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专利号: 2023105701755
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种探测土壤污染浓度的微型电阻率探头,包括相连的探杆和锥尖(16),其特征在于,所述探杆包括上侧壁摩擦筒(1)和下侧壁摩擦筒(17),所述上侧壁摩擦筒(1)的空腔内内置有上内筒(2),所述上内筒(2)的底部设置有上连接螺栓(8),所述下侧壁摩擦筒(17)的空腔内内置有内锥体(11),所述内锥体(11)的顶部设置有下连接螺栓(10),所述上连接螺栓(8)和下连接螺栓(10)一体成型,所述上侧壁摩擦筒(1)的底部套接在上连接螺栓(8)的外周,所述下侧壁摩擦筒(17)的顶部套接在下连接螺栓(10)的外周且下侧壁摩擦筒(17)的底部与锥尖(16)连接,所述内锥体(11)和锥尖(16)之间还设置有下内筒(14),所述上侧壁摩擦筒(1)外侧间距上侧壁摩擦筒(1)底部设定的距离设置有铜质环式四电极,所述上侧壁摩擦筒(1)的内壁上对称设置有上电阻式应变片(7),所述下侧壁摩擦筒(17)的内壁上对称设置有下电阻式应变片(13)且下内筒(14)的内侧设置有压力传感器(12),所述上内筒(2)的外侧壁还设置有测斜仪(6);

所述铜质环式四电极包括自上而下顺次设置的绝缘涂层(5)、第一供电电极(3.1)、绝缘涂层(5)、第一测量电极(4.1)、绝缘涂层(5)、第二测量电极(4.2)、绝缘涂层(5)、第三测量电极(4.3)、绝缘涂层(5)、第四测量电极(4.4)、绝缘涂层(5)、第二供电电极(3.2)和绝缘涂层(5),所述第一供电电极(3.1)和第二供电电极(3.2)与电源的正负极相连,第一测量电极(4.1)、第二测量电极(4.2)、第三测量电极(4.3)和第四测量电极(4.4)并联连接且与第一供电电极(3.1)和第二供电电极(3.2)相连;所述上电阻式应变片(7)和下电阻式应变片(13)均为2个,且上电阻式应变片(7)设置在铜质环式四电极的下方对应位置处;

还包括与微型电阻率探头通过电缆(18)连接的数据处理装置(19),所述数据处理装置(19)获取测斜仪(6)采集的数据η、第一测量电极(4.1)采集的数据χ1、第二测量电极(4.2)采集的数据χ2、第三测量电极(4.3)采集的数据χ3、第四测量电极(4.4)采集的数据χ4、压力传感器(12)采集的数据qt、上电阻式应变片(7)采集的数据fs1、fs2、下电阻式应变片(13)采集的数据fs3、fs4,并根据获取的数据计算探测土壤的电阻率ρ、污染浓度N和上/下侧壁摩阻力fs‑上/fs‑下:其中,探测土壤的电阻率ρ的计算公式为:

探测土壤的污染浓度N的计算公式为:

式中,A表示污染浓度系数;ξ表示污染浓度修正系数;B表示锥尖(16)阻力系数;z为探头贯入深度;C为深度系数;

探测土壤的上/下侧壁摩阻力fs‑上/fs‑下的计算公式为:

2.根据权利要求1所述的一种探测土壤污染浓度的微型电阻率探头,其特征在于,所述上连接螺栓(8)的直径小于下连接螺栓(10)的直径,所述上侧壁摩擦筒(1)的底部和上连接螺栓(8)、下连接螺栓(10)的连接处通过环形密封圈(9)进行密封。

3.根据权利要求2所述的一种探测土壤污染浓度的微型电阻率探头,其特征在于,所述探杆和锥尖(16)的连接处通过环形硅胶密封圈(15)进行密封。

4.根据权利要求1‑3任意一项所述的一种探测土壤污染浓度的微型电阻率探头,其特征在于,探杆和锥尖(16)的总长度为310mm;锥尖(16)、上侧壁摩擦筒(1)和下侧壁摩擦筒2

(17)的直径均为10mm;锥尖(16)的锥角为60°,锥底截面积为78.5mm ;第一测量电极(4.1)、第二测量电极(4.2)、第三测量电极(4.3)、第四测量电极(4.4)、第一供电电极(3.1)和第二供电电极(3.2)的宽度均为3mm;绝缘涂层(5)的宽度均为5mm;上电阻式应变片(7)和下电阻式应变片(13)的形状均为边长为3mm的正方形。

5.一种探测土壤污染浓度的微型电阻率探头的探测方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1、将上述权利要求1‑3任意一项所述的一种探测土壤污染浓度的微型电阻率探头通过贯入设备匀速贯入待测土壤中,贯入过程,通过测斜仪(6)的监测数据调整贯入方向,以保持微型电阻率探头垂直贯入待测土壤中;同时,记录探头贯入深度z并获取上电阻式应变片(7)采集的数据fs1、fs2、下电阻式应变片(13)采集的数据fs3、fs4和压力传感器(12)采集的数据qt;

步骤2、当铜质环式四电极贯入待测土壤中后,获取第一测量电极(4.1)采集的数据χ1、第二测量电极(4.2)采集的数据χ2、第三测量电极(4.3)采集的数据χ3、第四测量电极(4.4)采集的数据χ4;

步骤3、根据获取的数据计算探测土壤的电阻率ρ、污染浓度N和上/下侧壁摩阻力fs‑上/fs‑下:

其中,探测土壤的电阻率ρ的计算公式为:

探测土壤的污染浓度N的计算公式为:

式中,A表示污染浓度系数;ξ表示污染浓度修正系数;B表示锥尖(16)阻力系数;z为探头贯入深度;C为深度系数;

探测土壤的上/下侧壁摩阻力fs‑上/fs‑下的计算公式为: