CN202676625U

CN202676625U - 一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头

Info

Publication number: CN202676625U
Application number: CN2012202839578U
Authority: CN
Inventors: 唐翔宇; 吕玉娟; 关卓; 雷文娟
Original assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Current assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-11

Abstract

本实用新型公开了一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头，包括RG58BNC公头(a)、RG58同轴电缆(b)、环氧树脂灌胶固化体(c)、PVC管(d)、316L不锈钢棒(f)；所述不锈钢棒(f)直径0.4cm，长33cm，其中3cm位于PVC管(d)内，同轴电缆(b)长3m，PVC管(d)直径5.59cm，长5cm；三根不锈钢棒按2cm间距成一直线排开固定于PVC管(d)中的THO802-1环氧树脂灌胶固化体(c)中，所述RG58同轴电缆(b)的外线平分为两股，分别与位于两侧的不锈钢棒(f)焊接，所述RG58同轴电缆(b)的铜芯内线与位于中间的不锈钢棒(f)焊接。应用上述方法制作的传感器探头，在性能方面，与市售探头相似。通过获得的波形比较可知，自制探头获得的波形较稳定。

Description

一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头

技术领域

本实用新型涉及一种时域反射(TDR)法测定土壤含水量的传感器探头。

背景技术

土壤水分含量是反映土壤性质的主要物理参数之一，土壤含水量变化的监测是农业、环境等研究工作中的基础工作。随着土壤物理学的发展和人们对土壤水分的深入研究，土壤含水量的测定方法也越来越多。最常用的主要有烘干法、中子仪法、频域反射(FDR)法和时域反射(TDR)法。烘干法准确可靠，是其它方法的基准，但其涉及的采样、测定过程烦冗，费事费时，每次采样测定的含水量数据为某一时间点的静态数据。烘干法最大缺点是，不可避免要破坏原样品，不能用于原位监测。中子仪法虽适用于原位动态监测，但对于表层土壤，因中子易散于大气中，对测定结果有很大影响，且在使用管理不当的情况下，可能发生对人体的事故性放射伤害。FDR法由于受土壤的温度和电导率(盐份)的影响较大，其测量精确度较低。

时域反射技术(TDR)作为20世纪30年代提出的一种含水量测定理论，因其易操作、响应快、原位干扰小、可实现自动动态监测等优点而被广泛接受应用。然而，目前市售的TDR土壤含水量传感器探头往往价格昂贵，且往往不能满足室内土柱实验与室外监测的特定尺寸与测定空间范围的要求。

综上所述，TDR法在测定土壤含水量时，应用自制的各种规格传感器探头，在大幅降低成本的同时，可满足室内外应用时对尺寸与有效测定空间范围的特定要求，具有普遍的适用性和较好的经济性。传感器探头作为TDR技术的核心设备之一，采用本发明提出的制作方法，实现面向应用对象的结构尺寸设计，并在材料选择上和制作过程中，减小仪器的信号损失和噪声，大幅降低仪器成本，有利于推动TDR技术在土壤物理、水土保持、水文学领域的多尺度广泛应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头。

一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头，包括RG58BNC公头(a)、RG58同轴电缆(b)、THO802-1环氧树脂(成都托马斯科技公司生产)灌胶固化体(c)、PVC管(d)、316L不锈钢棒(f)；所述316L不锈钢棒(f)直径0.4cm，长33cm，其中3cm位于PVC管(d)内，同轴电缆(b)长3m，PVC管d直径5.59cm，长5cm；三根不锈钢棒按2cm间距成一直线排开固定于PVC管(d)中的环氧树脂灌胶固化体(c)中，所述RG58同轴电缆(b)的外线平分为两股，分别与位于两侧的不锈钢棒(f)焊接，所述RG58同轴电缆(b)的铜芯内线与位于中间的不锈钢棒(f)焊接。

所述的传感器探头，所述环氧树脂选用成都托马斯科技公司生产的THO802-1环氧树脂，为A、B双组份，按2∶1(A∶B)比例在60℃下混合调匀，常温固化后不透水不透气。

