SU951108A1

SU951108A1 - Радиоизотопный колонковый влагоплотномер

Info

Publication number: SU951108A1
Application number: SU802989553A
Authority: SU
Inventors: Борис Петрович Осмачкин; Абрам Хунович Теплицкий; Станислав Тимофеевич Звольский; Петр Константинович Вовк
Original assignee: Ворошиловградский Филиал Научно-Исследовательского Института Строительного Производства "Госстроя Усср"
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1982-08-15

Description

Изобретение относится к исследованию физических свойств грунтов радиоизотопными методами и может быть использовано для определения плотности и влажности водонасыщенных грунтов, в частности донных отложений.

• Известны радиоизотопные приборы для определения плотности и влажности донных отложений, основанные на вдавливании в грунт зонда, содержащего источники и детекторы гаммаизлучения и нейтронов. По рассеянию потока гамма-излучения и замедлению потока нейтронов определяется соответственно плотность и влажность грунта [1J.

Недостатком приборов такого тип. является наличие погрешностей, обусловленных уплотнением при вдавливании в него зонда.

Наиболее близким к изобретению является, радиоизотопный колонковый влагоплотномер, состоящий из колонки, источника и детектора гамма-излучения, источника и детектора нейтронов, измерительного устройства плотномера, измерительного устройства влагомера, привода перемещения системы источников и детекторов по колонке (2).

Недостатком этого устройства является влияние на результаты измерений фактических вариаций толщины стенки колонки, что снижает точность ⁷ определения плотности грунта.

Цель изобретения - повышение точности определения плотности грун• та за счет фактических вариаций толщины стенки колонки.

Указанная цель достигается тем, что в радиоизотопный колонковый влагоплотномер, состоящий из колонки, источника и детектора гамма-излучения, источника и детектора нейтронов, измерительного устройства плотномера, измерительного устройства влагомера, привода перемещения системы источников и детекторов по ко2θ лонке, дополнительно введены детектор сопутствующего гамма-излучения, блок памяти и решающее устройство, причем детектор сопутствующего гамма-излучения установлен напротив источника нейтронов с противополож*5 ной стороны колонки и соединен через первый вход блока памяти с первым входом решающего устройства, ко второму входу которого через второй вход блока памяти подсоединен привод пере30 мещения источников и детекторов по колонке, а выход решающего устройст-’ ва соединен со входом измерительного устройства плотномера.

На чертеже представлена схема предлагаемого радиоизотопного колонкового влагоплотномера. 5

Влагоплотномер состоит из источника 1 гамма-излучения в защитном контейнере 2, детектора 3 гамма-излучения, который через решающее уст*? ройство 4 соединен с измерительным 10 устройством плотномера 5, источника 6 и детектора Ί нейтронов, расположенных в защитном контейнере 8. Детектор 7 соединен с измерительным устройством влагомера 9. Напротив ис- 15 точника 6 нейтронов установлен детектор сопутствующего гамма-излучения 10, соединенный через блок памяти 11 с решающим устройством 4. Блок памяти 11 соединен с приводом переме-2Q щения системы детекторов и источников по колонке 12, который включает· импульсное реле 13' й электропри-’ вФд 14, датчиком 15 импульсов .перемещения влагоплотномера и приводным колесом 16.

Определение плотности и влажности грунта предлагаемым колонковым влагоплотномером осуществляется’ следуюгдам образом.

ЧП

Колонковый влагоплотномер устанавливают на колонку 17 с грунтом и включают электропривод 14 его шагового перемещения.

Начинаются измерения с определения влажности. Нейтроны, испущен- 35 ные источником, проникают в грунт и рассеиваются на ядрах атомов водорода. Рассеянные тепловые нейтроны достигают детекторов 7, регистрируются ими в виде электрических импуль-до сов·, поступают на измерительное устройство влагомера 9.

Одновременно детектор сопутствующего гамма-излучения 10 регистрирует сопутствующее гамма-излучение нейтронного источника 6, прошедшее через грунт в колонке 17. Поток сопутствующего гамма-излучения ослабляется в грунте в зависимости от плотности грунта и толщины стенки колонки 17. Поток излучения N тектора 10, отношением:

, достигающий десвязан с потоком Ν₁₀ сое

N - ----------¹ 4Jt(d + fi)^a где р- и μ. - массовые коэффициенты ос'^1Г лабления сопутствующего гамма-излучения в материале трубки и грунте соответственно;

h - толщина трубки;

dдиаметр колонки - толщина просвечиваемого слоя грунта;

,Рт^и Рг “ плотность материала трубки и грунта соответственно.

