CN204479438U - 一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，在粘性土测试现场的未扰动边界土钻孔内，埋置有点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置，该传感装置的固定管外壁上有三排等距分布的粘性土水分蒸渗传感器，每只粘性土水分蒸渗传感器的传感帽均抵于钻孔的孔壁上，在钻孔剩余的空间内均回填有原质土，在这些传感帽内有湿敏传感器、电导率测头和温度传感器，能实时连续测试出现场未扰动粘性土中水分蒸渗的变化，是一种先进的土壤墒情信息采集系统的仪器设备。

Description

一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置

技术领域

本实用新型涉及地下粘性土水分蒸发与渗入传感测试装置领域，具体是一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置。

背景技术

    目前，测试粘性土水分蒸渗的方法，有在现场进行被扰动土水分蒸渗的测试，或者实验室进行未扰动粘性土试样水分蒸渗的测试，由于上述两种方法不是破坏了粘性土的团粒结构及毛细现象路径，就是未计入测试现场边界条件的影响，导致采集的土壤水分运移信息采集系统测试数据不理想。

实用新型内容     本实用新型的目的是提供一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，以解决现有技术存在的问题，安置在现场未扰动边界土的钻孔内，在不破坏了粘性土的团粒结构及毛细现象路径，且计入测试现场边界条件影响的情况下，实时、连续测试出地下较深土层内粘性土水分蒸渗的数据。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，其特征在于：包括直圆管状的固定管，所述固定管竖直埋设于原地面下钻孔中，固定管的顶面与原地面齐平，且固定管顶端盖合安装有顶盖，顶盖中心安装有电缆固定头，固定管的底端连接有底板，底板底面上呈圆周等间距分布设置有三只定位爪，固定管外壁从上至下依次等间距设置有多个测试组件，每个测试组件分别包括三个处于同一水平测试层上的圆管座，每个测试组件中三个圆管座分别沿径向垂直连接在固定管外壁，且每个测试组件中三个圆管座呈圆周等间距分布，固定管与每个圆管座连接处的管壁中分别开有连通固定管内与圆管座内的通孔，每个圆管座的上管壁分别安装有粘性土水分蒸渗传感器，粘性土水分蒸渗传感器连接的电缆从所在圆管座与固定管连接处通孔引入至固定管内再通过电缆固定头引出，每个圆管座中分别滑动安装有伸缩圆管，伸缩圆管外端从所在的圆管座外端伸出，伸缩圆管位于圆管座内的内端与固定管外壁之间连接有弹簧，每个伸缩圆管外端分别连接有传感帽，且传感帽与伸缩圆管连接的帽底中心开有连通传感帽内与伸缩圆管内的通孔，所述传感帽的上帽壁设置有温度传感器，传感帽的帽顶设置为凸出的圆弧面，传感帽帽顶中心安装有电导率测头，电导率测头周围的传感帽帽顶上设置有基层膜，基层膜上设置有依次呈等间距同心圆环绕在电导率测头周围的电极圈a、电极圈b、电极圈c、电极圈d，其中电极圈a与电极圈c连接，电极圈b与电极圈d连接，在各个电极圈上及相邻电极圈之间间隙中均设置有湿敏材料，传感帽帽顶上还设置有覆盖住各个电极圈及湿敏材料的调制片，各个电极圈连接的电缆、温度传感器、湿敏材料连接的电缆分别从传感帽帽底通孔引入至伸缩圆管后，再从伸缩圆管依次引入圆管座、固定管后通过电缆固定头引出。

所述的一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，其特征在于：每个圆管座的下管壁与下方的固定管管壁之间分别连接有斜撑杆。

所述的一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，其特征在于：还包括有圆直管状的护管，护管内壁下部安装有镜头朝下的摄像机，摄像机两侧的护管内壁上分别设置有相互平行夹持摄像机的竖向凸棱，护管内顶端安装有连接器，所述固定管及其上的各个测试组件整体置于护管中心。

