一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)，涉及非飽和土土水特征曲線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]土水特征曲線(SWCC)是非飽和土力學(xué)中描述土體吸力與含水量之間關(guān)系的一條重要曲線。通過土水特征曲線可以直接或間接地了解非飽和土的吸力狀況、抗剪強(qiáng)度和滲透性等性質(zhì)。目前，測(cè)量土水特征曲線的方法主要有張力計(jì)法、temple儀法、體積壓力板法、濾紙法、鹽溶液法和濕度傳感器法等方法。這些方法中濕度傳感器法具有吸力測(cè)量范圍大、測(cè)試時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn)。該方法的原理是通過濕度傳感器測(cè)得土體的相對(duì)濕度，然后根據(jù)開爾文方程計(jì)算出環(huán)境溫度下土體中的吸力。
[0003]常用的濕度傳感器法的具體步驟是:首先在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得傳感器電阻(或電壓、電容)與傳感器所處環(huán)境中的相對(duì)濕度之間的率定曲線，然后將濕度傳感器填埋在土體中，用導(dǎo)線將數(shù)據(jù)采集裝置與濕度傳感器相連并采集傳感器反饋的電學(xué)信號(hào)，待信號(hào)穩(wěn)定后通過率定曲線和開爾文方程將土體中的吸力值算出。由于為了實(shí)時(shí)采集濕度傳感器反饋的信號(hào)，往往需要將數(shù)據(jù)采集裝置和傳感器連接起來，而且為了獲取數(shù)據(jù)采集裝置中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集裝置也需要跟電腦連接。這種情況使得濕度傳感器法被限制在實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量土壤吸力時(shí)需要較大的人力物力維持。同時(shí)目前用于測(cè)量土體吸力值的傳感器往往注重于采集濕度，因此土體的溫度還需額外的設(shè)備來測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述濕度傳感器法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量土壤吸力值的弊端，本發(fā)明提供一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集室外土體中的溫度和濕度，并通過無線發(fā)送裝置將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到實(shí)驗(yàn)室中的接收終端，進(jìn)而測(cè)出土壤中的吸力值。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量探頭、無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理終端。所述測(cè)量探頭的外殼由主體管、封裝管、錐管組裝構(gòu)成，測(cè)量探頭的外殼內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器、電源模塊、控制電路板和無線發(fā)送模塊，無線傳輸模塊接收無線發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)，無線傳輸模塊連接數(shù)據(jù)處理終端，所述數(shù)據(jù)處理終端用于對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并處理。
[0006]所述主體管一端設(shè)有帶圓孔的密封蓋，主體管另一端與封裝管一端連接，封裝管另一端與錐管連接。
[0007]所述封裝管的外徑小于或者等于主體管、錐管的內(nèi)徑，封裝管管身設(shè)有小孔，封裝管的兩端設(shè)有密封蓋，封裝管兩端分別插入主體管、錐管中一定距離。
[0008]所述溫濕度傳感器封裝在封裝管中；電源模塊、控制電路板和無線發(fā)送模塊封裝在主體管中；其中無線發(fā)送模塊的天線穿過密封蓋的圓孔伸出測(cè)量探頭的外殼外部。
[0009]所述主體管、封裝管、錐管依次通過膠水黏結(jié)。
[0010]所述主體管、封裝管、錐管均為PVC管。
[0011 ] 所述數(shù)據(jù)處理終端包括單片機(jī)模塊、PC機(jī)，無線傳輸模塊連接單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊通過USB數(shù)據(jù)線連接PC機(jī)。
