[发明专利]电磁波测试土体介电常数的测试方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用电磁波反射的检测装置，尤其是涉及一种电磁波测试土体介电常数的测试方法和装置。

背景技术

工程上可以利用电磁波方法现场测试土体含水量。美国现场含水量测试标准ASTM6780是利用TDR(电磁波时域反射方法)测试土体含水量，先需要先测定土体的介电常数，然后通过室内标定方程得到土体的含水量。传统的TDR方法测试土体的介电常数是用行程时间法，是根据电磁波在不同介电常数的土体中传播速度不同，先得到电磁波在测试土体的传播时间。而传播时间是根据电磁波在传感器中的第一个反射点和末端反射点来确定。对于高电导率土体，电磁波会在土体中传播时有很大的能量损耗，引起电磁波的消散，这种情况下很难准确确定末端反射点。所以传统的TDR方法难以测试高电导率土体的介电常数，从而得到它的含水量。而在实际工程中，高电导率的化学加固土的含水量又是一个很重要的物理参数，所以本发明介绍了一种新的测试高电导率土体介电常数的测试装置和方法，为测试其含水量打下基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁波测试土体介电常数的测试装置和方法，尤其是高电导率土体介电常数的测试。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种电磁波测试土体介电常数的测试方法，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Ksoil*=k1-ρ31+ρ3,]]>k为与仪器有关的标定常数，在本方法中k取1，式中ρ₃为土体表面反射系数，可以通过下面的式子求得：ρ₁＝ρ_1f(1)ρ2=ρ2f-ρ1f(1-ρ12)]]>(2)ρ3=ρ3f-ρ2f(1-ρ12)(1-ρ22)]]>(3)，其中ρ_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，ρ_2f为测试波形上测试杆和同轴测头交界面的反射系数，ρ_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ρ_1f、ρ_2f、ρ_3f的取值；通过式(1)求得ρ₁，将ρ₁代入式(2)求得ρ₂，再将ρ₁、ρ₂代入式(3)求得ρ₃。