CN102841369B - 用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头 - Google Patents

用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头，在该探头的顶端采用同轴电缆（1）与模数转换器（2）连接传递信号和数据，在该探头内的上半部自上往下顺序连接有模数转换器（2）、二维测斜仪（3）和前置放大器（4）；在探头的下半部设有侧壁摩擦筒（5），侧壁摩擦筒（5）内部设有一对铅遮板（6）、光电倍增管（7）、NaI(TI)闪烁晶体（8）和孔隙水压力传感器（10），在NaI(TI)闪烁晶体（8）所对应的探头侧壁上设有不锈钢薄壁（9），在侧壁摩擦筒（5）的下方连接有孔压过滤环（11）和圆锥探头（12）。采用该探头，具有安全、原位、方便、快速、准确、经济等特点，为岩土体放射性污染评价提供快捷有力的检测工具。

Description

用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头
技术领域
本发明涉及一种用于原位检测土体放射性强度的环境探头，属于岩土工程和环境工程领域中一种能够直接、快速检测地下土体放射性强度的静力触探装置。
背景技术
随着经济的快速发展，城市化和工业化进程的加快，场地土污染越来越严重，我们赖以生存的岩土圈环境日益恶化，环境岩土工程问题已成为我国岩土工程和环境工程工作者重要的研究课题。含有放射性的沉积物或核废料等会对地下土体和地下水造成污染，直接或间接地对人体健康和环境造成严重威胁。当放射性物质存在时，对放射性污染的种类和强度评估是岩土工程和环境工程场地调查必不可少的内容之一。现有的放射性评估方法通常结合了钻孔取样和室内试验，并安装地下水位观测井。然而取样一方面产生扰动误差，另一方面试样与人体的接触会产生放射性危害，同时也涉及采集和试验成本过高、分析周期过长等缺点。
静力触探技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测***测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力等，可确定土的某些基本物理力学特性。静力触探技术至今已有80多年的历史。国际上广泛应用静力触探，部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。近几年随着传感器技术的快速发展，出现了很多新的静力触探技术，这些技术能够快速、准确地获得污染物性状、温度、甚至影像。国外已将之大量应用于环境岩土工程领域。我国在新型静力触探传感器的研究起步比较晚，目前国内广泛使用的单双桥静力触探仅能够测试的贯入阻力或比贯入阻力，侧壁摩阻力，可确定的土层基本物理力学特性非常有限。
当放射源照射在闪烁晶体上时，闪烁晶体激发光子而产生荧光现象，由光电倍增管检测到荧光后可以将光信号转换为电信号。电信号的强弱则反映了放射性的强度。本发明基于常规的孔压静力触探探头，提出了一种安全、快捷、测试成本低廉的放射性强度原位检测仪器，为岩土体放射性强度评价提供快捷、有力的检测工具。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题是针对国内无法进行土体放射性的原位评价，提出一种可用于环境领域的可原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头。利用该探头能够有效地判定受放射性污染的土体，并精确判断确认其放射性强弱。
技术方案：本发明的用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头，在该探头的顶端采用同轴电缆与模数转换器连接传递信号和数据，在该探头内的上半部自上往下顺序连接有模数转换器、二维测斜仪和前置放大器；在探头的下半部设有侧壁摩擦筒，侧壁摩擦筒内部设有一对铅遮板，在一对铅遮板之间设有光电倍增管、NaI(TI)闪烁晶体，在一对铅遮板下设有孔隙水压力传感器，前置放大器、光电倍增管、NaI(TI)闪烁晶体和孔隙水压力传感器顺序连接；在NaI(TI)闪烁晶体所对应的侧壁摩擦筒侧壁上设有不锈钢薄壁，在侧壁摩擦筒的下方连接有孔压过滤环和圆锥探头。
本发明的可原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头，其放射性强度测量部分主要由同轴电缆、模数转换器、前置放大器、铅遮板、光电倍增管、NaI(TI)闪烁晶体、不锈钢薄壁以及其内部的电路***组成。当探头在室内进行标定试验后，选择合适的工作电压进行现场试验。地表载荷***通过同轴电缆输入高、低电压，为探头的放射性检测提供工作电压。当探头贯入土中时，土中的放射源发出放射线，由于放射线具有很强的穿透性，因此可以几乎不受探杆影响的传递至探头内部的NaI(TI)闪烁晶体，与闪烁晶体同时发生光电效应、康普顿散射和正负电子对产生效应，进而产生荧光现象。光电倍增管吸收荧光电子后产生电脉冲，经前置放大器放大后传递至模数转换器。模数转换器将所接收的模拟信号转换为数字信号，再将所有的信号集成在同一根同轴电缆上进行传输，由地表的微机采集和存储***保存，并绘出实时连续的剖面图。光电倍增管与NaI(TI)闪烁晶体集成在一起，减少由于光路损失所导致的误差。铅遮板分别置于光电倍增管与NaI(TI)闪烁晶体的两端，减少探头周围前、后部位放射性的影响，使得所检测的结果最大程度的代表了当前深度处的放射性强弱。不锈钢薄壁降低放射线穿过探杆侧壁时可能存在的损失，使得微弱的放射线信号也能被本发明的环境探头检测到。
有益效果：含有放射性的沉积物或核废料等会对地下土体和地下水造成污染，直接或间接地对人体健康和环境造成严重威胁。目前放射性评估方法通常采取钻孔取样和室内试验，并安装地下水位观测井。然而取样一方面产生扰动误差，另一方面试样与人体的接触会产生放射性危害，同时也涉及采集和试验成本过高、分析周期过长等缺点。
本发明解决了国内现有的单双桥静探技术不能检测地下土体放射性的缺陷，能有效评价土体的放射性强度，从而判断土体中放射性污染物的存在与否。使得静力触探技术能更准确、全面地务于岩土工程领域。该项技术具有连续性、可靠性和可重复性的特点。
附图说明
图1是本发明的元件装置图；
其中有：同轴电缆1、模数转换器2、二维测斜仪3、前置放大器4、侧壁摩擦筒5、铅遮板6、光电倍增管7、NaI(TI)闪烁晶体8、不锈钢薄壁9、孔隙水压力传感器10、孔压过滤环11、圆锥探头12。
具体实施方式
本发明的用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头在该探头的顶端采用同轴电缆1与模数转换器2连接传递信号和数据，在该探头内的上半部自上往下顺序连接有模数转换器2、二维测斜仪3和前置放大器4；在探头的下半部设有侧壁摩擦筒5，侧壁摩擦筒5内部设有一对铅遮板6，在一对铅遮板6之间设有光电倍增管7、NaI(TI)闪烁晶体8，在一对铅遮板6下设有孔隙水压力传感器10，前置放大器4、光电倍增管7、NaI(TI)闪烁晶体8和孔隙水压力传感器10顺序连接；在NaI(TI)闪烁晶体8所对应的侧壁摩擦筒5侧壁上设有不锈钢薄壁9，在侧壁摩擦筒5的下方连接有孔压过滤环11和圆锥探头12。
首先进行探头的室内标定试验，选择合适的工作电压区间。地表载荷***通过同轴电缆输入高、低电压，为探头的放射性检测提供工作电压。当探头贯入土中时，土中的放射源发出放射线，与闪烁晶体同时发生光电效应、康普顿散射和正负电子对产生效应，进而产生荧光现象。光电倍增管吸收荧光电子后产生电脉冲，经前置放大器放大后传递至模数转换器。模数转换器将所接收的模拟信号转换为数字信号，再将所有的信号集成在同一根同轴电缆上进行传输，由地表的微机采集和存储***保存，并绘出实时连续的剖面图。光电倍增管与NaI(TI)闪烁晶体集成在一起，减少由于光路损失所导致的误差。铅遮板分别置于光电倍增管与NaI(TI)闪烁晶体的两端，减少探头周围前、后部位放射性的影响，使得所检测的结果最大程度的代表了当前深度处的放射性强弱。不锈钢薄壁降低放射线穿过探杆侧壁时可能存在的损失，使得微弱的放射线信号也能被本发明的环境探头检测到。
孔压过滤环11厚度为5 mm，探头不等端面积比为0.8。
圆锥探头12的锥角为60°，锥底截面积为10 cm2，侧壁摩擦筒5表面积150 cm2。
不锈钢薄壁9的厚度为4.2mm，长度为60mm。
NaI(TI)闪烁晶体8为圆柱体，底面半径为10mm，高为50mm。
铅遮板6为圆柱体，底面半径为12mm，高为5mm。
不锈钢薄壁的厚度为4.2mm，长度为60mm。

