电磁波测试土体介电常数的测试方法和装置

摘要

本发明公开了一种高电导率土体介电常数测试的装置和方法。传感器通过同轴电缆和电磁波反射器相连接，电磁波发射器与PC机相连接。能够避免由于传统电磁波方法中材料的高电导率所引起的电磁波消散的情况，可以测试高电导率土体的介电常数，且不受土体盐碱度的影响。本发明能够实现对化学加固土、高有机质土、高含水量高塑性粘土等高电导率土体的介电常数测试，是一种安全、快速、准确的土体介电常数测试方法，也为测试高电导率土体含水量打下基础。

主权项

1、一种电磁波测试土体介电常数的测试方法，其特征在于该方法的步骤如下：1)将所要测试的土体按照土工试验标准击实方法在击实桶中击实，使土体高度与击实桶平齐，在中心打入不锈钢探针；2)在击实桶上端放上不锈钢环，同轴测头上的不锈钢块下端的中心装有第一根螺杆，不锈钢块下端的同一圆周上等分安装有第二、三、四根螺杆，露出在不锈钢块下端的四根螺杆等长，然后将四根测试杆接到四根螺杆上，然后将接上测试杆的同轴测头放在不锈钢环上，不锈钢探针与第一根测试杆相接触，第二、三、四根测试杆与不锈钢环相接触；3)接上同轴电缆和TDR测试仪器，打开PC，利用TDR仪器自带的PMTDR软件采集波形，土体介电常数$\sqrt{K_{\mathrm{soil}}^{*}}=k\frac{1-{\rho }_3}{1+{\rho }_3},k为与仪器有关的标定常数，在本方法中k取1，式中\rho 3为土体表面反射系数，可以通过下面的式子求得：\rho 1＝\rho 1f\; (1)$ {\rho }_2=\frac{{\rho }_{2f}-{\rho }_{1f}}{(1-{{\rho }_1}^2)}(2)$ {\rho }_3=\frac{{\rho }_{3f}-{\rho }_{2f}}{(1-{\rho }_1^2)(1-{{\rho }_2}^2)}(3)，其中\rho 1f为TDR测试波形上同轴测头和同轴电缆交界面的反射系数，\rho 2f为测试波形上测试杆和同轴测头交界面的反射系数，\rho 3f为测试波形上土体表面的反射系数，它们的取值方法如下，利用Svitzky和Golay\; 1964年所述的对波形求一次导数的方法，对TDR测试波形求导，得到一个横坐标为时间，纵坐标为反射系数的一次导数的波形，在波形上得到同轴测头、测试杆、土体三个交界面的反射结束时时间t1、t2和t3，然后找到对应TDR测试波形上纵坐标的值，即为\rho 1f、\rho 2f、\rho 3f的取值；通过式(1)求得\rho 1，将\rho 1代入式(2)求得\rho 2，再将\rho 1、\rho 2代入式(3)求得\rho 3。$$$