一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭的制作方法
【專利摘要】一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，包括電子膠柄⑼，所述電子膠柄⑼上設置有滑動開關⑺、同軸電纜⑻、四根長鋼針(1、2、3、4)和兩根短鋼針(5、6)，所述四根長鋼針(1、2、3、4)圍成等腰三角形，第二長鋼針⑵位于等腰三角形的頂點，其外層涂覆有絕緣層；第一長鋼針⑴和第三長鋼針⑶位于等腰三角形的底邊兩端，第四長鋼針⑷位于等腰三角形的底邊中點；所述兩根短鋼針(5、6)對稱設置在第四長鋼針⑷的左右兩側。其優點是：本實用新型既實現了高鹽分土壤水分測量，較長的探針又減小了結果的空間變異性；本實用新型將兩種探頭才能實現的功能結合到一個探頭上，既保證了測量精度又方便快捷；本實用新型可以同時測量含水率、含鹽量、水流通量和熱參數，便于土壤水熱鹽耦合運移的研究。
【專利說明】一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土壤物理特性監測裝置【技術領域】，具體的說是一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭。
【背景技術】
[0002]TDR (Time Domain Ref lectometry,時域反射儀)，最早應用于電纜故障檢測，力口拿大科學家Topp于1980年首次實現了將TDR應用于土壤水分測量，其后經過幾十年的發展，TDR系統已經有了長足的進步。現在TDR的生產廠家主要有美國的Tektronix Inc.、Soilmoisture Equipment Crop.> Campbe 11 Scientific Inc.、波蘭的 Easy Test Ltd.、力口拿大的Environmental Sensors Inc.以及德國的IMKO GmbH等等。針對不同的需要，許多人都在上述TDR系統的基礎上進行了改進，但幾乎都是對探頭部分進行改進，例如改變探針的根數、長度、直徑以及間距和布置方式等，尚未出現應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,最初多應用于礦業,弓丨入土壤研究中僅10多年，但在國外已引起重視并進行了一系列相關研究。根據熱脈沖法設計的熱脈沖儀已廣泛用于土壤熱特性、含水率、水流通量的測量。實際測定和應用中采用更多的是雙探頭熱脈沖儀。其測量設施上裝有兩個距離為r的平行不銹鋼探針，其中一個探針含有線性加熱源，另一個裝有溫度測量元件(如傳感器或熱電偶)。將探頭插入土壤后，通電加熱探頭產生熱脈沖，而另一探頭可記錄溫度的時間變化。這些觀測資料可直接用于確定包括導熱率在內的熱性質參數。
[0004]在我國西部、東北等地區廣泛存在著凍融鹽潰土，其主要特點是有季節性凍融過程，土壤含鹽量較高。傳統的TDR探頭在測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才能測量。但是在凍融鹽潰土中，冬季土壤凍結，液態含水率降低；春季土壤融化，上層土壤含水率增高，分別超過了 TDR測量的下限和上限。并且凍結過程中隨著土壤溶液的相變，液態水中的鹽分濃度增大；融化過程中，表層土壤蒸發，也使得土壤鹽分增大。鹽分高的土壤電導大，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量更加困難。如何在凍融鹽潰土中同時測量液態含水率、含鹽量、熱特性將是本專利要解決的問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是設計一種將熱脈沖與兩套不同三針TDR探頭結合于一體，實現含水率、含鹽量、熱參數及水流通量的同時測量的應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭。
[0006]一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，包括電子膠柄9，所述電子膠柄9上設置有滑動開關7、同軸電纜8、四根長鋼針1、2、3、4和兩根短鋼針5、6，所述四根長鋼針
1、2、3、4圍成等腰三角形，第二長鋼針2位于等腰三角形的頂點，其外層涂覆有絕緣層；第一長鋼針I和第三長鋼針3位于等腰三角形的底邊兩端，第四長鋼針4位于等腰三角形的底邊中點；所述兩根短鋼針5、6對稱設置在第四長鋼針4的左右兩側；
[0007]所述滑動開關7上設有左、中、右三根金屬針，滑動開關7左、右兩端的金屬針通過導線分別與第二長鋼針2、第四長鋼針4相連，滑動開關7中部的金屬針通過導線與同軸電纜8的中心導線相連；第一長鋼針I和第三長鋼針3通過導線與同軸電纜8的外層導線相連。
[0008]所述第二長鋼針2外層絕緣層為0.04-0.08mm厚的環氧樹脂。
[0009]所述第四長鋼針4為空心鋼針，內設導熱體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通過導線和外部電源相連。
[0010]所述兩根短鋼針5、6為空心鋼針，內設K型熱電偶14，K型熱電偶14通過導線和外部顯示儀表相連。
[0011]當滑動開關7滑向第二長鋼針2時，第一長鋼針1、第二長鋼針2和第三長鋼針3構成一個中間探針帶絕緣層的三針探頭，可以測量高鹽分未凍土壤的含水率；當滑動開關7滑向第四長鋼針4時，第一長鋼針1、第三長鋼針3和第四長鋼針4構成一個三針探頭，由于沒有絕緣層覆蓋，可以精確測量土壤鹽分，同時還可以測量未凍低鹽土壤的含水率。
[0012]本實用新型應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭的優點是:
[0013]1.在高鹽分凍/未凍土壤中實現含水率的測量；
[0014]2.與Campbell公司生產的CS640、CS645型號探頭相比，本實用新型既實現了高鹽分土壤水分測量，較長的探針又減小了結果的空間變異性；
[0015]3.與Soilmoisture公司生產的6005CL2型號探頭相比,本實用新型將兩種探頭才能實現的功能結合到一個探頭上，既保證了測量精度又方便快捷；
