[发明专利]一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法。

背景技术

路基土体水分测试方法可分为直接法与间接法两大类，如表1所示，公路行业规范中规定的含水率测试方法主要为取土烘干称重法、酒精燃烧法等传统方法，烘干法等传统方法虽然具有测试结果可靠等优点，但缺点同样明显：取样时会破坏土体结构，无法进行原位、实时、连续观测等，因此，从20世纪90年代开始，具有测试速度快、精度高、可实现自动化监测的新的测试方法在道路工程界得到应用，其中时域反射技术(TDR，Time Domain Reflectometry)就是具有代表性的湿度测试新技术，图4为美国联邦公路局(FHWA)推荐采用的TDR测试仪构造图。

TDR法属于土体水分间接测试法，利用TDR技术测试土体含水率，需建立电磁特性参数(如相对介电常数，通常定义为材料介电常数绝对值与真空介电常数绝对值的比值，可简称为介电常数)与含水率指标之间的关系，目前已有的数据解析方法均是通过测量土体电磁特性参数，再通过率定方程推求含水率，率定或转化过程往往采用经验性的手段，应用具有相当大的局限性。

因此，本发明提供一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，该方法是考虑到土体电磁特性、含水状况与密实度几者之间具有关联性，从系统角度出发，利用TDR直接测得的数据，提出具有数力理论基础的电磁特性参数、含水率指标与密实度指标校正方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，该方法考虑了路基材料等岩土介质干密度与其含水率的关联性，提出了能够有效消除系统误差的电磁特性参数计算方法，进而计算出土体的体积含水率和质量含水率，提高了测试数据的可靠性和精确度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，该方法包括以下步骤：

S1：基于系统识别法计算路基材料电磁特性参数介电常数ε、反射系数Г_L与电导率σ；

S2：采用系统识别法计算体积含水率θ_w与干密度γ_d；

S3：通过公式计算质量含水率w，其中，γ_w为水的密度；γ_d为土体干密度；γ_dmax为一定压实功率下土体最大干密度；K为压实度，K＝γ_d/γ_dmax。

进一步，所述S1包括以下步骤：

S11：设定待求参量ε、Г_L和σ的初设值，引入常量ε₀、ω，其中，ε₀为真空的介电常数绝对值，单位F/m，法拉/米，ε₀＝(1/36π)×10^-9F/m；ω为角频率；

S12：采用TDR法在不同时刻测量得到电压值V_m(t_i)，t_i(i＝1,2,…,n)；

S13：通过以下校正传输线方程计算得到电压值V_c(t_i)；