交错接力导管式纵向TDR传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了交错接力导管式纵向TDR传感器，包括导管和两组以上的探针，探针沿导管的纵向方向依次交错均布，相邻两个探针以导管的轴线为中心呈对称设置，探针通过同轴电缆连接有BNC连接器。探针由阻抗转换器、横向直针体和纵向直针体组成。阻抗转换器置于导管内，阻抗转换器内沿其轴向安装横向直针体，同轴电缆的一端与横向直针体相连接。纵向直针体包括中心纵向直针体和侧纵向直针体，均贴附于导管的外侧壁。将本纵向TDR传感器插入淤泥底部，通过多节探针巡检的方式，确定介质分界层的位置，最终测定介质分界层的深度或厚度。本实用新型专利技术主要应用于测定河道中淤泥淤积的深度，测量结果精准，敏感度高，稳定性强。稳定性强。稳定性强。

【技术实现步骤摘要】
交错接力导管式纵向TDR传感器


[0001]本技术涉及深度测量仪器
，尤其涉及交错接力导管式纵向TDR传感器。

技术介绍

[0002]时域反射原理(Time Domain Reflectometry，TDR)产生于上世纪三十年代，最初被用来检测和定位通讯电缆的受损位置。当一个电磁脉冲激励信号沿传输线传输，传输线的中断、受损或周边物质的不连续性均会引起其阻抗的变化，这种阻抗的变化将会导致传输的信号在此不连续点处产生一个反射，通过精密的测量电磁波入射波和反射波的行程时间差，则可以准确的判定此不连续点的位置。随着上世纪七十年代发现TDR技术能测定土壤体积含水量后，它被广泛应用于农业领域。而自八十年代后，该技术也应用于岩土工程领域，在测定土体含水量和干密度、监测滑坡稳定性、测定地下水位和电导率、监测土体污染及化学加固土质量控制等方面得以应用，并以方便、安全、经济、数字化及易于远程控制通讯等特点而受到广泛关注。
[0003]物质的色散电磁特性由其相对介电常数来定量描述，等于在介质中的介电常数ε
*
与真空中的介电常数ε0＝8.854
×
10
‑
12
(法拉/米)的比值：这是一个复数形式的无量纲参数：式的无量纲参数：其实部ε
′
反映了介电材料在外加电磁场下的极化程度和能量存储，其虚部ε
″
则反映介电材料在外加电磁场下的能量损失。电磁波在介电介质中传输满足下列公式：
[0004][0005]式中v为电磁波在该介质中的传播速度，c为光速，而tanδ＝{ε
″
+(σ
DC
/ωε0)}/ε
′
称为损耗因子，加拿大学者G.C.TOPP指出，土壤基本属于同向线性均匀媒质，其满足：ε
″
＜＜ε
′
，且当电磁波的频率足够高时，有σ
DC
/ωε0ε
′
＜＜1。
[0006]因而此时：ε
′
≈(c/v)2ꢀꢀ
(1.2)
[0007]在TDR土壤测量领域，K
a
≈(c/v)2被称为表征介电常数，易见，K
a
＝ε
′
。
[0008]由(1.2)式，我们可以看到，可以通过测量电磁波在介质中的传播速度而得到介质相对介电常数的实部。
[0009]一个测量土壤水分的TDR系统如说明书附图7所示，当一个高带宽的阶跃信号沿同轴电缆在时刻t0达到探针的起始部时，由于阻抗的改变产生反射，而其余信号沿探针继续前进，在时刻t1到达探针底部时，又产生了第二次反射，考虑电磁波沿长度为L的探针的行程，易见：
[0010][0011]代入(1.1)得到：
[0012][0013]由此可见，对于电磁波沿探针传输时间Δt的测量，可以直接得到介质相对介电常数的实部。
[0014]另一方面，时域反射技术所使用的探针是基于电磁波传输线理论的一个应用，通常有二针或者三针式，三针式较二针式结构更能减少电磁波传输过程中能量的衰减，从而增加测量的量程。因此TDR技术中，更多采用三针式的探针结构。
[0015]三针式探针与TDR信号发生器连接，其中间针体与正极相连，而外侧两根针体连接负极，形成一个三平行传输线结构，电磁波沿其以TEM波形式传输。该传输线形成的阻抗由以下公式得到：
[0016][0017]式中，d及D分别为中间针体的宽度和外侧两根针体的距离，而ε
′
为探针所介入介质的介电常数的实部。
[0018]由(1.5)式可见，探针周边介质的变化，会引起探针的阻抗产生变化，从而引起电磁波发生反射。由于水介电常数的实部较大，且相对稳定，可通过探针插入水中直接测定，而土体的介电常数较小(土体颗粒的介电常数为2
‑
4)，因此我们可将探针插入淤泥底部，通过公式(1.4)确定淤泥与水交接的位置，从而确定淤泥的深度。
[0019]由于时域反射技术是依靠发射的电磁波信号的反射进行测量，而高频电磁波沿探针传输，其信号衰减速度较快，使得其对于探针的长度有一定限制，但同时考虑到实际应用的量程要求，应该尽量加长探针的长度。为了测定河道的淤泥深度，则需要将探针长度设置的相当长才能满足实际需求，而实验表明，采用40cm长的探针，将会导致测量结果精确度及敏感度均有大幅度下降。探针超过40cm之后，探针越长，测量精度及敏感度越低。综上所述，由于探针长度的限制，目前的传感器(探针)难以满足实际淤泥监测的需求。

