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一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，包括電子膠柄⑼，所述電子膠柄⑼上設(shè)置有滑動(dòng)開關(guān)⑺、同軸電纜⑻、四根長(zhǎng)鋼針(1、2、3、4)和兩根短鋼針(5、6)，所述四根長(zhǎng)鋼針(1、2、3、4)圍成等腰三角形，第二長(zhǎng)鋼針⑵位于等腰三角形的頂點(diǎn)，其外層涂覆有絕緣層；第一長(zhǎng)鋼針⑴和第三長(zhǎng)鋼針⑶位于等腰三角形的底邊兩端，第四長(zhǎng)鋼針⑷位于等腰三角形的底邊中點(diǎn)；所述兩根短鋼針(5、6)對(duì)稱設(shè)置在第四長(zhǎng)鋼針⑷的左右兩側(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是：本實(shí)用新型既實(shí)現(xiàn)了高鹽分土壤水分測(cè)量，較長(zhǎng)的探針又減小了結(jié)果的空間變異性；本實(shí)用新型將兩種探頭才能實(shí)現(xiàn)的功能結(jié)合到一個(gè)探頭上，既保證了測(cè)量精度又方便快捷；本實(shí)用新型可以同時(shí)測(cè)量含水率、含鹽量、水流通量和熱參數(shù)，便于土壤水熱鹽耦合運(yùn)移的研究。
【專利說(shuō)明】一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土壤物理特性監(jiān)測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說(shuō)是一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]TDR (Time Domain Ref lectometry,時(shí)域反射儀)，最早應(yīng)用于電纜故障檢測(cè)，力口拿大科學(xué)家Topp于1980年首次實(shí)現(xiàn)了將TDR應(yīng)用于土壤水分測(cè)量，其后經(jīng)過幾十年的發(fā)展，TDR系統(tǒng)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。現(xiàn)在TDR的生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的Tektronix Inc.、Soilmoisture Equipment Crop.> Campbe 11 Scientific Inc.、波蘭的 Easy Test Ltd.、力口拿大的Environmental Sensors Inc.以及德國(guó)的IMKO GmbH等等。針對(duì)不同的需要，許多人都在上述TDR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，但幾乎都是對(duì)探頭部分進(jìn)行改進(jìn)，例如改變探針的根數(shù)、長(zhǎng)度、直徑以及間距和布置方式等，尚未出現(xiàn)應(yīng)用于高含鹽凍融土壤的探頭。
[0003]熱脈沖法(Heat Pulse Method)自Byrne等(1967)提出后,最初多應(yīng)用于礦業(yè),弓丨入土壤研究中僅10多年，但在國(guó)外已引起重視并進(jìn)行了一系列相關(guān)研究。根據(jù)熱脈沖法設(shè)計(jì)的熱脈沖儀已廣泛用于土壤熱特性、含水率、水流通量的測(cè)量。實(shí)際測(cè)定和應(yīng)用中采用更多的是雙探頭熱脈沖儀。其測(cè)量設(shè)施上裝有兩個(gè)距離為r的平行不銹鋼探針，其中一個(gè)探針含有線性加熱源，另一個(gè)裝有溫度測(cè)量元件(如傳感器或熱電偶)。將探頭插入土壤后，通電加熱探頭產(chǎn)生熱脈沖，而另一探頭可記錄溫度的時(shí)間變化。這些觀測(cè)資料可直接用于確定包括導(dǎo)熱率在內(nèi)的熱性質(zhì)參數(shù)。