[0012]一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量方法，測(cè)量探頭作為溫濕度傳感器、無線發(fā)送模塊的載體插入土體中，實(shí)時(shí)測(cè)量土壤吸力，溫濕度傳感器測(cè)得的信號(hào)通過無線發(fā)送模塊和無線傳輸模塊被采集到單片機(jī)模塊中，單片機(jī)模塊將采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并最終通過PC機(jī)將經(jīng)處理后得到的吸力值和溫濕度值顯示出來。
[0013]一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)，用于野外土壤吸力值的現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量。
[0014]本發(fā)明一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)，技術(shù)效果如下: 1)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，使用簡(jiǎn)捷方便，吸力測(cè)量范圍大以及測(cè)量時(shí)間短。吸力測(cè)量系統(tǒng)中的部件都是在市場(chǎng)上容易買到的材料，裝置制作與組裝簡(jiǎn)單，PVC材質(zhì)的探頭外殼為電源模塊、溫濕度傳感器、無線傳輸模塊和無線發(fā)送模塊提供了保護(hù)。
[0015]2)、電源模塊、電控制電路板和無線傳輸模塊被封裝在主體管的密閉腔室中，避免了土中水汽的侵蝕。
[0016]3)、無線傳輸模塊的使用減少了接線的麻煩，使得研宄人員在實(shí)驗(yàn)室中便可觀察現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)；同時(shí)無線傳輸模塊可以同時(shí)接收多個(gè)無線發(fā)送模塊發(fā)送的信號(hào)，因此通過一套無線傳輸模塊，可以同時(shí)觀測(cè)多個(gè)點(diǎn)的測(cè)試情況，極大的增加了試驗(yàn)的靈活性。而數(shù)據(jù)處理終端中，PC機(jī)使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理更加自動(dòng)化，數(shù)據(jù)全程自動(dòng)記錄的功能減少了試驗(yàn)人員的操作以及隨之可能產(chǎn)生的誤差。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的測(cè)量探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的測(cè)量探頭的剖面圖；
圖3為本發(fā)明的測(cè)量探頭中溫濕度傳感器封裝管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收與處理端設(shè)備連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1~圖4所示，一種基于溫濕度傳感器的土壤吸力值現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量探頭、無線傳輸模塊12、數(shù)據(jù)處理終端。所述測(cè)量探頭的外殼由主體管1、封裝管2、錐管3組裝構(gòu)成，測(cè)量探頭的外殼內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器5、電源模塊7、控制電路板8和無線發(fā)送模塊9，無線傳輸模塊12接收無線發(fā)送模塊9發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)，無線傳輸模塊12連接數(shù)據(jù)處理終端，所述數(shù)據(jù)處理終端用于對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并處理。
[0020]所述封裝管2的外徑小于或者等于主體管1、錐管3的內(nèi)徑，封裝管2管身設(shè)有小孔4，封裝管2的兩端設(shè)有密封蓋，封裝管2兩端分別插入主體管1、錐管3中一定距離。
[0021]所述溫濕度傳感器5封裝在封裝管2中；電源模塊7、控制電路板8和無線發(fā)送模塊9封裝在主體管I中；其中無線發(fā)送模塊9的天線穿過密封蓋11的圓孔伸出測(cè)量探頭的外殼外部。所述數(shù)據(jù)處理終端包括單片機(jī)模塊13、PC機(jī)14，無線傳輸模塊12連接單片機(jī)模塊13，單片機(jī)模塊13通過USB數(shù)據(jù)線15連接PC機(jī)14。
[0022]實(shí)施例:
主體管I的材質(zhì)為PVC管，長度占整個(gè)測(cè)量探頭長度的三分之二，主體管I的一端由橡膠墊通過膠水密封(橡膠墊中開有圓孔便于無線發(fā)送模塊9的天線穿過)，主體管I另一端與溫濕度傳感器5的封裝管2結(jié)合。封裝管2的材質(zhì)為PVC管，封裝管2的兩端由橡膠墊通過膠水密封，并分別插入主體管I和錐管3中，任意兩管接觸部分用膠水粘連，接頭處用膠水密封。
[0023]封裝管2的外徑略小于或等于主體管1、錐管3的內(nèi)徑，目的是防止該部分管壁與土體接觸，封裝管2管壁上設(shè)有小