管式TDR土壤水分传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种管式TDR土壤水分传感器，由上而下包括顶部封盖、接口模块、若干环形探针模块、底部封盖，还包括若干非金属密封螺母模块和若干空管模块，接口模块一端与顶部封盖连接，另一端通过密封螺母模块与一空管模块一端连接，空管模块另一端通过密封螺母模块与一环形探针模块相连，最底层环形探针模块通过外螺纹与底部封盖连接；相邻两环形探针模块之间通过密封螺母模块进行连接，环形探针模块通过密封螺母模块与空管模块连接；环形探针模块内部SMA转换插座通过连接线与接口模块内SMA转换插座连接。本发明专利技术可同时探测土壤剖面多层土壤水分值，现场施工方便快捷，应用灵活。

Tube TDR Soil Moisture Sensor

The utility model discloses a tubular TDR soil moisture sensor, which comprises a top cover, an interface module, a number of ring probe modules, a bottom cover, a number of non-metallic sealing nut modules and a number of empty pipe modules. One end of the interface module is connected with the top cover, and the other end is connected with the top cover through the sealing nut module. One end of the empty tube module is connected, the other end of the empty tube module is connected with an annular probe module through a sealing nut module, and the bottom annular probe module is connected with the bottom cover through an external thread; the adjacent two annular probe modules are connected by a sealing nut module, and the annular probe module is connected with the empty tube through a sealing nut module. Module connection; SMA conversion socket in the ring probe module is connected with SMA conversion socket in the interface module by connecting wires. The invention can simultaneously detect multi-layer soil moisture value of soil profile, and is convenient and fast in site construction and flexible in application.

