[实用新型]一种时域反射法测定土壤含水量的传感器探头

说明书

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。