[发明专利]一种利用静电收集测氡仪测量土壤孔隙率的方法及装置

说明书

本发明提供一种利用静电收集测氡仪对表层土壤采样测量得到土壤孔隙率的方法及装置，本发明利用闭环气路测量装置内氡浓度的变化规律计算得出准确的土壤孔隙率η，对采样的土壤的土壤孔隙率进行计算时，考虑氡的衰变、泄漏和反扩散效应，采用静电收集测氡仪，通过Po‑218的浓度反推氡的浓度，运用非线性拟合算法快速计算得到准确土壤孔隙率，无需等测量装置内氡浓度稳定，节省了测量时间。本发明采样测量过程及计算方法简单，考虑了影响测量结果的各个因素，提高了测量准确性。

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种利用静电收集测氡仪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以及图像处理法等，这些方法都有一定的局限性，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

为了解决上述问题，本发明提供一种利用静电收集测氡仪对表层土壤采样测量来得到土壤孔隙率的方法及装置，该方法包括采样过程和测量计算过程，能够通过简单的计算方法快速得到准确的土壤孔隙率。本发明通过密封盖组建闭环式测量系统；利用闭环气路测量装置内氡浓度的变化规律计算得出土壤孔隙率η，本发明对采样的土壤的土壤孔隙率进行测量计算时，考虑了氡的衰变、泄漏和反扩散效应，采用静电收集测氡仪，通过Po-218的浓度反推氡的浓度，提高了测量的准确性，运用非线性拟合算法快速计算得到准确土壤孔隙率，无需等测量装置内氡浓度稳定，节省了测量时间。本发明方法测量精度高，测量时间短，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为：

一种利用静电收集测氡仪测量土壤孔隙率的方法，它包括采样过程和测量计算过程。

S1、采样过程：

利用通过螺纹连接有环刀手柄、体积为V的钢制环刀(见图1)，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。取好样的环刀上端盖上滤膜，下端盖上密封盖，然后再连接环刀手柄，将土壤切割装置通过管道、气泵以及测氡仪连接组成一个闭环气路测量系统(见图3)。环刀手柄的结构如图2所示，其与环刀连接后可作为把手用于采样，在环刀手柄上设置有环形开口腔，当组合成测量系统后，其与环刀内采样的土壤间有较大的空隙，使得气流能均匀通过土壤，将土壤中的氡通过气流均匀带出来，提高测量的准确性。