、蜗纹筒；4、蜗杆；5、温度监测器；6、电机；7、蜗轮；8、第一侧孔；9、密封箱；10、环板；11、第二侧孔；12、滑槽；13、滑杆；14、电动伸缩杆；15、测量箱；151、控制器；152、FDR监测单元；153、数据存储模块；154、传输模块；16、支撑筒；17、斜板；18、定位槽；19、定位杆；20、椎体；21、排污口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，包括放置板1和测量筒2，测量筒2的底部贯穿支撑板1，测量筒2的内腔固定连接有蜗纹筒3，蜗纹筒3的内表面啮合有蜗杆4，蜗杆4的右端固定连接有温度监测器5，蜗纹筒3的内腔固定连接有电机6，电机6与外界电源电性连接，通过控制开关进行控制，电机6的输出端套设有蜗轮7，蜗轮7的外表面与蜗杆4的外表面相啮合，测量筒2的侧面开设有第一侧孔8，第一侧孔8的内表面与温度监测器5的外表面滑动连接，测量筒2的外表面固定连接有密封箱9，密封箱9与测量筒2之间滑动连接有环板10，环板10对第一侧孔8进行密封，防止外界污泥进入第一侧孔8，保障设备运行的稳定，密封箱9的侧面开设有第二侧孔11，测量筒2的侧面开设有滑槽12，滑槽12设置有两个呈对称分布，滑槽12的内表面滑动连接有滑杆13，滑杆13的两端均与环板10的内表面固定连接，测量筒2的内表面通过连接杆固定连接有电动伸缩杆14，电动伸缩杆14与外界电源电性连接，通过控制开关进行控制，电动伸缩杆14的输出端与滑杆13的外表面固定连接，测量筒2的内腔固定连接有测量箱15，测量箱15包括控制器151、FDR监测单元152、数据存储模块153和传输模块154，FDR监测单元152与控制器151实现双向连接，FDR监测单元152通过电磁脉冲原理对冻土的含水率进行监测，温度监测器5与控制器151实现双向连接，数据存储模块153与控制器151实现双向连接，传输模块154与控制器151实现双向连接，放置板1的底部固定连接有支撑筒16，支撑筒16的内表面与测量筒2的外表面滑动连接，支撑筒16的内表面固定连接有斜板17，斜板17呈螺旋状，斜板17的顶部开设有定位槽18，定位槽18设置有多个，等距分布，测量筒2的侧面固定连接有定位杆19，定位杆19的外表面与定位槽18的内表面滑动连接，测量筒2的底部固定连接有椎体20，椎体20的顶部和密封箱9的底部均开设有排污口21，通过第二侧孔11进入的污泥通过排污口21排出，防止对装置内部产生影响。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
使用时，在测量位置通过钻机钻孔，移动放置板1和支撑筒16，使支撑筒16进入钻孔内，放置板1朝下移动，使放置板1与地表接触，移动测量筒2，使测量筒2进入支撑筒16内，定位杆19与斜板17的底部接触，转动测量筒2，同时朝下移动测量筒2，使定位杆19通过斜板17之间的间隙朝下移动，到达工作位置时，测量筒2带动定位杆19朝下移动，使定位杆19进入定位槽18内，电动伸缩杆14带动滑杆13在滑槽12内朝上移动，滑杆13带动环板10朝上移动，环板10底部高于第一侧孔8时，打开电机6，电机6带动蜗轮7转动，蜗轮7带动蜗杆4转动，蜗杆4转动时，通过与蜗纹筒3之间的相对作用力，带动蜗杆4朝右移动，蜗杆4带动温度监测器5朝右移动，温度监测器5穿过第二侧孔11，最后与钻孔内壁接触，电机6停止转动，控制器151控制温度监测器5和FDR监测单元152工作，分别对温度和含水率进行监测，监测信息发送到控制器151，然后放置到数据存储模块153内，需要查看监测数据时，控制器151通过传输模块154把监测数据发送给接收设备，对该高度监测结束之后，反向重复上概监测步骤，关闭温度监测器5和FDR监测单元152，使温度监测器5返回到测量筒2内，环板10移动到第一侧孔8和第二侧孔11之间，通过测量筒2带动定位杆19朝上移动，使定位杆19与定位槽18分离，重复上述对测量筒2高度位置进行调节的步骤，再次对测量筒2的高度进行调节，然后重复上述监测步骤，再次对该高度冻土的温度和含水率进行监测，完成对不同高度冻土的温度和含水率进行监测的目的，然后按照同样方式对不同位置冻土的温度和含水率进行监测。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，包括放置板（1）和测量筒（2），其特征在于：