【技术实现步骤摘要】
管式TDR土壤水分传感器
本专利技术属于水文数据记录装置
，涉及土壤水分传感器，更为具体的说，是涉及一种能够同时探测土壤剖面不同土层深度水分的管式TDR土壤水分传感器。
技术介绍
土壤水分测量常用技术有人工烘干法、介电常数法、中子法等，工程项目上主要采用介电常数法中的频域法FDR或时域法TDR等。目前，时域法TDR传感器的探针结构形式全部是直针形式，直针的数量有2针、3针及多针形式，在测量土壤剖面不同深度的土壤水分时，需要开挖基坑，将直针传感器的直针水平插入土壤剖面不同土壤深度层次，考虑人工操作的空间，基坑的开挖尺寸较大，现场开挖的工作量较大，增加了施工的难度，土壤扰动也比较大。工程实践得知，希望现场传感器的埋设土壤开挖量要小，最好适用于钻孔埋设，一来减少土壤扰动，二来提高现场安装效率；另外也希望传感器具备同时测量不同土层深度水分的能力，便于监测土壤水分变化规律。但现有TDR传感器尚无法满足以上需求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种管式TDR土壤水分传感器，可适用于钻孔埋设安装，方便现场施工；也可同时监测多层土壤深度水分，实际监测土壤水分运动规律。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：管式TDR土壤水分传感器，由上而下包括顶部封盖、接口模块、若干环形探针模块、底部封盖，还包括若干非金属密封螺母模块和若干空管模块，所述接口模块一端与顶部封盖连接，另一端通过密封螺母模块与一空管模块一端连接，所述空管模块另一端通过密封螺母模块与一环形探针模块相连，最底层环形探针模块通过外螺纹与底部封盖连接；相邻两环形探针模块之间通过密封螺母模块进行连接或，环形探针模块通过密封螺母模块与空管模块连接；所述接口模块包括非金属安装管以及设置在安装管内部的若干SMA转换插座；所述空管模块包括内空的非金属安装管；所述环形探针模块包括非金属安装管、环形探针组件、以及设置在安装管内部的SMA转换插座；所述环形探针组件包括三个均匀地套在安装管外的金属环形探针、一根金属定位插针、两个金属定位销、金属安装基座和绝缘圈，其中金属安装基座设置在安装管内部；金属环形探针一端具有圆孔，金属定位插针穿过中间探针上的通孔、安装管侧壁、金属安装基座后连接至SMA转换插座并与SMA转换插座具有电连接，所述绝缘圈设置在金属定位插针和金属安装基座接触部分实现插针与基座的绝缘，金属定位销用于将两边探针固定在金属安装基座上；环形探针模块内部的SMA转换插座通过连接线与接口模块内的SMA转换插座连接。进一步的，环形探针模块内部的SMA转换插座通过连接线与接口模块内的SMA转换插座一一对应连接。进一步的，所述接口模块两端均具有外螺纹，所述空管模块和环形探针模块均是较大的一端具有外螺纹，较小的一端外径与较大的一端内径相匹配，封盖具有与接口模块和环形探针模块外螺纹相匹配的内螺纹，密封螺母模块具有与接口模块、空管模块、环形探针模块外螺纹相匹配的内螺纹。进一步的，所述空管模块和环形探针模块较大的一端设置有凸台。进一步的，所述凸台为两个，对称设置。进一步的，所述连接线为同轴电缆。进一步的，定位销穿过金属环形探针上的通孔和非金属安装管上的圆孔伸入管内金属安装基座上，并通过螺母固定。进一步的，非金属材料为PVC。进一步的，金属材料为不锈钢。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：1.本专利技术可直接埋设在土壤中，可同时探测土壤剖面多层土壤水分值，每层探测深度为10厘米土层，在线监测土壤水分运动规律，为防汛抗旱、气象数据自动监测提供技术支撑，现场施工方便快捷，提高安装效率。2，本专利技术采用全非金属壳体设计，最大限度减小对环形探针内传输的电磁信号的干扰，提升环形探针探测土壤水分的灵敏度和精度，考虑传感器要长期埋设在地下，全非金属壳体设计可很好的解决防水、防锈、防腐的问题，极大提升传感器使用寿命。3.本专利技术整体采用模块化组装式设计，可减少大型模具的开模费用，通过模块的组装拼接，方便生产加工和产品的按需定制，最大限度降低产品成本，提高了产品竞争力和灵活性。4.本专利技术可应用于防汛抗旱、水文、气象、岩土工程等项目中对土壤水分的在线监测，提升我国土壤水分自动站监测技术水平，市场应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术提供的管式TDR土壤水分传感器整体结构示意图。图2为环形探针模块侧视图。图3为环形探针模块剖视图。附图标记说明：1-密封盖模块，2-接口模块，3-密封螺母模块，4-空管模块，5-环形探针模块，6-安装管，7-环形探针，8-定位插针，9-安装基座、10-尼龙绝缘圈，11-缺口，12-凸台，13-SMA转换插座，14-同轴电缆跳线。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供的管式TDR土壤水分传感器采用模块化组装式设计，其各部件组成包括两个PVC密封盖模块1、接口模块2、若干PVC密封螺母模块3、若干PVC空管模块4、若干环形探针模块5。图1中，采用三个环形探针模块5，并配合两个空管模块将环形探针模块定位到需要监测的深度。在图1中自上而下分别有PVC密封盖模块1、接口模块2、PVC密封螺母模块3、PVC空管模块4、PVC密封螺母模块3、环形探针模块5、PVC密封螺母模块3、环形探针模块5、PVC密封螺母模块3、PVC空管模块4、PVC密封螺母模块3、环形探针模块5、PVC密封盖模块1。PVC密封盖模块包括PVC短管和设置在短管接口处的橡胶密封圈，设置在传感器顶端的PVC密封盖模块通过内螺纹与接口模块连接。接口模块包括PVC安装管和设置在PVC安装管内部的若干SMA转换插座，每个SMA转换插座通过50Ω同轴电缆跳线与一个环形探针模块连接，因此SMA转换插座的数量与环形探针模块数量相同。本例中有三个环形探针模块，因此接口模块中SMA转换插座的数量也为三个，插接头露出于接口模块管壁外，便于数据输出。接口模块中PVC安装管端部的螺纹通过密封螺母与其它部件连接。PVC密封螺母模块用于连接相邻模块，内含橡胶密封圈，其通过两端的橡胶圈实现密封。PVC空管模块为一段PVC空管，用于替换环形探针模块位置或延长管式传感器长度，端部有螺纹与相邻部件连接。环形探针模块包括PVC安装管6、不锈钢环形探针组件、以及设置在PVC安装管内部的SMA转换插座13等，通过环形探针探测土壤水分。环形探针模块是探测土壤水分的核心部件，每个环形探针模块可探测10厘米厚度土壤的水分，通过端部的螺纹、密封螺母实现与相邻环形探针模块或PVC空管的连接。具体的说，如图2、图3所示，环形探针模块中不锈钢环形探针组件包括三个不锈钢环形探针7、一根不锈钢定位插针8、两个不锈钢定位销、不锈钢安装基座9、尼龙绝缘圈10。如图2所示，三个不锈钢环形探针均匀地套在PVC安装管外，管内安装有不锈钢安装基座、SMA转换插座和50Ω同轴电缆连线等部件。环形探针周围基本被土壤完全包裹，环形探针内侧是低介电常数材料(PVC介电常数为2.89，空气的介电常数为1)，这种结构设计，保证了环形探针的测试精度。探针采用圆环形设计，探针内直径与PVC安装管外直径相同，保证环形探针与PVC防护管精密接触，环形探针具有一缺口11(缺口弧度约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.管式TDR土壤水分传感器，其特征在于：由上而下包括顶部封盖、接口模块、若干环形探针模块、底部封盖，还包括若干非金属密封螺母模块和若干空管模块，所述接口模块一端与顶部封盖连接，另一端通过密封螺母模块与一空管模块一端连接，所述空管模块另一端通过密封螺母模块与一环形探针模块相连，最底层环形探针模块通过外螺纹与底部封盖连接；相邻两环形探针模块之间通过密封螺母模块进行连接或环形探针模块通过密封螺母模块与空管模块连接；所述接口模块包括非金属安装管以及设置在安装管内部的若干SMA转换插座；所述空管模块包括内空的非金属安装管；所述环形探针模块包括非金属安装管、环形探针组件、以及设置在安装管内部的SMA转换插座；所述环形探针组件包括三个均匀地套在安装管外的金属环形探针、一根金属定位插针、两个金属定位销、金属安装基座和绝缘圈，其中金属安装基座设置在安装管内部；金属环形探针一端具有圆孔，金属定位插针穿过中间探针上的通孔、安装管侧壁、金属安装基座后连接至SMA转换插座并与SMA转换插座具有电连接，所述绝缘圈设置在金属定位插针和金属安装基座接触部分实现插针与基座的绝缘，金属定位销用于将两边探针固定在金属安装基座上；环形探针模块内部的SMA转换插座通过连接线与接口模块内的SMA转换插座连接。...