本实用新型中的点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置基于以下工作原理：采用专用钻机在现场铅直钻出未扰动边界土的钻孔后，不移动该专用钻机，不取出该专用钻机的圆筒钻头，利用该圆筒钻头来临时保护钻孔孔壁，以及利用专用钻机来安置点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置。在安置点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置时，边提升圆筒钻头，边回填原质土，边提升护管，边压实回填原质土，边将粘性土水分蒸渗传感器的传感帽抵于钻孔孔壁的土上，做到不扰动钻孔孔壁土的前提下安置点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置。在粘性土水分蒸渗传感装置圆管座内安置有弹簧和伸缩圆管，在提升护管时，粘性土水分蒸渗传感器的传感帽自动从圆管座内弹出，紧密地与钻孔的孔壁土接触，来传感不同深度粘性土中水分蒸渗、电导率和温度。因粘性土具有较好的凝聚力，不易坍塌，所以采用点接触的传感方式。由于采用在未扰动边界土的钻孔内安置粘性土水分蒸渗传感器，所以可测得地下较深土层中水分蒸渗的数据，又点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置中等距设置土壤水分蒸渗传感器，以测得不同深度粘性土土层中水分蒸渗值，且在同一高度设置三只粘性土水分蒸渗传感器，可取其平均值为测试值，以提高测试值的准确性。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：本实用新型提出的一种点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置，该种传感装置安置在未扰动边界土的铅直钻孔内，能全天候、实时、连续测试出较深土层内粘性土水分蒸渗的数据，具有精度高、灵敏度好、结构合理、耐用、安置简便等特点，是一种先进的土壤水分运移信息采集系统的仪器设备。

附图说明

图1为本实用新型的正剖视结构示意图。

图2为本实用新型的俯剖视结构示意图。

图3为本实用新型中粘性土水分蒸渗传感器侧剖视结构示意图。

图4为本实用新型中传感帽正剖视结构示意图。

图5为本实用新型中传感帽侧剖视结构示意图。

图6为本实用新型中护管正剖视结构示意图。

图7为本实用新型的正剖视安置示意图。

图8为本实用新型的俯剖视安置示意图。

具体实施方式

如图1-图8所示，一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，包括直圆管状的固定管1，固定管1竖直埋设于原地面26下钻孔中，固定管1的顶面与原地面26齐平，且固定管1顶端盖合安装有顶盖4，顶盖4中心安装有电缆固定头5，固定管1的底端连接有底板2，底板2底面上呈圆周等间距分布设置有三只定位爪3，固定管1外壁从上至下依次等间距设置有多个测试组件，每个测试组件分别包括三个处于同一水平测试层上的圆管座7，每个测试组件中三个圆管座7分别沿径向垂直连接在固定管1外壁，且每个测试组件中三个圆管座7呈圆周等间距分布，固定管1与每个圆管座7连接处的管壁中分别开有连通固定管1内与圆管座7内的通孔，每个圆管座1的上管壁分别安装有粘性土水分蒸渗传感器6，粘性土水分蒸渗传感器6连接的电缆从所在圆管座7与固定管1连接处通孔引入至固定管1内再通过电缆固定头5引出，每个圆管座7中分别滑动安装有伸缩圆管8，伸缩圆管8外端从所在的圆管座7外端伸出，伸缩圆管8位于圆管座7内的内端与固定管1外壁之间连接有弹簧9，每个伸缩圆管8外端分别连接有传感帽11，且传感帽11与伸缩圆管8连接的帽底中心开有连通传感帽11内与伸缩圆管8内的通孔，传感帽11的上帽壁设置有温度传感器20，传感帽11的帽顶设置为凸出的圆弧面，传感帽11帽顶中心安装有电导率测头12，电导率测头12周围的传感帽11帽顶上设置有基层膜13，基层膜13上设置有依次呈等间距同心圆环绕在电导率测头12周围的电极圈a14、电极圈b15、电极圈c16、电极圈d17，其中电极圈a14与电极圈c16连接，电极圈b15与电极圈d17连接，在各个电极圈上及相邻电极圈之间间隙中均设置有湿敏材料18，传感帽11帽顶上还设置有覆盖住各个电极圈及湿敏材料18的调制片19，各个电极圈连接的电缆、温度传感器20、湿敏材料18连接的电缆分别从传感帽11帽底通孔引入至伸缩圆管8后，再从伸缩圆管8依次引入圆管座7、固定管1后通过电缆固定头5引出。

每个圆管座7的下管壁与下方的固定管1管壁之间分别连接有斜撑杆10。

还包括有圆直管状的护管21，护管21内壁下部安装有镜头朝下的摄像机23，摄像机23两侧的护管21内壁上分别设置有相互平行夹持摄像机23的竖向凸棱22，护管内顶端安装有连接器24，固定管1及其上的各个测试组件整体置于护管21中心。