Сигнал с детектора 10 поступает на блок памяти 11, куда одновременно поступает сигнал с импульсного реле 13, управляемого датчиком 15 импульсного перемещения радиоизотопного колонкового влагоплотномера по колонке 17. Поскольку датчик 15 установлен на приводном колесе 16, то в блоке памяти 11 запоминается сигнал детектора сопутствующего гамма-излучения 10, соответствующий определенному положению радиоизотопного колонкового влагоплотномера, при котором источник нейтронов на один шаг (базовое расстояние между источниками) опережает положение источника гамма-излу- чения.

Сигнал с блока памяти 11 поступает в решающее устройство 4 в тот момент, когда туда поступает сигнал с детектора 3 гамма-излучения, который формируется следующим образом.

Поток гамма-излучения от источника 1 проникает через колонку 17 и ослабляется в зависимости от плотности грунта и толщины стенки геологической трубки. Поток гамма-излучения достигающий детектора 3, связан с потоком Nj0, испускаемым источником 1, соотношением:

n₁₀ ^е . ¹ (*М где массовые лабления коэффициенты осгамма-излучения в материале геологической, трубки и грунте.

Из соотношения (2) видно, что фактические вариации толщины стенки трубки h влияют на точность определения плотности грунта.

Сигнал детектора 3 поступает в решающее устройство, в котором производится совместное решение уравнения (1) и (2) с целью определения из них значения плотности грунта f и· исключения влияния фактических вариаций толщины геологической трубки. Сигнал с решающего устройства 4, содержащий информацию только о плотности грунта j⁵ , поступает на измерительное устройство плотномера 5«

В решающем устройстве 4 совместно решается система двух трансцендентных уравнений·: (1) и (2). Алгоритм работы решающего устройства (5 ) заключается в следующем. Из уравнения (1) и (2) находят значение

Сп-----------/c._Tp_T4i

4J7(d+h)4 ^ПТ _t , р χ------------------------ (3) повысить точность измерения плотное ти грунтов.

Си-------.. .. * р р Ή

Поскольку определяется плотность одного и ₍того же слоя грунта, то равняем правые части соотношения и (4) при-.

(3) ₽п-----ή—Л./’Рт

ΛίΓ* ίη ------------4ίί(ά-»·νιΛΝ,χ_______

Равенство (5) является трансцендентным уравнением относительно одной неизвестной толщины стенки h. Это уравнение решается численно в ре·* 25 шающем устройстве. Найденное значение используется в решающем устройстве для нахождения плотности грунта из уравнения (2).

Поскольку измерения потоков N₄ и производятся последовательно в одних и тех же сечениях колонки, то точность измерения плотности предлагаемым влагоплотномером повышает- 35 ся за счет учета фактических значений вариации толщины колонки.