[0004]在我國(guó)西部、東北等地區(qū)廣泛存在著凍融鹽潰土，其主要特點(diǎn)是有季節(jié)性凍融過程，土壤含鹽量較高。傳統(tǒng)的TDR探頭在測(cè)量土壤含水率及含鹽量上存在局限，含水率及含鹽量必須在一定的范圍之內(nèi)才能測(cè)量。但是在凍融鹽潰土中，冬季土壤凍結(jié)，液態(tài)含水率降低；春季土壤融化，上層土壤含水率增高，分別超過了 TDR測(cè)量的下限和上限。并且凍結(jié)過程中隨著土壤溶液的相變，液態(tài)水中的鹽分濃度增大；融化過程中，表層土壤蒸發(fā)，也使得土壤鹽分增大。鹽分高的土壤電導(dǎo)大，電磁波能量衰減快，使得凍融鹽潰土壤的含水率和含鹽量測(cè)量更加困難。如何在凍融鹽潰土中同時(shí)測(cè)量液態(tài)含水率、含鹽量、熱特性將是本專利要解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種將熱脈沖與兩套不同三針TDR探頭結(jié)合于一體，實(shí)現(xiàn)含水率、含鹽量、熱參數(shù)及水流通量的同時(shí)測(cè)量的應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭。
[0006]一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，包括電子膠柄9，所述電子膠柄9上設(shè)置有滑動(dòng)開關(guān)7、同軸電纜8、四根長(zhǎng)鋼針1、2、3、4和兩根短鋼針5、6，所述四根長(zhǎng)鋼針
1、2、3、4圍成等腰三角形，第二長(zhǎng)鋼針2位于等腰三角形的頂點(diǎn)，其外層涂覆有絕緣層；第一長(zhǎng)鋼針I(yè)和第三長(zhǎng)鋼針3位于等腰三角形的底邊兩端，第四長(zhǎng)鋼針4位于等腰三角形的底邊中點(diǎn)；所述兩根短鋼針5、6對(duì)稱設(shè)置在第四長(zhǎng)鋼針4的左右兩側(cè)；
[0007]所述滑動(dòng)開關(guān)7上設(shè)有左、中、右三根金屬針，滑動(dòng)開關(guān)7左、右兩端的金屬針通過導(dǎo)線分別與第二長(zhǎng)鋼針2、第四長(zhǎng)鋼針4相連，滑動(dòng)開關(guān)7中部的金屬針通過導(dǎo)線與同軸電纜8的中心導(dǎo)線相連；第一長(zhǎng)鋼針I(yè)和第三長(zhǎng)鋼針3通過導(dǎo)線與同軸電纜8的外層導(dǎo)線相連。
[0008]所述第二長(zhǎng)鋼針2外層絕緣層為0.04-0.08mm厚的環(huán)氧樹脂。
[0009]所述第四長(zhǎng)鋼針4為空心鋼針，內(nèi)設(shè)導(dǎo)熱體11和電阻絲12，所述電阻絲12上部通過隔熱體13固定，電阻絲12通過導(dǎo)線和外部電源相連。
[0010]所述兩根短鋼針5、6為空心鋼針，內(nèi)設(shè)K型熱電偶14，K型熱電偶14通過導(dǎo)線和外部顯示儀表相連。
[0011]當(dāng)滑動(dòng)開關(guān)7滑向第二長(zhǎng)鋼針2時(shí)，第一長(zhǎng)鋼針1、第二長(zhǎng)鋼針2和第三長(zhǎng)鋼針3構(gòu)成一個(gè)中間探針帶絕緣層的三針探頭，可以測(cè)量高鹽分未凍土壤的含水率；當(dāng)滑動(dòng)開關(guān)7滑向第四長(zhǎng)鋼針4時(shí)，第一長(zhǎng)鋼針1、第三長(zhǎng)鋼針3和第四長(zhǎng)鋼針4構(gòu)成一個(gè)三針探頭，由于沒有絕緣層覆蓋，可以精確測(cè)量土壤鹽分，同時(shí)還可以測(cè)量未凍低鹽土壤的含水率。
[0012]本實(shí)用新型應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013]1.在高鹽分凍/未凍土壤中實(shí)現(xiàn)含水率的測(cè)量；
[0014]2.與Campbell公司生產(chǎn)的CS640、CS645型號(hào)探頭相比，本實(shí)用新型既實(shí)現(xiàn)了高鹽分土壤水分測(cè)量，較長(zhǎng)的探針又減小了結(jié)果的空間變異性；
[0015]3.與Soilmoisture公司生產(chǎn)的6005CL2型號(hào)探頭相比,本實(shí)用新型將兩種探頭才能實(shí)現(xiàn)的功能結(jié)合到一個(gè)探頭上，既保證了測(cè)量精度又方便快捷；
