CN208383173U - 原位孔隙水压温度参数检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种原位孔隙水压温度参数检测***，包括检测探头，其依次经由检测信号放大器、AD转换器与中央处理器连接，定时控制器和检测数据存储器与中央处理器连接。检测探头包括外壳，其顶端口与上端帽底端口螺接，上端帽顶部封闭但设有电缆穿孔；外壳底端口与下端帽顶端口螺接，下端帽底端口螺接保护头；外壳下部设有一圈长条孔，外壳外壁上套有具有微孔、遮盖住长条孔的陶瓷套筒；外壳和上端帽的内腔形成容置腔，容置腔内设有的压力传感器和温度传感器通过导气电缆与检测信号放大器连接；容置腔内填充满硅油和硅胶。本实用新型可实现现场长期对土体进行孔隙水压力、温度及含水率参数的测量，测量准确，操作简单，使用寿命长。

Description

原位孔隙水压温度参数检测***

技术领域

本实用新型涉及一种现场对土体孔隙水压力及温度参数实施检测的设备，属于土壤、水文地质孔隙水压力、温度检测技术领域。

背景技术

土壤孔隙水压力、温度及含水率等参数在农业、地质等行业有着很重要的意义。在农业上，水不仅是作物赖以生长的重要因素之一，而且是肥料能否被作物有效利用的重要前提。在地质行业，在滑坡高发区的我国，滑带处孔隙水压力变化是导致暴雨滑坡的重要因素，因此，通过监测孔隙水压力、含水率和温度可以对暴雨滑坡实现超前预报，且可很大程度提高预测预报的可靠性和准确性。

目前市场上出现的孔隙水压力计有钢弦式、气压式等几种形式，这些孔隙水压力计都只能测孔隙水正压力，不能测负压力，对于多形式的土层(饱和土层中的孔隙水压力是正压力，非饱和土层中的压力是负压力)而言存在一定局限，并且具有结构复杂，安装较繁琐，不易实施的缺点。

近几年出现了一种对孔隙水正、负压力均可实施测量的孔隙水压力计，其可适用于饱和/非饱和土层的孔隙水压力测量，且其探头可直接接触被测土体，易实施，但是其组装较复杂，采用密封填充满无气水的带孔陶瓷筒来测量土体对水分的吸力，这种采用无气水填充的做法虽然可以在短时间(3个月内)内取得不错的效果，可是随着时间的延长，水便欲从带孔陶瓷筒内渗出，从而影响测量精度，甚至是使探头报废。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种原位孔隙水压温度参数检测***，其结构设计合理，可实现现场长期对土体进行孔隙水压力、温度及含水率参数的测量，测量准确可靠，操作简单便捷，使用寿命长。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：它包括埋设于被测土体内的若干检测探头，检测探头依次经由检测信号放大器、AD转换器与中央处理器连接，定时控制器和检测数据存储器与中央处理器连接，其中：检测探头包括圆筒状外壳；外壳的顶端口与上端帽的底端口螺接，上端帽的顶部封闭但开设有电缆穿孔；外壳的底端口与下端帽的顶端口螺接，下端帽的底端口螺接有保护头；外壳的下部设有一圈长条孔，外壳的外壁上套设有具有微孔的陶瓷套筒，陶瓷套筒将外壳上的长条孔遮盖住；外壳和上端帽的内腔共同形成容置腔，容置腔内设有压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器通过导气电缆与检测信号放大器连接；容置腔内填充满硅油和硅胶，硅油位于下面，硅胶位于上面。

本实用新型的优点是：

本实用新型组装简单，维修便捷，可在现场实现长期对土体测量孔隙水正/负压力、温度及含水率参数，检测探头直接埋于被测土体内，易实施，测量准确可靠，使用寿命长，为暴雨滑坡的预报提供了可靠准确的数值依据。

附图说明

图1是本实用新型原位孔隙水压温度参数检测***的组成示意图。

图2是检测探头的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型原位孔隙水压温度参数检测***包括埋设于被测土体内的若干检测探头10，检测探头10的信号端口依次经由检测信号放大器31、AD转换器32与中央处理器33的相应信号端口连接，定时控制器34和检测数据存储器35的信号端口与中央处理器33的相应信号端口连接，其中：如图2，检测探头10包括钢质圆筒状外壳12；外壳12的顶端口与呈圆锥状的钢质上端帽11的底端口螺接，上端帽11的顶部封闭但开设有电缆穿孔；外壳12的底端口与呈圆锥状的钢质下端帽13的顶端口螺接，下端帽13的底端口螺接有钢质保护头14；外壳12的下部设有具有一定高度的一圈长条孔120，外壳12的外壁上套设有具有若干微孔的陶瓷套筒17，陶瓷套筒17与外壳12紧贴，陶瓷套筒17将外壳12上的长条孔120遮盖住；外壳12和上端帽11的内腔共同形成一个容置腔，通常长条孔120的轴线与容置腔的轴线相垂直，容置腔内设有压力传感器21和温度传感器22，压力传感器21和温度传感器22通过导气电缆24与外壳12外的检测信号放大器31的信号输入端口连接；容置腔内填充满硅油18和硅胶19，硅油18位于下面，硅胶19位于上面，换句话说，硅油18和硅胶19共同将容置腔填充满。