技术实现思路

[0020]本技术的目的是提供交错接力导管式纵向TDR传感器，可以测定介质分界层的深度或厚度，例如测定河道淤泥淤积的深度，测量结果精准，敏感度高。
[0021]为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：
[0022]交错接力导管式纵向TDR传感器，包括导管和两组以上的探针，所述探针沿导管的纵向方向依次交错均布，相邻两个探针以导管的纵向平面为中心呈对称设置，所述探针通过同轴电缆连接有BNC连接器；
[0023]所述探针由阻抗转换器、横向直针体和纵向直针体组成；
[0024]所述阻抗转换器为管状，置于导管内，所述阻抗转换器内沿其轴向安装横向直针体，同轴电缆的一端与横向直针体相连接；
[0025]所述纵向直针体包括中心纵向直针体和位于中心纵向直针体两侧的与中心纵向直针体平行设置的侧纵向直针体，均贴附于导管的外侧壁，中心纵向直针体的上端与横向直针体连接；每个侧纵向直针体的上端设有一个环状直角折弯，所述环状直角折弯的环状部与纵向直针体相垂直；
[0026]所述导管侧壁设有通孔，阻抗转换器插入所述通孔内，且阻抗转换器与环状直角折弯的直线部连接固定。
[0027]进一步设置为：相邻两个探针的纵向直针体于纵向平面设置有重叠部分，所述重叠部分的叠加距离为30mm
‑
80mm。
[0028]进一步设置为：所述阻抗转换器为管帽和套管组成的T型管状构件，所述管帽与套管插接固定，所述套管内沿其轴向插装横向直针体。
[0029]进一步设置为：所述横向直针体的前端设有插孔，同轴电缆的一端穿过管帽插入插孔内并与横向直针体相连接。
[0030]进一步设置为：所述套管内还设有导电管，导电管的一端与管帽相连接，另一端与环状直角折弯的直线部相连接，所述导电管和横向直针体之间设置有分隔层。
[0031]进一步设置为：所述导管的外侧壁设置有凹槽，纵向直针体卧装于凹槽内。
[0032]进一步设置为：所述中心纵向直针体和侧纵向直针体的长度设置为200mm
‑
300mm，宽度设置为2mm
‑
4mm，厚度设置为0.8mm
‑
1.2mm，两个侧纵向直针体的针体间距设置为40mm
‑
50mm。
[0033]进一步设置为：所述导管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.交错接力导管式纵向TDR传感器，其特征在于：包括导管(1)和两组以上的探针，所述探针沿导管(1)的纵向方向依次交错均布，相邻两个探针以导管(1)的纵向平面为中心呈对称设置，所述探针通过同轴电缆(5)连接有BNC连接器(6)；所述探针由阻抗转换器(2)、横向直针体(3)和纵向直针体(4)组成；所述阻抗转换器(2)为管状，置于导管(1)内，所述阻抗转换器(2)内沿其轴向安装横向直针体(3)，同轴电缆(5)的一端与横向直针体(3)相连接；所述纵向直针体(4)包括中心纵向直针体(41)和位于中心纵向直针体(41)两侧的与中心纵向直针体(41)平行设置的侧纵向直针体(42)，均贴附于导管(1)的外侧壁，中心纵向直针体(41)的上端与横向直针体(3)连接；每个侧纵向直针体(42)的上端设有一个环状直角折弯(43)，所述环状直角折弯(43)的环状部与纵向直针体(4)相垂直；所述导管(1)侧壁设有通孔(7)，阻抗转换器(2)插入所述通孔(7)内，且阻抗转换器(2)与环状直角折弯(43)的直线部连接固定。2.根据权利要求1所述的交错接力导管式纵向TDR传感器，其特征在于：相邻两个探针的纵向直针体(4)于纵向平面设置有重叠部分，所述重叠部分的叠加距离为30mm
‑
80mm。3.根据权利要求1所述的交错接力导管式纵向TDR传感器，其特征在于：所述阻抗转换器(2)为管帽(21)和套管(22)组成的T型管状构件，所述管帽(21)与套管(22)插接固定，所述套管(22)内沿其轴向插装横向直针体(3)。4.根据权利要求3所述的交错接力导管式纵向TDR传感器，其特征在于：所述横向直针体(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆之平，刘惠斌，卢玉，王晨光，
申请(专利权)人：天津特利普尔科技有限公司，
类型：新型
国别省市：