[0016]4.本實(shí)用新型可以同時(shí)測(cè)量含水率、含鹽量、水流通量和熱參數(shù)，便于土壤水熱鹽率禹合運(yùn)移的研究；
[0017]5.在我國(guó)西北、東北等地區(qū)廣泛存在著鹽堿土，本實(shí)用新型特別適用于這些凍融鹽潰土的水分鹽分監(jiān)測(cè)，有很大的應(yīng)用前景；
[0018]6.與進(jìn)口探頭相比，本實(shí)用新型在保證同樣測(cè)量效果的前提下，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，適于批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型的后視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本實(shí)用新型的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為本實(shí)用新型的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6為本實(shí)用新型的剖視圖。
[0025]圖中，I為第一長(zhǎng)鋼針,2為第二長(zhǎng)鋼針,3為第三長(zhǎng)鋼針,4為第四長(zhǎng)鋼針,5、6為短鋼針，7為滑動(dòng)開關(guān),8為同軸電纜,9為電子膠柄，10為有機(jī)玻璃片，11為導(dǎo)熱體，12為電阻絲，13為隔熱體，14為K型熱電偶。
【具體實(shí)施方式】[0026]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明:如圖1-6所示，一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，包括電子膠柄9，所述電子膠柄9上設(shè)置有滑動(dòng)開關(guān)7、同軸電纜8、四根長(zhǎng)鋼針1、2、3、4和兩根短鋼針5、6，所述四根長(zhǎng)鋼針1、2、3、4圍成等腰三角形，第二長(zhǎng)鋼針2位于等腰三角形的頂點(diǎn)，其外層涂覆有絕緣層；第一長(zhǎng)鋼針I(yè)和第三長(zhǎng)鋼針3位于等腰三角形的底邊兩端，第四長(zhǎng)鋼針4位于等腰三角形的底邊中點(diǎn)；所述兩根短鋼針5、6對(duì)稱設(shè)置在第四長(zhǎng)鋼針4的左右兩側(cè)；
[0027]所述滑動(dòng)開關(guān)7上設(shè)有左、中、右三根金屬針，滑動(dòng)開關(guān)7左、右兩端的金屬針通過導(dǎo)線分別與第二長(zhǎng)鋼針2、第四長(zhǎng)鋼針4相連，滑動(dòng)開關(guān)7中部的金屬針通過導(dǎo)線與同軸電纜8的中心導(dǎo)線相連；第一長(zhǎng)鋼針I(yè)和第三長(zhǎng)鋼針3通過導(dǎo)線與同軸電纜8的外層導(dǎo)線相連。
[0028]所述第二長(zhǎng)鋼針2外層絕緣層為0.06mm厚的環(huán)氧樹脂。
[0029]所述第四長(zhǎng)鋼針4為空心鋼針，內(nèi)設(shè)導(dǎo)熱體11和電阻絲12，所述電阻絲12上部通過隔熱體13固定，電阻絲12通過導(dǎo)線和外部電源相連。
[0030]所述兩根短鋼針5、6為空心鋼針，內(nèi)設(shè)K型熱電偶14。
[0031]本實(shí)用新型可采用現(xiàn)有材料制成，其具體步驟如下:
[0032]制作本探頭所需材料:封灌電子膠、助焊劑、不銹鋼316L、導(dǎo)熱材料、隔熱材料、K型熱電偶、電阻絲、灌膠盒、同軸電纜、BNC接頭和小尺寸滑動(dòng)開關(guān)(保證能夠安裝在探頭塑料柄上)；所需要的工具有:固定架、墊板、電烙鐵、剝線器、剝線鉗、鉆孔器、砂輪。
[0033]首先把有機(jī)玻璃10做成帶圓角的等腰三角形(見附圖1 )，然后在其上打出6個(gè)小孔，其中三個(gè)分別位于三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，一個(gè)位于底邊中點(diǎn)，剩余兩個(gè)位于底邊中點(diǎn)的左右兩側(cè)；
