专利名称：核子频域水分-密度联用测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种核子频域水分-密度联用测试仪，用于土建施工中对公路、铁路 路基或水利、水电等大坝或市政建基的土层密度及含水量的测试。
背景技术：
公路、铁路、水利、水电及市政工程建设均需要对土层采用碾压施工，土层的密度 及含水量是工程施工质量的重要控制指标，因此必须对碾压后的土壤、石砾料或尚未固 化的混凝土密实度及含水量进行检测。传统的环刀取土样，随后称重、灌沙灌水等陈旧 的测试方法已被逐步废弃。新开发的核子水分-密度测试仪采用放射源137Cs和中子放 射源2"Am-Be实现对密度和水分的同步检测，利用物质对于y -射线的质量吸收原理进行 密度测量，利用水中氢元素具有使快中子慢化成慢中子的原理，通过测量中子放射源中 慢中子的量来测定氢元素进而计箅出物质内的水分含量，具有快速、准确、无损的测试 功能。通常，y-放射源'37Cs的放射性活度为8 10mci (2.7E8Bq)，被列入V类放射源， 属极低危险源；中子射线241Am-Be的放射性活度一般为50mci (1.85E9Bq),被列为IV 类放射源，属低危险源。国家环保局依据毒性、能量、强度等各项指标制定的各类放射 源的管理级别中，IV类放射源与放射性活度较高的II、 III类属同一管理级别，V类放 射源列为低一管理级别。可见，中子放射源241Am-Be放射性活度较高，对仪器操作人员 和周围人群有可能造成较大的危害，因此该仪器的管理制度十分繁琐，运输要求也很严 格，使得该项技术的推广、应用受到很大的限制。加之我国中子源241Am-Be的原材料镅 (Am)紧缺，进口又十分困难，国内该仪器现处于停产状态。 发明内容针对目前核子水分-密度仪的中子测水机构所使用的IV类放射源2"Am-Be中子源毒 性较大，有可能危害人体健康及造成环境污染的痹端，本实用新型的目的是提供一种土 层水分-密度联用仪，避免使用中子2"Am-Be放射源，尽量减小射线对人体及周围环境的 不良影响。本实用新型核子频域水分-密度联用测试仪含有机座、显示面板和CPU集成电路板， 机座一侧设有纵向导杆和可升降的源杆，源杆通过把手与导杆活动连接，它的下端装有 Y-放射源，机座另一侧的底部设有接收Y-射线的Y-探测器；机座还设有频域水分探测 头和压杆组件，所说的水分探测头由电极、高频电流发生器及电流输出接口组成，压杆 组件含压杆和压力块，压杆的一端铰接在机座上，压力块通过压杆可推动水分测量探头 向下运动；Y-探测器及高频电流发生器的电流输出接口与CPU集成电路通过导线相连接。压杆的铰接端为可卸的拉扣。当源杆向下插入土层内的探测位置时，Y-射线穿透被测土层后被探测器接收，探 测器测得的计数率随土层密度而变化，其信号经仪器电子线路采集及微处理器运算后， 通过显示屏显示所测密度值。本仪器同时还可操作压杆，将水分探测头下移，使电极伸 入被测的土层中，土中的水分使电极之间形成回路，此时，高频电流发生器产生一定频 域的电流信号，电流信号与土层含水量存在一定关系，根据事先存入的标定曲线，可将 仪器测得的高频电流转换为所需测量的含水量值。测量的密度值信号和含水量信号输入 仪器内部线路的微处理器，即可进行干容重、含水率、压实度等其他土力学参数的运算， 并最终由仪器的显示面板显示所有数据。综上所述，本仪器同时设有测试密度的Y-探测机构和测试水分的频域探测机构，两 者与仪器内部微处理器相结合，提供多项参数的测试，实现了土层密实度和含水量的同 步检测， 一机多能，可以即时直读被测介质的湿密度、干密度数据，使用方便。频域法 测量含水量的方法简便，利用一定频域的高频电流信号进行介质含水量快速测量，测量 精度高(精确标定后精度可达2%)。使用本仪器测试水分和密度，使放射性类别大大降 低，由原来的IV类、V类放射源并用，降低为仅用V类放射源，不仅避免IV类放射性 中子源241Am-Be对测试人员及周围环境的影响，而且因无需采用昂贵的镅材料，使检测 成本大大降低。