如图1，本实用新型原位孔隙水压温度参数检测***还包括电源电路，其中：电源电路包括电池，电池的电能输出端口与升压电路53的电能输入端口连接，升压电路53具有第一升压供电端口和第二升压供电端口，第一升压供电端口与中央处理器33、定时控制器34和检测数据存储器35的电能输入端口连接，即升压电路53通过其第一升压供电端口长期向中央处理器33、定时控制器34和检测数据存储器35供电(如4.5V)，第二升压供电端口与稳压电路54的输入端口连接，稳压电路54的输出端口经由供电开关55与压力传感器21、温度传感器22、检测信号放大器31、AD转换器32的电能输入端口连接，供电开关55的打开与关闭受中央处理器33控制，即供电开关55的受控端口与中央处理器33的相应控制端口连接，升压电路53通过其第二升压供电端口向稳压电路54提供提升后的电压(如6V)，然后稳压电路54对电压做稳压处理后得到稳定的电压(如5V)，并基于中央处理器33对供电开关55的定时开关控制，在执行测量作业(供电开关55关闭)时，持续向压力传感器21、温度传感器22、检测信号放大器31、AD转换器32供电，换句话说，在不执行测量作业(供电开关55打开)时，稳压电路54不向压力传感器21、温度传感器22、检测信号放大器31、AD转换器32供电，这样设计的优点在于，极大提高了电能利用效率，节约了电能，且避免器件长期处于被供电状态而大大延长了使用寿命。

在实际实施时，电池可为普通电池，当然也可为蓄电池51，蓄电池51与太阳能充电装置52连接，即太阳能充电装置52的充电输出端口与蓄电池51的充电输入端口连接。通常，太阳能充电装置52可包括太阳能板、电能转化装置、电能存储装置、电能输送装置。

如图1，导气电缆24从上端帽11的电缆穿孔穿出，且电缆穿孔上设有令导气电缆24穿出并对导气电缆24实现锁紧的锁紧部件16，锁紧部件16与导气电缆24之间安装有密封圈(图中未标出)。

进一步地，压力传感器21和温度传感器22设置在不锈钢材质的保护壳23内，保护壳23浮于硅油18上且受硅胶19挤压，保护壳23上具有孔洞，孔洞的大小以不会使硅油18、硅胶19渗入保护壳23内为准，其中：导气电缆24从保护壳23的顶口伸入，压力传感器21的信号输出端口与导气电缆24内的压力数据线缆210的一端连接，压力数据线缆210用作传输压力传感器21所检测的压力数据，温度传感器22的信号输出端口与导气电缆24内的温度数据线缆220的一端连接，温度数据线缆220用作传输温度传感器22所检测的温度数据，压力数据线缆210和温度数据线缆220的另一端与检测信号放大器31的信号输入端口连接，导气电缆24内的导气管240的一端伸入保护壳23内而导气管240的另一端伸出上端帽11与大气相通，以使保护壳23内腔与大气相连通。

在本实用新型中，导气电缆24的设计避免了大气压对测量产生不良影响，不需要额外安装大气压计来校正所测压力，安装、埋设简便易行，埋设深度在100米以内。

在本实用新型中，压力传感器21优选灵敏度高、线性精度高、温度漂移小的瑞士Keller公司生产的扩散硅压阻式压力传感器(PA-21Y型)，并且此种压力传感器具有既可测量孔隙水正压力，又可测量孔隙水负压力的功能。

如图2，保护头14的底面为圆弧面，保护头14与下端帽13之间安装有密封圈15。

如图2，下端帽13设有与容置腔相连通的柱状腔130，柱状腔130垂直设置并贯通下端帽13。

进一步地，硅油18填充满柱状腔130并且硅油18的顶面高于外壳12下部的长条孔120所在高度位置。

在实际设计中，陶瓷套筒17上的微孔的孔径小于0.002毫米。这种小孔径的设计使得陶瓷套筒17被土体内的水分浸润后形成一层水膜，水可通过，但在一定压力差下阻止空气通过，即不会漏气。并且，本实用新型选用了硅油替代无气水，这样有效利用了硅油具有不易从陶瓷套筒17渗出的优点。

在实际设计中，外壳12上的长条孔120的孔径要大于陶瓷套筒17上的微孔的孔径。外壳12的长条孔120的设计目的是初步截止硅油渗出，以及调节孔隙对吸力的影响等。

如图1，在实际设计中，中央处理器33的通讯端口还经由RS232通讯装置36与现场控制站40的通讯端口连接。

在本实用新型中，检测信号放大器31、AD转换器32、中央处理器33、定时控制器34、检测数据存储器35、RS232通讯装置36、现场控制站40、升压电路53、稳压电路54、太阳能充电装置52、导气电缆24等均为本领域的熟知器件、电路或装置，故其具体构成不在这里详述。

