[实用新型]一种监测土壤含水率的传感器

说明书

本实用新型公开了一种监测土壤含水率的传感器。本实用新型包括发射端传感器、接收端传感器、固定钢丝和结构钢筋笼；固定钢丝分别将发射端传感器和接收端传感器固定在结构钢筋笼的两端；发射端传感器外接波形发生器，接收端传感器外接信号处理器；监测土壤含水率的传感器预埋在待监测的土壤中，发射端传感器激励波形发生器产生的信号，连接接收端传感器的信号处理器根据收集到的信号进行时域反演得到聚焦反演信号，并将聚焦反演信号再次通过发射端传感器进行激励，通过信号处理器根据收集到的聚焦信号分析得到聚焦信号的峰值，从而确定待监测土壤的含水率情况。本实用新型结构具有测量范围大、结构形式简单、传感灵敏、安全可靠的优点。

技术领域

本实用新型属于土木工程结构健康监测领域，具体涉及一种监测土壤含水率的传感器。

背景技术

作为地质灾害中的常见灾害类型，山体滑坡发生的次数占比逐年增加。滑坡灾害因其自身破坏力大、难以预测性的特点，给人民群众的生命财产安全造成了巨大的威胁。而降雨是滑坡活动最重要的诱发因素。因此有必要在滑坡风险区进行土壤含水率监测，以得到滑坡预警。

目前土壤含水率的监测方法有：重量法、中子法、频域反射法(FDR)和时域反射法。重量法是国际上公认的标准方法，土壤样品放入105℃的烘箱中持续烘干16～24h，测量结果准确，但时间较长，对土壤有一定的破坏性，而且不适合长期定点连续监测；中子法克服了烘干法的一些缺点，可以满足对野外一定区域和深度土壤含水率连续测量的要求，不受环境温度和压力的影响，但是中子存在潜在的辐射，并且无法对表层土壤进行测量；FDR和TDR测量精度较高，无放射性且适于长期定点观测，但是此两种方法只适用于测量局部小范围内的含水率(石振明,沈丹祎,彭铭,等.考虑多层非饱和土降雨入渗的边坡稳定性分析[J].水利学报,2016,47(8):977-985.常丹,李旭,刘建坤,等.土体含水率测量方法研究进展及比较[J].工程勘察,2014,42(9):17-22,35.李玥,汪雅婷,黄致绮.土壤含水率测量方法分析及比较[J].仪表技术,2017(8):15-17.)。

实用新型内容

基于压电监测系统的时间反演法为土壤含水率监测提供了新的思路方法：本实用新型通过把压电传感器埋入土壤中，结合时间反演技术，通过监测系统，可以较方便地对大体积土壤进行含水率实时监测。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种监测土壤含水率的传感器，包括发射端传感器、接收端传感器、固定钢丝和结构钢筋笼；

固定钢丝用于分别将发射端传感器和接收端传感器固定在结构钢筋笼的两端；发射端传感器外接波形发生器，接收端传感器外接信号处理器；

监测土壤含水率的传感器预埋在待监测的土壤中，发射端传感器激励波形发生器产生的信号，连接接收端传感器的信号处理器根据收集到的信号进行时域反演得到聚焦反演信号，并将聚焦反演信号再次通过发射端传感器进行激励，然后再次通过信号处理器根据收集到的聚焦信号分析得到聚焦信号的峰值，从而确定待监测土壤的含水率情况。

进一步地，发射端传感器和接收端传感器相对并处于同一直线上。

进一步地，发射端传感器为一个大功率超声波传感器，连接任意波形发生器，通过外接的波形发生器控制发射端传感器发射的信号的峰值及频率。

进一步地，接收端传感器为一个免电磁干扰的压电传感器。

进一步地，发射端传感器和接收端传感器的间距为1-2m。

进一步地，发射端传感器和波形发生器之间需要设置有功率发生器，对发射端传感器发射的信号进行放大。

进一步地，接收端传感器和信号处理器之间设置有电荷放大器和数据采集卡，接收端传感器接收的信号应通过电荷放大器进行放大，提高信噪比，进而通过数据采集卡进行采集，最后通过信号处理器进行处理。