[0034]第二步，在第二長(zhǎng)鋼針2表面鍍環(huán)氧樹脂，第四長(zhǎng)鋼針4中心固定電阻絲12，兩根短鋼針5、6中心固定K型熱電偶14，然后穿過對(duì)應(yīng)的有機(jī)玻璃小孔，通過固定架固定6根鋼針，其中第一長(zhǎng)鋼針I(yè)和第三長(zhǎng)鋼針3通過去掉外皮的導(dǎo)線連接，電阻絲12和K型熱電偶14分別與另外導(dǎo)線連接，并在導(dǎo)線末端制作接頭方便與電源和顯示儀表連接；
[0035]第三步，用剝線器將同軸電纜8剝開，將中心導(dǎo)線與滑動(dòng)開關(guān)7中間金屬針焊接，兩端金屬針分別通過導(dǎo)線與第二長(zhǎng)鋼針2和第四長(zhǎng)鋼針4焊接，之后把連接第一長(zhǎng)鋼針I(yè)和第三長(zhǎng)鋼針3導(dǎo)線的中部與同軸電纜的外層導(dǎo)線焊接；
[0036]第四步，把灌膠盒與有機(jī)玻璃10固定好，確保鋼針頂端及各連接導(dǎo)線在灌膠盒內(nèi)，滑動(dòng)開關(guān)7上沿與灌膠盒上沿齊平，防止埋入膠內(nèi)，然后將調(diào)配好的電子膠倒入，等待定型；
[0037]第五步，用剝線器將同軸電纜8另一端剝開，與BNC接頭連接。經(jīng)過上述五個(gè)步驟就完成了本實(shí)用新型應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭的制作。
[0038]下表為現(xiàn)有技術(shù)與本實(shí)用新型的參數(shù)對(duì)比表。
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，包括電子膠柄⑶，其特征在于:所述電子膠柄⑶上設(shè)置有滑動(dòng)開關(guān)⑴、同軸電纜(8)、四根長(zhǎng)鋼針(1、2、3、4)和兩根短鋼針(5、6)，所述四根長(zhǎng)鋼針(1、2、3、4)圍成等腰三角形，第二長(zhǎng)鋼針⑵位于等腰三角形的頂點(diǎn)，其外層涂覆有絕緣層；第一長(zhǎng)鋼針⑴和第三長(zhǎng)鋼針⑶位于等腰三角形的底邊兩端，第四長(zhǎng)鋼針⑷位于等腰三角形的底邊中點(diǎn)；所述兩根短鋼針(5、6)對(duì)稱設(shè)置在第四長(zhǎng)鋼針⑷的左右兩側(cè)； 所述滑動(dòng)開關(guān)⑴上設(shè)有左、中、右三根金屬針，滑動(dòng)開關(guān)(7)左、右兩端的金屬針通過導(dǎo)線分別與第二長(zhǎng)鋼針⑵、第四長(zhǎng)鋼針⑷相連，滑動(dòng)開關(guān)(7)中部的金屬針通過導(dǎo)線與同軸電纜⑶的中心導(dǎo)線相連；第一長(zhǎng)鋼針⑴和第三長(zhǎng)鋼針⑶通過導(dǎo)線與同軸電纜(8)的外層導(dǎo)線相連。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，其特征在于:所述第二長(zhǎng)鋼針⑵外層絕緣層為0.04-0.08mm厚的環(huán)氧樹脂。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，其特征在于:所述第四長(zhǎng)鋼針⑷為空心鋼針，內(nèi)設(shè)導(dǎo)熱體(11)和電阻絲(12)，所述電阻絲(12)上部通過隔熱體(13)固定，電阻絲(12)通過導(dǎo)線和外部電源相連。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于高含鹽量土壤的熱時(shí)域反射儀探頭，其特征在于:所述兩根短鋼針(5、6)為空心鋼針，內(nèi)設(shè)K型熱電偶(14)，K型熱電偶(M)通過導(dǎo)線和外部顯示儀表相連。
【文檔編號(hào)】G01N23/00GK203572781SQ201320658007
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】譚霄, 吳謀松, 伍靖?jìng)? 黃介生, 李大成, 全維新, 劉潔穎, 鄭軒 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)