测量时，将若干检测探头10等间隔均匀分布地呈竖直状插设埋于被测土体内。土体内的水分通过陶瓷套筒17上的微孔、外壳12上的长条孔120与容置腔内的硅油18和硅胶19之间互相挤压而产生压力(负压力/正压力)，于是压力传感器21对压力进行检测，同时温度传感器22检测土体温度。压力传感器21和温度传感器22将获得的检测数据通过导气电缆24传输至检测信号放大器31。检测信号放大器31对检测数据进行信号放大后传输给AD转换器32进行模数转换，然后AD转换器32将转换后的数字信号传输给中央处理器33，由中央处理器33对检测数据进行处理分析，而后存入检测数据存储器35内，适时将检测数据通过RS232通讯装置36传送给现场控制站40，供相关人员查看与分析。其中，中央处理器33通过检测的压力值可获得土体对水分的吸力，以及获得土体的含水率。在此，吸力由陶瓷套筒17和其内的填充物硅油18、硅胶19来产生。

在实际测量时，定时控制器34可负责启动测量作业。当启动测量作业时，供电开关55受控关闭，电源电路向压力传感器21、温度传感器22、检测信号放大器31、AD转换器32供电，此时测量作业可顺利进行。当中央处理器33判断测量作业完成后，其控制供电开关55打开，从而压力传感器21、温度传感器22、检测信号放大器31、AD转换器32失去电力，测量作业停止，等待下一次测量作业的启动。

本实用新型组装简单，简洁的结构确保了耐用性能，维修便捷，可在现场实现长期对土体(土壤、滑坡体等的饱和/非饱和土层)测量孔隙水正/负压力、温度及含水率参数，检测探头直接埋于被测土体内，易实施，测量准确可靠，使用寿命长，为暴雨滑坡的预报提供了可靠准确的数值依据。

以上所述是本实用新型较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：它包括埋设于被测土体内的若干检测探头，检测探头依次经由检测信号放大器、AD转换器与中央处理器连接，定时控制器和检测数据存储器与中央处理器连接，其中：检测探头包括圆筒状外壳；外壳的顶端口与上端帽的底端口螺接，上端帽的顶部封闭但开设有电缆穿孔；外壳的底端口与下端帽的顶端口螺接，下端帽的底端口螺接有保护头；外壳的下部设有一圈长条孔，外壳的外壁上套设有具有微孔的陶瓷套筒，陶瓷套筒将外壳上的长条孔遮盖住；外壳和上端帽的内腔共同形成容置腔，容置腔内设有压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器通过导气电缆与检测信号放大器连接；容置腔内填充满硅油和硅胶，硅油位于下面，硅胶位于上面。

2.如权利要求1所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述原位孔隙水压温度参数检测***包括电源电路，其中：电源电路包括电池，电池的电能输出端口与升压电路的电能输入端口连接，升压电路具有第一升压供电端口和第二升压供电端口，第一升压供电端口与所述中央处理器、所述定时控制器和所述检测数据存储器的电能输入端口连接，第二升压供电端口与稳压电路的输入端口连接，稳压电路的输出端口经由供电开关与所述压力传感器、所述温度传感器、所述检测信号放大器、所述AD转换器的电能输入端口连接，供电开关的打开与关闭受所述中央处理器控制。

3.如权利要求2所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述电池为蓄电池，蓄电池与太阳能充电装置连接。

4.如权利要求1或2或3所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述导气电缆从所述上端帽的所述电缆穿孔穿出，且所述电缆穿孔上设有令所述导气电缆穿出并对所述导气电缆实现锁紧的锁紧部件，锁紧部件与所述导气电缆之间安装有密封圈。

5.如权利要求1或2或3所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述压力传感器和所述温度传感器设置在不锈钢材质的保护壳内，保护壳上具有孔洞，其中：所述导气电缆从保护壳的顶口伸入，所述压力传感器的信号输出端口与所述导气电缆内的压力数据线缆的一端连接，所述温度传感器的信号输出端口与所述导气电缆内的温度数据线缆的一端连接，所述导气电缆内的导气管的一端伸入保护壳内而导气管的另一端与大气相通，以使保护壳内腔与大气相连通。

6.如权利要求1或2或3所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述保护头的底面为圆弧面，所述保护头与所述下端帽之间安装有密封圈。

7.如权利要求6所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述下端帽设有与所述容置腔相连通的柱状腔。

8.如权利要求7所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述硅油填充满所述柱状腔并高于所述外壳下部的所述长条孔所在位置。

9.如权利要求1所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述陶瓷套筒上的所述微孔的孔径小于0.002毫米。

10.如权利要求1所述的原位孔隙水压温度参数检测***，其特征在于：

所述中央处理器经由RS232通讯装置与现场控制站连接。