Таким образом, применение пред- , лагаемого влагоплотномера позволяет

Claims

колонке, а выход решающего устройст ва соединен со входом измерительног устройства плотномера. На чертеже представлена схема пр лагаемого радиоизотопного колонково го влагоплотномера, Влагоплотномер состоит из источника 1 гамма-излучени в защитном контейнере 2, детектора 3 гамма-излучени , который через решающее уст ройство 4 соединен с измерительным устройством плотномера 5, источника 6 и детектора 7 нейтронов, расположенных в защитном контейнере 8. Дет тор 7 соединен с измерительным устройством влагомера 9. Напротив источника б нейтронов установлен детектор сопутствующего гамма-излучени 10, соединенный через блок пам ти 11 с решающим устройст.вом 4. Бло пам ти 11 соединен с приводом перем щени системы детекторов и источников по колонке 12, который включаетимпульсное реле 13 и электропривид 14, датчиком 15 импульсов .перемещени влагоплотномера и приводным колесом 16. Определение плотности и влажности грунта предлагаемым колонковым влагоплотномером осуществл етс следую№м образом. Колонковый влагоплотномер устанав ливают на ;:олонку 17 с грунтом и вкл чают электропривод 14 его шагового перемещени . Начинаютс измерени с определени влажности. Нейтроны, испущенные источником, проникают в грунт и рассеиваютс на драх атомов водоро да. Рассе нные тепловые нейтроны достигают детекторов 7, регистрируютс ими в виде электрических импуль СОВ , поступают на измерительное устройство влагомера 9. Одновременно детектор сопутствующего гамма-излучени 10 регистрирует сопутствующее гамма-излучение нейтронного источника б, прошедшее чере грунт в колонке 17, Поток сопутст вующего гамма-излучени ослабл етс в грунте в зависимости от плотности грунта и толщины стенки колонки 17. Поток излучени N, достигающий детектора 10, св зан с потоком N соотношением; . .{/,4,J),/t,pd е ,(i; М - - 4Л(с34И) где/А .и - массовые коэффициенты ос лаблени сопутствующего гамма-излучени в матери але трубки и грунте соот ветственно; h - толщина трубки; d- диаметр колонки - толщина просвечиваемого сло грунта; . Ят РГ плотность материала трубки и грунта соответственно . Сигнал с детектора 10 поступает на блок пам ти 11, куда одновременно поступает сигнал с импульсного реле 13, управл емого датчиком 15 импульсного перемещени радиоизотопного колонкового влагоплотномера по колонке 17. Поскольку датчик 15 установлен на приводном колесе 16, то в блоке пам ти 11 запоминаетс сигнал детектора сопутствующего гамма-излучени 10, соответствующий определенному положению радиоизотопного колонкового влагоплотномера, при котором источник нейтронов на один шаг базовое рассто ние между источниками) опережает положение источника гамма-излу- чени . Сигнал с блока пам ти 11 поступает в решающее устройство 4 в тот момент , когда туда поступает сигнал с детектора 3 гамма-излучени , который формируетс следующим образом. Поток гамма-излучени от источника 1 проникает через колонку 17 и ослабл етс в зависимости от плотности грунта и толщины стенки геологической трубки. Поток гамма-излучени NIJ, достигающий детектора 3, св зан с потоком , испускаемым источником 1, соотношением: N„0 - , ет-- . где {л и/и - массовые коэффициенты ос лаблени гамма-излучени в материале геологической , трубки и грунте. Из соотношени (2) видно, что фактические вариации толщины стенки трубки h вли ют на точность определени плотности, грунта. СигНсШ детектора 3 поступает в решающее устройство, в котором производитс совместное решение уравнени (1) и (2) с целью определени из них значени плотности грунта f кисключени вли ни фактических вариаций толщины геологической трубки. Сигнал с решающего устройства 4, содержащий информацию только о плотности грунта j , поступает на измерительное устройство плотномера 5. В решающем устройстве 4 совместно решаетс система двух трансцендентных уравнений-. (1) и (2). Алгоритм работы решающего устройства 1.5 ) заключаетс в следующем. Из уравнени Cl) и (.2) наход т значение р : ( - Л. , ,,, - Поскольку определ етс плотнос одного и «того же сло грунта, то равн ем правые части соотношени и (4) дГ-. () 4J7(.d+h),i Равенство (5) вл етс трансцен дентным уравнением относительно од ной неизвестной толщины стенки h. Это уравнение решаетс численно в шающем устройстве. Найденное значе ние используетс в решающем устрой стве дл нахождени плотности грун та из уравнени (2). Поскольку измерени потоков М Ni производ тс последовательно в одних и тех же сечени х колонки, т точность измерени плотности пред лагаемым влагоплотномером повышает с за счет учета фактических значе ний вариации толщины колонки, .Таким образом, применение предлагаемого влагоплотномера позвол е повысить точность измерени плотности грунтов. Формула изобретени Радиоизотопный колонковый влагоплотномер , состо щий из колонки, источника и детектора гамма-излучени , источника и детектора нейтронов, измерительного устройства плотномера, измерительно устройства влагомера, привода перемещени системы источников и детекторов по колонке, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени , в него дополнительно введеньи детектор сопутствующего гамма-излучени , блок пам ти и решающее устройство, причем детектор сопутствующего гам-, ма-излучен1 установлен напротив источника нейтронов с противоположной стороны колонки и соединен через первый вход блока пам ти с первым входом решающего устройства, ко второму входу которого через второй вход блока пам ти подсоединен привод перемещени источников и. детекторов по колонке, а выход решающего устройства соединен со входом измерительного устройства плотномера. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Ферронский В.И. Пенетрационно-каротажные методы инженерно-геологических исследований. М., Недра , 1969, с. 23.
2.Звольский С.Т. Гамма-скопl4Hi методи вг 1дролог1 i та нжемерн й геолог. BICHHKAH УССР, КиГв, 1978, 91, с. 68 (прототип).