【技术特征摘要】
1.管式TDR土壤水分传感器，其特征在于：由上而下包括顶部封盖、接口模块、若干环形探针模块、底部封盖，还包括若干非金属密封螺母模块和若干空管模块，所述接口模块一端与顶部封盖连接，另一端通过密封螺母模块与一空管模块一端连接，所述空管模块另一端通过密封螺母模块与一环形探针模块相连，最底层环形探针模块通过外螺纹与底部封盖连接；相邻两环形探针模块之间通过密封螺母模块进行连接或环形探针模块通过密封螺母模块与空管模块连接；所述接口模块包括非金属安装管以及设置在安装管内部的若干SMA转换插座；所述空管模块包括内空的非金属安装管；所述环形探针模块包括非金属安装管、环形探针组件、以及设置在安装管内部的SMA转换插座；所述环形探针组件包括三个均匀地套在安装管外的金属环形探针、一根金属定位插针、两个金属定位销、金属安装基座和绝缘圈，其中金属安装基座设置在安装管内部；金属环形探针一端具有圆孔，金属定位插针穿过中间探针上的通孔、安装管侧壁、金属安装基座后连接至SMA转换插座并与SMA转换插座具有电连接，所述绝缘圈设置在金属定位插针和金属安装基座接触部分实现插针与基座的绝缘，金属定位销用于将两边探针固定在金属安装基座上；环形探针模块内部的SMA转换插座通过连接线与接口模块内的SM...

【专利技术属性】
技术研发人员：智永明，毛春雷，王岩，褚泽帆，张志坚，宗泽，
申请(专利权)人：水利部南京水利水文自动化研究所，
类型：新型
国别省市：江苏,32