[发明专利]一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量系统

说明书

技术领域

本发明一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量系统，涉及非饱和土土水特征曲线的现场测试领域，属于岩土工程技术领域。

背景技术

土水特征曲线（SWCC）是非饱和土力学中描述土体吸力与含水量之间关系的一条重要曲线。通过土水特征曲线可以直接或间接地了解非饱和土的吸力状况、抗剪强度和渗透性等性质。目前，测量土水特征曲线的方法主要有张力计法、temple仪法、体积压力板法、滤纸法、盐溶液法和湿度传感器法等方法。这些方法中湿度传感器法具有吸力测量范围大、测试时间较短等优点。该方法的原理是通过湿度传感器测得土体的相对湿度，然后根据开尔文方程计算出环境温度下土体中的吸力。

常用的湿度传感器法的具体步骤是：首先在实验室中测得传感器电阻(或电压、电容)与传感器所处环境中的相对湿度之间的率定曲线，然后将湿度传感器填埋在土体中，用导线将数据采集装置与湿度传感器相连并采集传感器反馈的电学信号，待信号稳定后通过率定曲线和开尔文方程将土体中的吸力值算出。由于为了实时采集湿度传感器反馈的信号，往往需要将数据采集装置和传感器连接起来，而且为了获取数据采集装置中的数据，数据采集装置也需要跟电脑连接。这种情况使得湿度传感器法被限制在实验室中，当需要现场测量土壤吸力时需要较大的人力物力维持。同时目前用于测量土体吸力值的传感器往往注重于采集湿度，因此土体的温度还需额外的设备来测量。

发明内容

为了克服上述湿度传感器法在现场测量土壤吸力值的弊端，本发明提供一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量系统，该系统可以实时采集室外土体中的温度和湿度，并通过无线发送装置将采集数据发送到实验室中的接收终端，进而测出土壤中的吸力值。

本发明采取的技术方案为：

一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量系统，包括测量探头、无线传输模块、数据处理终端。所述测量探头的外壳由主体管、封装管、锥管组装构成，测量探头的外壳内设有温湿度传感器、电源模块、控制电路板和无线发送模块，无线传输模块接收无线发送模块发送的数据信号，无线传输模块连接数据处理终端，所述数据处理终端用于对测量数据进行显示并处理。

所述主体管一端设有带圆孔的密封盖，主体管另一端与封装管一端连接，封装管另一端与锥管连接。

所述封装管的外径小于或者等于主体管、锥管的内径，封装管管身设有小孔，封装管的两端设有密封盖，封装管两端分别插入主体管、锥管中一定距离。

所述温湿度传感器封装在封装管中；电源模块、控制电路板和无线发送模块封装在主体管中；其中无线发送模块的天线穿过密封盖的圆孔伸出测量探头的外壳外部。

所述主体管、封装管、锥管依次通过胶水黏结。

所述主体管、封装管、锥管均为PVC管。

所述数据处理终端包括单片机模块、PC机，无线传输模块连接单片机模块，单片机模块通过USB数据线连接PC机。

一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量方法，测量探头作为温湿度传感器、无线发送模块的载体插入土体中，实时测量土壤吸力，温湿度传感器测得的信号通过无线发送模块和无线传输模块被采集到单片机模块中，单片机模块将采集到的数字信号进行处理，并最终通过PC机将经处理后得到的吸力值和温湿度值显示出来。

一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量系统，用于野外土壤吸力值的现场无线测量。

本发明一种基于温湿度传感器的土壤吸力值现场无线测量系统，技术效果如下：

1）、结构简单，制作成本低，使用简捷方便，吸力测量范围大以及测量时间短。吸力测量系统中的部件都是在市场上容易买到的材料，装置制作与组装简单，PVC材质的探头外壳为电源模块、温湿度传感器、无线传输模块和无线发送模块提供了保护。

2）、电源模块、电控制电路板和无线传输模块被封装在主体管的密闭腔室中，避免了土中水汽的侵蚀。

3）、无线传输模块的使用减少了接线的麻烦，使得研究人员在实验室中便可观察现场测得的数据；同时无线传输模块可以同时接收多个无线发送模块发送的信号，因此通过一套无线传输模块，可以同时观测多个点的测试情况，极大的增加了试验的灵活性。而数据处理终端中，PC机使得实验数据处理更加自动化，数据全程自动记录的功能减少了试验人员的操作以及随之可能产生的误差。

附图说明

图1为本发明的测量探头结构示意图；

图2为本发明的测量探头的剖面图；

图3为本发明的测量探头中温湿度传感器封装管结构示意图。