[0016]4.本實用新型可以同時測量含水率、含鹽量、水流通量和熱參數，便于土壤水熱鹽率禹合運移的研究；
[0017]5.在我國西北、東北等地區廣泛存在著鹽堿土，本實用新型特別適用于這些凍融鹽潰土的水分鹽分監測，有很大的應用前景；
[0018]6.與進口探頭相比，本實用新型在保證同樣測量效果的前提下，工藝簡單，價格較低，適于批量生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭的結構示意圖。
[0020]圖2為本實用新型的后視結構示意圖。
[0021]圖3為本實用新型的仰視結構示意圖。
[0022]圖4為本實用新型的俯視結構示意圖。
[0023]圖5為本實用新型的左視結構示意圖。
[0024]圖6為本實用新型的剖視圖。
[0025]圖中，I為第一長鋼針,2為第二長鋼針,3為第三長鋼針,4為第四長鋼針,5、6為短鋼針，7為滑動開關,8為同軸電纜,9為電子膠柄，10為有機玻璃片，11為導熱體，12為電阻絲，13為隔熱體，14為K型熱電偶。
【具體實施方式】[0026]下面結合附圖，對本實用新型進行進一步說明:如圖1-6所示，一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，包括電子膠柄9，所述電子膠柄9上設置有滑動開關7、同軸電纜8、四根長鋼針1、2、3、4和兩根短鋼針5、6，所述四根長鋼針1、2、3、4圍成等腰三角形，第二長鋼針2位于等腰三角形的頂點，其外層涂覆有絕緣層；第一長鋼針I和第三長鋼針3位于等腰三角形的底邊兩端，第四長鋼針4位于等腰三角形的底邊中點；所述兩根短鋼針5、6對稱設置在第四長鋼針4的左右兩側；
[0027]所述滑動開關7上設有左、中、右三根金屬針，滑動開關7左、右兩端的金屬針通過導線分別與第二長鋼針2、第四長鋼針4相連，滑動開關7中部的金屬針通過導線與同軸電纜8的中心導線相連；第一長鋼針I和第三長鋼針3通過導線與同軸電纜8的外層導線相連。
[0028]所述第二長鋼針2外層絕緣層為0.06mm厚的環氧樹脂。
[0029]所述第四長鋼針4為空心鋼針，內設導熱體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通過導線和外部電源相連。
[0030]所述兩根短鋼針5、6為空心鋼針，內設K型熱電偶14。
[0031]本實用新型可采用現有材料制成，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接頭和小尺寸滑動開關(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個小孔，其中三個分別位于三角形的三個頂點，一個位于底邊中點，剩余兩個位于底邊中點的左右兩側；
[0034]第二步，在第二長鋼針2表面鍍環氧樹脂，第四長鋼針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，然后穿過對應的有機玻璃小孔，通過固定架固定6根鋼針，其中第一長鋼針I和第三長鋼針3通過去掉外皮的導線連接，電阻絲12和K型熱電偶14分別與另外導線連接，并在導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，將中心導線與滑動開關7中間金屬針焊接，兩端金屬針分別通過導線與第二長鋼針2和第四長鋼針4焊接，之后把連接第一長鋼針I和第三長鋼針3導線的中部與同軸電纜的外層導線焊接；
[0036]第四步，把灌膠盒與有機玻璃10固定好，確保鋼針頂端及各連接導線在灌膠盒內，滑動開關7上沿與灌膠盒上沿齊平，防止埋入膠內，然后將調配好的電子膠倒入，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。經過上述五個步驟就完成了本實用新型應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭的制作。
[0038]下表為現有技術與本實用新型的參數對比表。
[0039]
【權利要求】
1.一種應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，包括電子膠柄⑶，其特征在于:所述電子膠柄⑶上設置有滑動開關⑴、同軸電纜(8)、四根長鋼針(1、2、3、4)和兩根短鋼針(5、6)，所述四根長鋼針(1、2、3、4)圍成等腰三角形，第二長鋼針⑵位于等腰三角形的頂點，其外層涂覆有絕緣層；第一長鋼針⑴和第三長鋼針⑶位于等腰三角形的底邊兩端，第四長鋼針⑷位于等腰三角形的底邊中點；所述兩根短鋼針(5、6)對稱設置在第四長鋼針⑷的左右兩側； 所述滑動開關⑴上設有左、中、右三根金屬針，滑動開關(7)左、右兩端的金屬針通過導線分別與第二長鋼針⑵、第四長鋼針⑷相連，滑動開關(7)中部的金屬針通過導線與同軸電纜⑶的中心導線相連；第一長鋼針⑴和第三長鋼針⑶通過導線與同軸電纜(8)的外層導線相連。
2.如權利要求1所述的應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，其特征在于:所述第二長鋼針⑵外層絕緣層為0.04-0.08mm厚的環氧樹脂。
3.如權利要求1所述的應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，其特征在于:所述第四長鋼針⑷為空心鋼針，內設導熱體(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)通過導線和外部電源相連。
4.如權利要求1所述的應用于高含鹽量土壤的熱時域反射儀探頭，其特征在于:所述兩根短鋼針(5、6)為空心鋼針，內設K型熱電偶(14)，K型熱電偶(M)通過導線和外部顯示儀表相連。
【文檔編號】G01N23/00GK203572781SQ201320658007
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】譚霄, 吳謀松, 伍靖偉, 黃介生, 李大成, 全維新, 劉潔穎, 鄭軒 申請人:武漢大學
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