CN202216952U - 瞬态三针热脉冲式水热参数传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其特征在于包括有：一组探针，包括一热脉冲探针及两个温度传感器探针；一探头座，用于固定所述的一组探针及实现探测现场的固定安装；一电缆，一端与三个探针全部电连接，另一端用于实现与外接设备的连接。热脉冲探针内部装有由绝缘电阻丝制成的线性热源。温度传感器探针内部位于中部安装有一个可用来测量背景温度和温差高的精度温度传感器。其可以解决目前地层中水热参数不能同时原位监测的问题，可对热参数的热导率及水参数的含水率和微流速实施监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测设备，尤指一种瞬态三针热脉冲式水热参数传感器。
背景技术
地质体中的水、热运移规律，对灾害地质、水文地质和环境地质研究具有重要意义，故对于水热参数的测量十分必要和迫切需要，水参数为地质体含水率、微流速，热参数为温度、热导率，目前，国内外尚没有能对两项参数同时进行原位监测的传感器。
现在地质体水参数监测方面，国内外都还只是对地质体静态参数含水率和孔隙水压力监测，尚没有对其动态参数渗透率和蒸发率进行监测的仪器。以前监测土壤含水率的方法有烘干法，目前人们更常用的是TDR法，更加先进的GIS支持下的深层土壤含水率遥感调查法，目前国内外都还处于研究探索阶段。
传统方法烘干法是其它方法的基准。但其测定过程烦琐，费事费时，且不可避免要破坏原样本，不能用于原位监测。TDR法是新近发展起来的一种测定土壤含水率的方法。其测定电磁波在土壤中的传播速度。由于电磁波的传播速度与传播媒介的介电常数密切相关，而土壤颗粒、水和空气本身的介电常数差异很大，故一定容积土壤中水的比例不同时，其介电常数便有明显的变化，由其电磁波的传播速度可判断其含水率。TDR法虽具有不破坏样本、快速和容易操作等优点，但其缺点是价格昂贵，成本较高，不适宜广泛推广应用 。
在用热脉冲测土壤微流速的研究中，常用的热脉冲传感器由三根平行的空心不锈钢探针组成，不锈钢针直径1mm。但是应用在滑坡监测中，滑坡体的硬度较大，直径1mm的不锈钢针硬度不够，在实际埋设中容易引起变形，进而影响测量精度。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其可以解决目前地层中水热参数不能同时原位监测的问题，可对热参数的热导率及水参数的含水率和微流速实施监测。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：
一种瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，包括有：一组探针，包括一热脉冲探针及一个温度传感器探针；一探头座，用于固定所述的一组探针及实现探测现场的固定安装；一电缆，一端与一组探针全部电连接，另一端用于实现与外接设备的连接。
所述热脉冲探针内部装有由绝缘电阻丝制成的线性热源。
所述温度传感器探针内部位于中部安装有一个可用来测量背景温度和温差高的精度温度传感器。
各相邻两根探针中心间的距离4～10 mm。
各探针为不锈钢管制作,探针的壁厚至少为0.3mm。
本实用新型瞬态三针热脉冲式水热参数传感器可以原位监测地质体的水热参数，监测的水参数为地质体含水率、微流速，热参数为温度、热导率，特别适合现场原位长期监测，可以满足近年来兴起的地温资源开发与地源热泵技术的应用需要。
本实用新型的优点是：该传感器具有结构简单、可测参数多、测量时间短、功耗小、使用方便和价格便宜等特点，因此，在功能、性能和价格等多方面，都有很大的优势。
附图说明
图1 为本实用新型瞬态三针热脉冲式水热参数传感器结构示意图。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
具体实施方式
参阅图1所示，本实用新型瞬态三针热脉冲式水热参数传感器包括有一组探针1及一探头座3和一用于实现与外接设备连接的电缆5。
所述的探头座3用于固定一组探针及在探测现场可完成固定安装。
所述的一组探针1中，包括有一个热脉冲探针6及两个温度传感器探针2。所述热脉冲探针6位于该组探针的中间。
所述温度传感器探针内部还可安装有一个位于中部的高精度温度传感器，以用来测量背景温度和温差。
各相邻两根探针中心间的距离应在4～10 mm，6～8 mm较佳。
如图1中所示，优选的技术方案是采用一个热脉冲探针及两个温度传感器探针，各相邻两根探针中心间的距离是6mm。
传感器的理论基础要求各探针和地质体之间必须紧密接触，并且探针的热容量要足够小、热传导率要足够大，这样才能保证温度测量是瞬时的。故，本实用新型的瞬态三针热脉冲式水热参数传感器的传感器探针的外径设计为1.5～3mm，相邻两根探针中心间的距离是4～10 mm，探针长度是35～50mm。探针1选用不锈钢管制作, 探头座3由不锈钢机加工而成。在实际应用中，地质体都是有一定硬度的，为了不使热脉冲探针在安装的过程中变形，不锈钢管探针的壁厚至少要达到0.3mm。
本实用新型瞬态三针热脉冲式水热参数传感器设计的一较佳方案是：热脉冲传感器的尺寸为：不锈钢管长33mm、直径2.7mm，相邻两根探针中心间距8mm，热脉冲强度480Jm-1。热脉冲发生器内部线性热源的绝缘电阻丝特制为0.1mm直径为佳，制成的线性热源，发出的热脉冲强度为480J/m，热脉冲持续时间8s，热脉冲的输出功率为60J/ms。
所述的一组探针1固定在探头座3的一侧端，电缆5则从探头座3的另一侧端引出，以实现与外部设备（电源或带有自控设备的仪器主机等）的连接。该组探针的输出端通过探头座3内的结构部件实现与电缆5的电连接，在引出电缆5与探头座3的开孔间设置密封件4。
上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其特征在于包括有：
一组探针，包括一热脉冲探针及两个温度传感器探针；
一探头座，用于固定所述的一组探针及实现探测现场的固定安装；
一电缆，一端与三个探针全部电连接，另一端用于实现与外接设备的连接。
2.根据权利要求1所述的瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其特征在于：所述热脉冲探针内部装有由绝缘电阻丝制成的线性热源。
3.根据权利要求1所述的瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其特征在于：所述温度传感器探针内部位于中部安装有一个可用来测量背景温度和温差高的精度温度传感器。
4.根据权利要求1所述的瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其特征在于：各相邻两根探针中心间的距离是4～10 mm。
5.根据权利要求1所述的瞬态三针热脉冲式水热参数传感器，其特征在于：各探针为不锈钢管制作,探针的壁厚至少为0.3mm。
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