一种岩土渗流监测传感器及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩土渗流监测技术领域，尤其涉及一种岩土渗流监测传感器及制备方 法。
【背景技术】
[0002] 渗流流向、流速是岩土工程、水文地质领域非常重要的参数，对于污染物运移、油 气开发、水土流失等相关问题的研究也具有重大意义。传统示踪法，由于示踪剂多为染料或 电解质溶液，需要专门的投药装置，且投药点与测量位置必须间隔较长距离，难以成设计成 一体化传感器实现连续监测；热示踪通过测量温度场变化，确定渗流流速、流向，光纤式测 温渗流监测系统属于该种类型的其典型代表，由于光纤式测温渗流监测系统需要在监测范 围内铺设光纤，故成本较高。因此，渗流监测迫切需要一种成本低廉切能充分满足实时量测 传感器及制备方法。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种岩土渗流监测传 感器及制备方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种岩土渗流监测传感器，包括基 板和固定设置在基板上的一对电解电极以及一对或多对电导电极；
[0005] 所述电解电极用于产生电解极化，
[0006] 所述电导电极用于测量系统电导率。
[0007] 按上述方案，所述电解电极与电导电极的最小间距d通过下式确定：
[0009] 其中，e为测量允许的相对误差，队为所测量水中离子扩散系数，u_为设计最小 流速。
[0010] 按上述方案，所述电解电极的形状为针型、圆盘型或同心圆型。
[0011] 按上述方案，所述电导电极的形状为针型、圆盘型或带型。
[0012] 一种岩土渗流监测传感器的制备方法，传感器包括基板和固定设置在基板上的电 解电极以及电导电极；包括以下步骤：
[0013] 1)确定电解电极与电导电极间距；最小电极间距可通过流速测量下限按下式进 行估算：
[0015] 式⑴中d为最小电极间距，e为测量允许的相对误差，队为所测量水中离子扩 散系数，U_为设计最小流速。
[0016] 2)确定基板的材质、形状及尺寸。基板的材质依测量对象而确定，对于混凝土类的 可以直接固定电极的测量对象，可以省略基板，将电极直接固化在混凝土内；对于无法固定 电极的测量对象，可采用但不限于塑料、玻璃、树脂。基板的形状在保证电极布置的前提下 无特殊要求。基板的尺寸应满足上述布置（1)中的最小电极间距。
[0017] 3)确定电解电极的材质、形状及尺寸；所述电解电极材质为常温下导电的固态材 质，所述电解电极的形状为针型、圆盘型或同心圆型，所述电解电极的尺寸在基板允许的范 围内依电极常数而定；
[0018] 电解电极材质采用常温下导电的固态材质，如铂、金、铜、不锈钢、石墨等。电解电 极的形状依据传感器的测量目的确定，若测量固定方向的流速测量，可采用但不限于针型、 圆盘型；若测量非固定方向的流速测量，可采用单不限于同心圆型。电解电极的尺寸在基板 允许的范围内依电极常数而定，电解电极的电极常数应在0.Icmi-lcm1范围内。
[0019] 4)确定电导电极的材质、形状、尺寸及数目；所述电导电极材质采用常温下导电 的固态材质，所述电导电极的形状为针型、圆盘型或带型；所述电导电极的尺寸在基板允许 的范围内依被测量溶液电导率范围而定；电导电极的数目为一对或多对；
[0020] 电导电极材质采用常温下导电的固态材质，如铂、金、铜、不锈钢、石墨等。电导电 极的形状可采用但不限于针型、圆盘型、带型。电导电极的尺寸在基板允许的范围内依被测 量溶液电导率范围而定。电导电极的数目根据测量需要确定，固定方向的流速测量设置一 对，非固定方向的流速测量设置多对；
[0021] 5)电极制作及固定；将基板裁剪成确定的形状及尺寸，电极材料裁剪成确定的形 状及尺寸，采用胶黏剂或等效方法将电导电极和电解电极固定在基板上，电导电极和电解 电极间距固定且符合步骤1)中的约束。
[0022] 本发明产生的有益效果是：本发明传感器结构简单，体积小，成本低廉，示踪过程 不引入新物质，无环境污染，方法所需测量距离小，能同时测定多个方向上的流速分量。
【附图说明】
[0023] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0024] 图1是本发明实施例装置的结构示意图；
[0025] 图2是本发明实施例装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0027]实例1 :测量电导率在50-1500yScm1之间的天然水，流速范围0.OlcmsLO.Icms\固定方向的流速测量传感器及制备方法，
[0028] 如图1所示，该传感器包括基板和固定设置在基板上的一对电解电极以及一对或 多对电导电极；
[0029] 所述电解电极用于产生电解极化；
[0030] 所述电导电极用于测量系统电导率；
[0031] 取最小流速Umin=0?Olcm?s\Dl= 105Cm2 ?s\e=1%，计算电解电极与电导 电极的最小间距d，
[0032] 电解电极的材质采用铜；电极形状采用平行条带，电极宽1. 00_，长5. 00_，厚度 35ym，间隔距离I.OOmm，电极常数约为0? 4 ;
[0033] 电导电极的材质采用铜、电极形状采用平行条带，电极宽1. 〇〇_，长5. 00_，厚度 35ym，间隔距离I. 00mm，电极常数约为0. 4。电导电极数量为一对，设置在下游方向；
[0034] 基板材质采用FR-4单面覆铜板，厚度0. 8mm，铜箱厚度loz，形状为长方形，长 25mm，宽 5.OOmm0
[0035] 该传感器的制备方法包括以下步骤：
[0036] (1)确定电解电极与电导电极间距。取最小流速Umin= 0?Olcm?s\Dl = 10 5Cm2 ?s\e= 1%，计算最小电极间距
[0037] (2)确定电解电极的材质、形状及尺寸。电解电极的材质采用铜；电极形状采用平 行条带，电极宽I. 〇〇mm，长5. 00mm，厚度35ym，间隔距离I.OOmm，电极常数约为0? 4 ;
[0038] (3)确定电导电极的材质、形状、尺寸及数目。天然水电导率在50-1500yScm1 之间，按电导率测量规范，电导常数应在〇.IcmLlcm1之间。电导电极的材质采用铜、电极 形状采用平行条带，电极宽I. 〇〇mm，长5. 00mm，厚度35ym，间隔距离I. 00mm，电极常数约为 0.4。电导电极数量为一对，设置在下游方向；
[0039