参见图1、图2和图3，在粘性土的测试现场，在未扰动边界土的钻孔内埋置有所述的点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置，该传感装置的固定管1竖直地位于所述钻孔的中心，固定管1为直圆管，该固定管1的顶面与原地面26平齐。在固定管1的外壁上安置有等距的三排所述的粘性土水分蒸渗传感器6，每排在同一水平测试层上均有一只粘性土水分蒸渗传感器6，且每排最上部所述的粘性土水分蒸渗传感器6均位于原地面26处。粘性土蒸渗水分传感器6的圆管座7垂直连接于固定管1的外壁，在该圆管座7内的后段安置有弹簧9，在该圆管座7内的前段活动安置有伸缩圆管8，在伸缩圆管8的前端有传感帽11。在每只圆管座7外壁前段的底部连接有斜撑杆10，该斜撑杆10的另一端与圆管座7下方的固定管1外壁连接。在每只圆管座7处的固定管1管壁上均有通孔，粘性土水分蒸渗传感器6的电缆从该通孔引入固定管1内。在固定管1的底端有底板2，该底板2的中心有通孔，以及在该底板2底面有等距分布的三只定位爪3。在固定管1的顶端有顶盖4，在该顶盖4上有电缆固定头5，固定管1内所有的电缆均从该电缆固定头5中引出。在钻孔剩余的空间内均回填满原质土28。

参见图4和图5，传感帽11为圆盒形状，该传感帽11顶面为向外凸出的圆弧面，该传感帽11的底面为平面。在传感帽11顶面的中心安置有电导率测头12，在该电导率测头12周围的传感帽11顶面上有基层膜13，在该基层膜13上安置有等距分布且同心圆的电极圈a14、电极圈b15、电极圈c16、电极圈d17，其中电极圈a14与电极圈c16连接，电极圈b15与电极圈d17连接，构成两两间隔连接的一对电极。在该电极圈a14、电极圈b15、电极圈c16、电极圈d17上及其间隙均有湿敏材料18，在该湿敏材料18的表面覆盖有调制片19，由基层膜13、电极圈a14、电极圈b15、电极圈c16、电极圈d17、湿敏材料18、调制片19构成湿敏传感器。在电导率测头12的外侧面与所述的湿敏材料18之间有间隙，在传感帽11的侧面安置有温度传感器20，电导率测头12、湿敏传感器、温度传感器20的电缆均从传感帽11底面的通孔引入伸缩圆管8，再经圆管座7从固定管1中引出。

参见图6，所述的护管21为圆直管，在该护管21内壁的下部安置有摄像器23，该摄像器23的镜头朝下，在该摄像器23两侧的所述护管21内壁上各有一条相互平行的竖向凸棱22，在护管21内的上部有连接器24，操作该连接器24能把所述的护管21与固定管1连接或分开。点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置在储存、运输时，所有粘性土水分蒸渗传感器6和固定管1均安装在护管21内，固定管1位于该护管21的中心，所有粘性土水分蒸渗传感器6的伸缩圆管8均缩进圆管座7内，以及传感帽11均抵于该护管21的内壁上。点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置在安置时，随着护管21的提升，由下而上每层粘性土水分蒸渗传感器6的伸缩圆管8逐步从圆管座7内伸出，把传感帽11均抵于钻孔的孔壁27上。

参见图7和图8，一种权利要求1所述点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置的安置方法，依次按以下步骤进行，其特征在于：

1）在粘性土的测试现场，采用专用钻孔设备钻出未扰动钻孔边界土的铅直钻孔后，不移动该专用钻机，不取出该专用钻机的圆筒钻头25。

2）把点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置的护管21顶部与专用钻机连接，开动钻机把点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置放入圆筒钻头25内达钻孔的孔底，并把固定管1底板2底面的定位爪3插入钻孔孔底的土内。操作护管21上的连接器24，让护管21与固定管1分开。打开护管21内壁上的摄像器23，监视钻孔孔底及粘性土水分蒸渗传感器6工作的状况。

3）在护管21与固定管1之间插入导管和捣杆，边开动钻机提升圆筒钻头25，边从导管管口倒入钻孔时留出的原质土28，边由钻机提升护管21，边用捣杆捣实回填的原质土28，当护管21的底端经过最下部的粘性土水分蒸渗传感器6的位置时，最下部的三只粘性土水分蒸渗传感器6的传感帽11自动从圆管座7内伸出抵于钻孔孔壁27的土上。以此类推，边提升圆筒钻头25，边回填原质土28，边提升护管21，边压实回填原质土28，边将粘性土水分蒸渗传感器6的传感帽11抵于钻孔孔壁27的土上，直至把所有的粘性土水分蒸渗传感器6的传感帽11都抵于钻孔孔壁27的土上，以及回填压实原质土28达原地面26。

4）从专用钻机上卸下圆筒钻头25和护管21。在固定管1的顶端盖上顶盖4，从该顶盖4的电缆固定头5内引出所有粘性土水分蒸渗传感器6的电缆，即完成了点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置的安置。

