[发明专利]一种动态测量土壤孔隙率的方法及装置

说明书

本发明提供一种动态测量土壤孔隙率的方法及装置，本发明通过利用闭环气路测量装置内氡浓度的变化规律，改变测量装置体积得到不同测量体积下测量装置内氡浓度的变化，即可计算得出土壤孔隙率。测量装置内氡浓度的变化规律考虑了氡的有效衰变常数，其中包含氡的衰变常数，泄漏系数及反扩散系数，能够计算得出准确的土壤孔隙率η，测量精度高。本发明利用测量装置内n个测量周期的值进行非线性拟合，无需等装置内氡浓度稳定，节省了测量时间，采样测量过程及计算方法简单，降低了测量难度，节约了测量成本。

技术领域

本发明涉及一种辐射探测技术，特别是一种动态测量土壤孔隙率的方法及装置。

背景技术

土壤孔隙率是土壤颗粒之间的孔隙体积占土壤总体积的比率。土壤孔隙率是反映土壤特性的一个重要指标。现有技术中测量土壤孔隙率有经验计算法、水银压入法、土壤容重和比重计算法、图像处理法以及体积差计算法等，但都有一定的局限性，存在测量准确性不高，获得的数据误差较大，操作复杂等问题。

经验计算方法由其它土的指标(天然重度、含水量、土粒相对密度、水的重度)换算得来，大部分指标(天然重度、含水量、土粒相对密度)在测量过程中均会有误差，换算过程中的误差会放大，并且测量步骤比较繁琐，故换算得来的数据不准确，而且该方法适用于实验室操作，不适合工程现场应用。水银压入法由于需要压力作用，要用到水银测孔仪，而且不适合应用于土质较软的土壤，因为可能会导致土样被压力压散，所以这种方法一般用于进行较硬固体的孔径分析。另外，水银以及仪器价格不菲，使用此方法时试验成本较高，而且水银属于有毒化学品，使用不当会对实验人员和环境造成危害。图像处理法设备费和使用费都较高，只有条件较好的机构才使用，一般研究人员往往不具备这样的条件。气压比重计法测量周期长，操作复杂，无法满足实时信息获取的需要，极大地限制了它的实际应用。土壤容重和比重计算法对于不同土壤质地，土粒密度差异是客观存在的。并且确定不同土壤质地的土粒密度费工费时，通常以石英砂样本的容重作为典型参考值，这无形中就增加了测量数据的误差。

专利文献CN107741391A公开了一种测量土壤孔隙率的方法，其利用电阻率与土壤孔隙度之间的关系，通过测量土壤电阻率来得到土壤孔隙率，这种方法在采样测量过程中不必破坏土壤原有结构，可以最大限度地保留土壤的原始密度、含水量等要素，但是这种方法仍然存在计算复杂，需要先建立土壤孔隙率与土壤电阻率之间的关系模型，且模型为粗略估计模型，引入了误差，影响计算精度。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的上述不足，提供一种动态测量土壤孔隙率的方法及装置，该方法能够快速通过简单的计算方法得到准确的土壤孔隙度。本发明通过利用闭环气路测量装置内氡浓度的变化规律，改变测量装置体积得到不同测量体积下测量装置内氡浓度的变化，运用非线性拟合算法，无需等测量装置内氡浓度稳定，即可计算得出土壤孔隙率，节省了测量时间。测量装置内氡浓度的变化规律考虑了氡的有效衰变常数，其中包含氡的衰变常数，泄漏系数及反扩散系数，能够计算得出准确的土壤孔隙率η，测量精度高。本发明利用测量装置内n个测量周期的值进行非线性拟合，无需等装置内氡浓度稳定，节省了测量时间，采样测量过程及计算方法简单，降低了测量难度，节约了测量成本。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种动态测量土壤孔隙率的方法，其特征在于：包括采样过程和测量计算过程。

S1：测量过程：

利用通过螺纹连接有环刀手柄体积为V的钢制环刀，切割自然状态的土壤，使土样充满其中。不可左右摇动，以使土壤自然结构不被破坏，直到环刀全部压入土中；然后用小铲将环刀从土中挖出，取下手柄，并用小刀仔细沿环刀两端边缘修整削平，切除多余的土壤；

修整完成后，将取好样的环刀上端盖上滤膜，下端盖上密封盖，然后再通过螺纹连接环刀手柄，土壤切割装置通过气路管道与测氡仪和气泵连接，组成一个闭环气路测量装置；