Claims (1)

1.一种用于原位检测土体放射性强度的环境孔压静力触探探头，其特征在于在该探头的顶端采用同轴电缆(1)与模数转换器(2)连接传递信号和数据，在该探头内的上半部自上往下顺序连接有模数转换器(2)、二维测斜仪(3)和前置放大器(4)；在探头的下半部设有侧壁摩擦筒(5)，侧壁摩擦筒(5)内部设有一对铅遮板(6)，在一对铅遮板(6)之间设有光电倍增管(7)、NaI(TI)闪烁晶体(8)，在一对铅遮板(6)下设有孔隙水压力传感器(10)，前置放大器(4)、光电倍增管(7)、NaI(TI)闪烁晶体(8)和孔隙水压力传感器(10)顺序连接；在NaI(TI)闪烁晶体(8)所对应的侧壁摩擦筒(5)侧壁上设有不锈钢薄壁(9)，在侧壁摩擦筒(5)的下方连接有孔压过滤环(11)和圆锥探头(12)；
孔压过滤环(11)厚度为5mm，探头不等端面积比为0.8；
圆锥探头(12)的锥角为60°，锥底截面积为10cm2，侧壁摩擦筒(5)表面积150cm2；
不锈钢薄壁(9)的厚度为4.2mm，长度为60mm；
NaI(TI)闪烁晶体(8)为圆柱体，底面半径为10mm，高为50mm；
铅遮板(6)为圆柱体，底面半径为12mm，高为5mm。
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