固定管1的作用是安置粘性土水分蒸渗传感器6；底板2的作用是支承固定管1；定位爪3的作用是阻止固定管1水平转动；顶盖4的作用是保护固定管1管内的电缆，以及安置电缆固定头5；电缆固定头5的作用是固定电缆；粘性土水分蒸渗传感器6的作用是测试现场地下未扰动粘性土的水分蒸渗、电导率和温度的变化；圆管座7的作用是把粘性土水分蒸渗传感器6固定于固定管1的管壁，其内部安置弹簧9、伸缩圆管8；伸缩圆管8的作用是把传感帽11的位置水平延伸；弹簧9的作用是弹出伸缩圆管8；斜撑杆10的作用是支撑圆管座7，不让圆管座7上下移动；传感帽11的作用是安置湿敏传感器、电导率测头12、温度传感器20；电导率测头12的作用是测试未扰动粘性土的电导率；基层膜13的作用是电极圈a14、电极圈b15、电极圈c16、电极圈d17、湿敏材料18的基底；电极圈a14的作用是与电极圈c16连接成电极；电极圈b15的作用是与电极圈d17连接成电极；电极圈c16的作用是与电极圈a14连接成电极；电极圈d17的作用是与电极圈b15连接成电极；湿敏材料18的作用是粘性土水分蒸渗变化的敏感材料；调制片19的作用是透气，传递粘性土蒸渗的水分，不让湿敏材料18与粘性土直接接触；温度传感器20的作用是测试粘性土的温度；护管21的作用是配合专用钻机安置点触式现场粘性土水分蒸渗传感装置，在其内安置摄像器23；凸棱22的作用是保护摄像器23；摄像器23的作用是监视钻孔孔底和粘性土水分蒸渗传感器6的工作状况；连接器24的作用是临时连接护管21与固定管1的顶部；圆筒钻头25的作用是钻孔时不扰动钻孔孔壁27的土；原地面26是现场粘性土水分蒸渗变化测试点的地面；钻孔孔壁27是未被扰动土的钻孔边界；原质土28是钻孔同高度钻出的土。

Claims (3)

1.一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，其特征在于：包括直圆管状的固定管，所述固定管竖直埋设于原地面下钻孔中，固定管的顶面与原地面齐平，且固定管顶端盖合安装有顶盖，顶盖中心安装有电缆固定头，固定管的底端连接有底板，底板底面上呈圆周等间距分布设置有三只定位爪，固定管外壁从上至下依次等间距设置有多个测试组件，每个测试组件分别包括三个处于同一水平测试层上的圆管座，每个测试组件中三个圆管座分别沿径向垂直连接在固定管外壁，且每个测试组件中三个圆管座呈圆周等间距分布，固定管与每个圆管座连接处的管壁中分别开有连通固定管内与圆管座内的通孔，每个圆管座的上管壁分别安装有粘性土水分蒸渗传感器，粘性土水分蒸渗传感器连接的电缆从所在圆管座与固定管连接处通孔引入至固定管内再通过电缆固定头引出，每个圆管座中分别滑动安装有伸缩圆管，伸缩圆管外端从所在的圆管座外端伸出，伸缩圆管位于圆管座内的内端与固定管外壁之间连接有弹簧，每个伸缩圆管外端分别连接有传感帽，且传感帽与伸缩圆管连接的帽底中心开有连通传感帽内与伸缩圆管内的通孔，所述传感帽的上帽壁设置有温度传感器，传感帽的帽顶设置为凸出的圆弧面，传感帽帽顶中心安装有电导率测头，电导率测头周围的传感帽帽顶上设置有基层膜，基层膜上设置有依次呈等间距同心圆环绕在电导率测头周围的电极圈a、电极圈b、电极圈c、电极圈d，其中电极圈a与电极圈c连接，电极圈b与电极圈d连接，在各个电极圈上及相邻电极圈之间间隙中均设置有湿敏材料，传感帽帽顶上还设置有覆盖住各个电极圈及湿敏材料的调制片，各个电极圈连接的电缆、温度传感器、湿敏材料连接的电缆分别从传感帽帽底通孔引入至伸缩圆管后，再从伸缩圆管依次引入圆管座、固定管后通过电缆固定头引出。

2.根据权利要求1所述的一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，其特征在于：每个圆管座的下管壁与下方的固定管管壁之间分别连接有斜撑杆。

3.根据权利要求1所述的一种点触式现场粘性土水分蒸渗的传感装置，其特征在于：还包括有圆直管状的护管，护管内壁下部安装有镜头朝下的摄像机，摄像机两侧的护管内壁上分别设置有相互平行夹持摄像机的竖向凸棱，护管内顶端安装有连接器，所述固定管及其上的各个测试组件整体置于护管中心。