所述的传感器探头，所述316L不锈钢棒(f)的一端为尖端，尖端长1.5cm。

所述的传感器探头，所述RG58同轴电缆(b)选用美国Belden公司生产的RG58型同轴电缆，其特性阻抗为50欧姆，保证电磁脉冲在电缆传输过程中较低的信号衰减。

本发明所述的TDR法土壤含水量传感器探头制作方法，制作成本低，且可按照使用需要定制成各种尺寸规格。与当前应用最普遍的美国Soilmoisture Equipment Corp公司和Campbell Scientific公司生产的TDR传感器探头相比，具有很大的价格优势。

传感器探头的性能比较测试表明，应用上述方法制作的传感器探头，在性能方面，与市售探头相似。通过获得的波形比较可知，自制探头获得的波形较稳定(如附图3、4所示)。

附图说明

图1时域反射法测定土壤含水量的传感器探头结构示意图，a：RG58BNC公头；b：RG58同轴电缆；c：环氧树脂灌胶；d：PVC管；e：橡胶塞；f：316L不锈钢棒；g：泡沫塑料板；

图2不锈钢棒结构示意图，L1＝33cm，L2＝2cm，L3＝1.5cm，R1＝0.5cm，R2＝0.2cm，R3＝0.4cm；

图3为TDR含水量测定系统配置与电磁波传导原理图；a为TDR配置与电磁波在传感器探头中的反射图；b为PC-TDR界面获得的电磁波反射波形图。

图4中a为Trase探头在空气、土壤、水中的TDR波形图；b为自制探头在空气、土壤、水中的TDR波形图；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

参照图1和图2，时域反射法测定土壤含水量的传感器探头结构意图，其中RG58BNC公头a；RG58同轴电缆b；THO802-1环氧树脂灌胶c；PVC管d；橡胶塞e；316L不锈钢棒f；泡沫塑料板g。参照图2，不锈钢棒f直径R3＝0.4cm，长33cm(其中3cm位于PVC管d制作的保护头内，因此，探针的露出部分是30cm)，不锈钢棒f一端为尖端，尖端长L3＝1.5cm，便于插入土体并减小对土体的夯实扰动，同轴电缆b长3m，PVC管d直径5.59cm，长5cm。将三根不锈钢棒按2cm 间距成一直线排开(不锈钢棒直径d为0.4cm、间距s为2cm、d/s值为0.2(＞0.1)的设计使TDR信号耗散的程度最小化)，将尖端插入固定于泡沫塑料板g上，用12号橡胶塞e固定不锈钢棒的另一端于PVC管d中。RG58同轴电缆b的外线平分为两股，分别与位于两边的不锈钢棒f焊接，铜芯内线与位于中间的不锈钢棒f焊接(将同轴电缆外线、内线穿过不锈钢棒f一端的直径0.2cm的小孔，绕结并锡焊固定)。之后，将60℃下调好的环氧树脂胶灌入PVC管腔体内，在室温下固化24h，完成固化后取下橡胶塞e。

参照图3，根据TDR含水量测定系统原理，电磁波在传感器探头中传播(如图3a)，由PC-TDR软件界面得到的对应波形图(如图3b)，图中1-1、2-2、3-3位置相互对应，充分说明电磁波在传感器探头中的传播反射情况。

参照图4，自制探头需在纯水中进行偏差常数测定，且需在不同含水量的土壤中进行介电常数-土壤含水量关系公式的系数标定，以保证TDR法在土壤介质中的适用性与土壤含水量的准确计算。

参照图4-a、4-b，自制探头与市售Trase 6005CL2型探头在测定空气、水、同一土壤(以川中紫色土为例)时，得到的波形相似。说明自制探头性能稳定，可替代市售商业传感器探头。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头，其特征在于，包括RG58BNC公头(a)、RG58同轴电缆(b)、环氧树脂灌胶固化体(c)、PVC管(d)、316L不锈钢棒(f)；所述316L不锈钢棒(f)直径0.4cm，长33cm，其中3cm位于PVC管(d)内，同轴电缆(b)长3m，PVC管(d)直径5.59cm，长5cm；三根不锈钢棒按2cm间距成一直线排开固定于PVC管(d)中的THO802-1环氧树脂灌胶固化体(c)中，所述RG58同轴电缆(b)的外线平分为两股，分别与位于两侧的不锈钢棒(f)焊接，所述RG58同轴电缆(b)的铜芯内线与位于中间的不锈钢棒(f)焊接。

2.如权利要求1所述的传感器探头，其特征在于，所述316L不锈钢棒(f)的一端为尖端，尖端长1.5cm。