所述测量筒（2）的内腔固定连接有蜗纹筒（3），所述蜗纹筒（3）的内表面啮合有蜗杆（4），所述蜗杆（4）的右端固定连接有温度监测器（5），所述蜗纹筒（3）的内腔固定连接有电机（6），所述电机（6）的输出端套设有蜗轮（7），所述蜗轮（7）的外表面与蜗杆（4）的外表面相啮合，所述测量筒（2）的侧面开设有第一侧孔（8），所述第一侧孔（8）的内表面与温度监测器（5）的外表面滑动连接，所述测量筒（2）的外表面固定连接有密封箱（9），所述密封箱（9）与测量筒（2）之间滑动连接有环板（10），所述密封箱（9）的侧面开设有第二侧孔（11）；
所述测量筒（2）的内腔固定连接有测量箱（15），所述测量箱（15）包括控制器（151）、FDR监测单元（152）、数据存储模块（153）和传输模块（154）；
所述测量筒（2）的侧面开设有滑槽（12），所述滑槽（12）的内表面滑动连接有滑杆（13），所述滑杆（13）的两端均与环板（10）的内表面固定连接；
所述测量筒（2）的内表面通过连接杆固定连接有电动伸缩杆（14），所述电动伸缩杆（14）的输出端与滑杆（13）的外表面固定连接；
所述放置板（1）的底部固定连接有支撑筒（16），所述支撑筒（16）的内表面与测量筒（2）的外表面滑动连接；
所述支撑筒（16）的内表面固定连接有斜板（17），所述斜板（17）呈螺旋状，顶部开设有多个等距分布的定位槽（18）；
所述测量筒（2）的侧面固定连接有定位杆（19），所述定位杆（19）的外表面与定位槽（18）的内表面滑动连接；
所述测量系统的具体工作过程如下：
使用时，在测量位置通过钻机钻孔，移动放置板（1）和支撑筒（16），使支撑筒（16）进入钻孔内，放置板（1）朝下移动，使放置板（1）与地表接触，移动测量筒（2），使定位杆（19）通过斜板（17）之间的间隙朝下移动，到达工作位置时，测量筒（2）带动定位杆（19）朝下移动，使定位杆（19）进入定位槽（18）内，电动伸缩杆（14）带动滑杆（13）在滑槽（12）内朝上移动，滑杆（13）带动环板（10）朝上移动，环板（10）底部高于第一侧孔（8）时，打开电机（6），电机（6）带动蜗轮（7）转动，蜗轮（7）带动蜗杆（4）转动，蜗杆（4）转动时，通过与蜗纹筒（3）之间的相对作用力，带动蜗杆（4）朝右移动，蜗杆（4）带动温度监测器（5）朝右移动，温度监测器（5）穿过第二侧孔（11），最后与钻孔内壁接触，电机（6）停止转动，控制器（151）控制温度监测器（5）和FDR监测单元（152）工作，分别对温度和含水率进行监测；对此高度的温度和含水率监测结束后，关闭温度监测器（5）和FDR监测单元（152），使温度监测器返回到测量筒内，环板（10）移动到第一侧孔（8）和第二侧孔（11）之间，通过测量筒（2）带动定位杆（19）朝上移动，使定位杆（19）与定位槽（18）分离，重复对测量筒（2）高度位置进行调节的步骤，再次对测量筒（2）的高度进行调节，然后重复监测步骤，再次对冻土的温度和含水率进行监测，完成对不同高度冻土的温度和含水率进行监测的目的，然后按照同样方式对不同位置冻土的温度和含水率进行监测；
通过在放置板的底部固定连接有支撑筒，支撑筒的内表面与测量筒的外表面滑动连接，支撑筒的内表面固定连接有斜板，斜板的顶部开设有定位槽，测量筒的侧面固定连接有定位杆，定位杆的外表面与定位槽的内表面滑动连接，通过放置板和支撑筒对测量筒进行限位，保障测量筒一直与钻孔的内壁处于平行状态，保障测量筒在移动时，不会与钻孔内壁碰撞，保障稳定性，在重力作用下，定位杆稳定于定位槽内，通过定位槽和定位杆的协同，对测量筒的位置进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，其特征在于：所述FDR监测单元（152）与控制器（151）实现双向连接，所述温度监测器（5）与控制器（151）实现双向连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，其特征在于：所述数据存储模块（153）与控制器（151）实现双向连接，所述传输模块（154）与控制器（151）实现双向连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于FDR法的冻土温度含水率测量系统，其特征在于：所述测量筒（2）的底部固定连接有椎体（20），所述椎体（20）的顶部和密封箱（9）的底部均开设有排污口（21）。
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