图1是核子频域水分-密度联用测试仪的结构示意图。 图2是频域水分测量探头的结构示意图。 图3是图2的A向视图。图4是本仪器基本电子线路框图。图中，l一导杆，2—源杆把手，3—源杆，4i-放射源，5，-探测器，6—压 杆，7—压力块，8—水分测量探头，9、 9'—拉扣组件，10—机座，11—显示屏， 12—机座，8—频域水分探测头，8-l—高频电流发生器，8-2—电流输出接口， 8-3、 8-3' —探针式电极。
具体实施方式
图1是核子频域水分-密度联用测试仪的实施例结构示意图，如图1所示，机座 12设有显示屏11。机座12的左侧装有导杆1，源杆3通过上端的把手2可沿导杆1上 下滑动，源杆3的下端装有？放射源4 [即137Cs (铯-137)]，机座12的右下侧装有Y-探测器5。当源杆向下插入土层内的探测位置时，Y-射线穿透被测土层后被探测器接收， 探测器测得的计数率随土层密度而变化，其信号经仪器电子线路采集及微处理器运算后， 通过显示屏显示所测密度值。机座12的中部设有频域水分探测头8，压杆6与机座12 通过拉扣组件9和9'铰接。向下按动压杆6，并通过压块7将频域水分探测头8下压， 使频域水分探测头8向下伸入土层内进行水分检测。频域水分探测头8的结构见图2， 它由高频电流发生器8-1、电流输出接口 8-2和探针式电极8-3组成，探针式电极8-3 包含四个电极，其排列如图3，图3中，以中心的8-3'为一极，以周围的三个8-3为另 一极，它们插入被测土层内后，因土中水分的导电作用而形成电子回路。此时，电极通 过电缆接入特定频域的高频信号，电流经输出阻抗输出电压模拟信号，模拟电压信号幅 度在0 1000mv之间，信号电压经A/D转换后，由微处理器采集和计算，最终由显示器 显示所测的含水量值。图4是本仪器基本电子线路框图。图中低压组件部分，向仪器整机线路提供低压直 流电源。高压组件部分，向密度测量的Y-探测器提供高压工作电源。密度组件部分，将 Y-探测器5的输出信号放大、甄别、整形，输入微处理器。高频组件部分，产生一定频 域的电流信号。水分组件，检测插入介质的探测头8的输出信号，并经放大处理后，送 入微处理器。CPU组件，含微处理器及其附属电源，上述密度信号、水分信号经微处理 器采集、运算后，在显示屏ll显示各参数值。
权利要求1、核子频域水分-密度联用测试仪，含有机座、显示屏和CPU集成电路板，机座一侧设有纵向导杆和可升降的源杆，源杆通过把手与导杆活动连接，它的下端装有γ-放射源，机座另一侧的底部设有γ-探测器；其特征是机座还设有频域水分探测头和压杆组件，所说的水分探测头由电极、高频电流发生器及电流输出接口组成，压杆组件含压杆和压力块，压杆的一端铰接在机座上，压力块通过压杆可推动频域水分测量探头向下运动；γ-探测器及高频电流发生器的电流输出接口与CPU集成电路通过导线相连接。
2、 根据权利要求1所述核子频域水分-密度联用测试仪，其特征是压杆的铰接端为 可卸的拉扣。
专利摘要本实用新型涉及一种核子频域水分-密度联用测试仪，含有机座、显示屏和CPU集成电路板，机座设有可升降的γ-放射源源杆和γ-探测器，同时还设有频域水分探测头和压杆组件，水分探测头由电极、高频电流发生器及电流输出接口组成，压杆组件含压杆和压力块，压杆的一端铰接在机座上，压力块通过压杆可推动频域水分测量探头向下运动。本仪器实现了土层密实度和含水量的同步检测，可以即时直读被测介质的湿密度、干密度数据，检测成本低，对人体及环境无危害。
文档编号G01T1/00GK201035151SQ20072003619
公开日2008年3月12日 申请日期2007年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者丁元国, 敏 崔, 易瑞吉, 中 曹, 曹更新, 杰 沈, 王守家, 程和森, 宇 解, 郭永彬 申请人:南通中天精密仪器有限公司;水利部交通部电力工业部南京水利科学研究院