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原文传递冻土水分迁移规律的无损式测量装置及其测量方法

专利名称：	冻土水分迁移规律的无损式测量装置及其测量方法
摘要：	本发明公开了一种冻土未冻水迁移规律的测量装置，包括两端开口的容器、控制器、若干电极贴片、若干电极连接线、低温循环器、上位机、外部测量装置和注水模块；低温循环器安装在两端开口的容器两端并对放置在容器内的冻土试样进行温度控制；控制器控制电极贴片工作并获取用于测量的电信号；电极贴片获取输入的电源信号或者输出用于测量的电信号；注水模块连接低温循环器的注水口并给容器注水；外部测量装置给控制器供电，提供输入的电源信号并通过控制器获取用于测量的电信号；上位机控制电极贴片和控制低温循环器工作。本发明还公开了所述冻土未冻水迁移规律的测量装置的测量方法。本发明实现了冻土未冻水的测量，而且简单可靠，使用方便。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	滕继东;罗豪良;张升;盛岱超
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910656271.5
公开号：	CN110333269A
代理机构：	长沙永星专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	周咏;米中业
分类号：	G01N27/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.一种冻土未冻水迁移规律的测量装置，其特征在于包括两端开口的容器、控制器、若干电极贴片、若干电极连接线、低温循环器、上位机、外部测量装置和注水模块；低温循环器包括相互连接的第一低温循环板和第二低温循环板，第一低温循环板安装在两端开口的容器的一端，第二低温循环板安装在两端开口的容器的另一端，低温循环器用于对放置在容器内的冻土试样进行温度控制；控制器的一端连接电极连接线，并通过电极连接线连接电极贴片；控制器的另一端直接连接外部测量装置；控制器用于控制电极贴片的工作，并获取电极贴片输出的用于测量的电信号；电极贴片安装在容器内壁，并依次通过电极连接线和控制器连接外部测量装置，用于获取输入的电源信号或者输出用于测量的电信号；注水模块连接低温循环器的注水口，用于给容器内注水；外部测量装置用于给控制器供电，提供输入的电源信号，以及通过控制器获取电极贴片输出的用于测量的电信号；上位机与控制器连接，用于通过控制器控制电极贴片的工作，以及控制低温循环器的温度。 2.根据权利要求1所述的冻土未冻水迁移规律的测量装置，其特征在于所述的注水模块包括马特里奥瓶和注水胶管；马特里奥瓶通过注水胶管连接低温循环器的注水口，用于给容器内注水。 3.根据权利要求2所述的冻土未冻水迁移规律的测量装置，其特征在于所述的两端开口的容器为圆形且两端开口的有机玻璃筒；所述的电极贴片安装在容器内壁，具体为将容器分为若干层，每隔一层均安装有若干电极贴片，电极贴片通过电极连接线和控制器与外部测量连接，用于获取输入的电源信号或者输出用于测量的电信号；电极贴片用于通过范德堡法测量所在层的电阻率。 4.根据权利要求3所述的冻土未冻水迁移规律的测量装置，其特征在于所述的电极贴片安装在容器内壁，具体为将容器分为20层，每隔一层均安装有4片电极贴片，第一电极贴片与第三电极贴片的连接线通过所在层的圆心，第二电极贴片与第四电极贴片的连接线通过所在层的圆心，第一电极贴片与第二电极贴片的距离等于第三电极贴片与第四电极贴片的距离。 5.根据权利要求1～4之一所述的冻土未冻水迁移规律的测量装置，其特征在于所述的电极贴片为薄铜电极贴片，并且安装在容器内壁，具体为电极贴片通过胶水粘贴在容器内壁。 6.一种权利要求1～5之一所述的冻土未冻水迁移规律的测量装置的测量方法，包括如下步骤： S1.在测量装置中只装入一层已知含水量的土壤试样，且不启用低温循环器和注水模块； S2.采用范德堡法测定并得到单层的土壤试样电阻率； S3.在测试装置中装满与步骤S1相同含水量的土壤试样，且不启用低温循环器和注水模块； S4.采用范德堡法测定并得到电极贴片所在层的土壤试样电阻率； S5.根据步骤S2得到的单层的土壤试样电阻率和步骤S4得到的电极贴片所在层的土壤试样电阻率，计算各个电极贴片所在层的修正系数； S6.在测试装置中装满与步骤S1相同含水量的土壤试样，设定低温循环器的温度和注水模块的注水量，并启动低温循环器和注水模块，从而得到冻土试样； S7.采用范德堡法测定并得到电极贴片所在层的测试冻土试样电阻率； S8.根据步骤S5得到的各个电极贴片所在层的修正系数，对步骤S7得到的电极贴片所在层的测试冻土试样电阻率进行修正，从而得到电极贴片所在层的真实冻土试样电阻率； S9.根据步骤S8得到的电极贴片所在层的真实冻土试样电阻率，计算电极贴片所在层的冻土试样的未冻水含量； S10.按照设定的测量时间点，重复步骤S7～S9，从而得到电极贴片所在层的冻土试样的未冻水含量随时间变化的曲线； S11.根据步骤S10得到的电极贴片所在层的冻土试样的未冻水含量随时间变化的曲线，分析冻土未冻水的迁移规律。 7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于采用范德堡法测量电阻率，具体为采用如下步骤测量电阻率： a.针对冻土试样所连接的四个电极贴片，在第一电极贴片和第二电极贴片之间注入恒定电流IA1-A2，并测量第三电极贴片和第四电极贴片之间的电压VA3-A4，从而得到第一电阻值 b.针对冻土试样所连接的四个电极贴片，在第二电极贴片和第三电极贴片之间注入恒定电流IA2-A3，并测量第四电极贴片和第一电极贴片之间的电压VA4-A1，从而得到第二电阻值 c.采用如下公式计算电阻率ρ：式中R1为第一电阻值，R2为第二电阻值，d为容器的直径。 8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于步骤S5所述的计算各个电极贴片所在层的修正系数，具体为采用如下算式计算得到各个电极贴片所在层的修正系数：式中μi为第i层电机贴片所在层的修正系数，ri为第i层电极贴片所在层的土壤试样电阻率，r为单层的土壤试样电阻率。 9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于步骤S8所述的根据步骤S5得到的各个电极贴片所在层的修正系数，对步骤S7得到的电极贴片所在层的测试冻土试样电阻率进行修正，具体为将步骤S5得到的各个电极贴片所在层的修正系数，乘以步骤S7得到的电极贴片所在层的测试冻土试样电阻率，从而得到电极贴片所在层的真实冻土试样电阻率。 10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于步骤S9所述的计算电极贴片所在层的冻土试样的未冻水含量，具体为采用如下公式计算电极贴片所在层的冻土试样的未冻水含量：式中ρ为电极贴片所在层的冻土试样的电阻率，θv为电极贴片所在层的冻土试样的未冻水的含量。
所属类别：	发明专利