一种堆肥物料含水量测定探针及监测装置和监测系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种堆肥物料含水量测定探针及监测装置和监测系统，其中探针包括连接器、电缆、固结结构、导波结构及温度检测器，连接器设在电缆一端，连接器用于连接时域反射仪，电缆另一端与固结结构连接，导波结构一端与固结结构连接，电缆与导波结构电连接，温度检测器设在导波结构内，连接器通过电缆将导波结构监测的信号传给时域反射仪，温度检测器能将监测的信号传给温度巡检仪。本申请提供的监测系统具有前述探针，其通过利用导波结构对电磁波进行定向传导，并结合温度检测器同时对温度监测，克服现有含水量测定装置无法对堆肥物料的含水量和温度同时原位监测的缺陷，为研究堆肥过程中温度与含水量变化关系提供了有效的解决方案。
【专利说明】
一种堆肥物料含水量测定探针及监测装置和监测系统
技术领域
[0001]本申请涉及环保技术领域，尤其涉及一种能够有效实现有机废物含水率与温度原位监测的堆肥物料含水量测定探针、监测装置及监测系统。
【背景技术】
[0002]堆肥是处理与利用城市污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便、造纸污泥等有机废物的一种方法，其利用上述物料中存在的细菌、酵母菌、真菌和放线菌等微生物，使堆肥物料中的有机物发生生物化学反应而降解，形成一种类似腐蚀质土壤的物质，用作肥料并用来改良土壤。
[0003]堆肥物料的湿度过高或者过低都会影响堆肥过程中微生物的发酵效果，最终产生不稳定的堆肥产品。由于强制通风静态垛系统具有不翻堆、单向强制通风和半开放等特点，导致堆肥过程中堆体不同位置含水量、氧气浓度和温度等变化存在明显的时空差异，进而导致堆体内部不同位置的堆肥效率也存在明显的差异。
[0004]由于堆肥物料的初始含水量是影响堆肥成败的关键因素之一，且含水量过高或者过低都会影响到堆肥的进程，故堆肥物料的含水量信息是操作者非常关注的关键工艺参数。
[0005]现有的含水量测定装置无法对堆肥物料的含水量和温度同时进行原位监测，限制了对堆肥过程中温度与含水量变化关系的研究。
【发明内容】
[0006]本申请提供了一种堆肥物料含水量测定探针及具有该堆肥物料含水量测定探针的监测装置和监测系统，其有效解决了现有的含水量测定装置无法对堆肥物料的含水量和温度同时进行原位监测的问题。
[0007]本申请提供了一种堆肥物料含水量测定探针，包括连接器、电缆、固结结构、导波结构以及温度检测器，所述连接器设置在所述电缆的一端，所述连接器用于连接时域反射仪，所述电缆的另一端与所述固结结构固定连接，所述导波结构的一端与所述固结结构固定连接，所述电缆与所述导波结构电连接，所述温度检测器设置在所述导波结构内，所述连接器能够通过所述电缆将导波结构监测到的信号传送给所述时域反射仪，所述温度检测器能够将监测到的信号传送给温度巡检仪。
[0008]优选的，还包括温度信号传输结构，所述温度检测器通过所述温度信号传输结构将监测到的信号传送给温度巡检仪。
[0009]优选的，所述导波结构为导波棒。
[0010]优选的，还包括屏蔽结构，所述屏蔽结构的一端固定在所述固结结构内并与所述电缆电连接，所述屏蔽结构与所述导波棒均设置在所述固结结构的同侧。
[0011]优选的，所述屏蔽结构为屏蔽棒，所述屏蔽棒至少为一个，一个或两个所述屏蔽棒与所述导波棒共处于同一平面内，两个以上所述屏蔽棒环绕所述导波棒设置。
[0012]优选的，所述电缆为同轴电缆，所述同轴电缆包括信号传输线和屏蔽线，所述信号传输线与所述导波棒相连，所述屏蔽线与所述屏蔽结构相连。
[0013]优选的，所述导波棒的材质为不锈钢或铜。
[0014]优选的，还包括防护涂层，所述防护涂层设置在所述导波结构的表面。
[0015]优选的，所述固结结构的材质为环氧树脂。
[0016]本申请还提供了一种监测装置，包括上述的堆肥物料含水量测定探针、脉冲信号发生器以及高频示波器，所述脉冲信号发生器和所述高频示波器均通过所述连接器与所述堆肥物料含水量测定探针相连，所述脉冲信号发生器发出的高频电磁波经由所述堆肥物料含水量测定探针进行反射和传递，并反馈至所述高频示波器。
[0017]本申请还提供了一种监测系统，包括上述的监测装置、数据巡检仪、温度巡检仪、数据采集仪以及控制器，所述数据巡检仪设置在所述时域反射仪与所述监测装置中的所述堆肥物料含水量测定探针之间，并且所数据述巡检仪分别与所述时域反射仪和所述堆肥物料含水量测定探针信号连接，所述温度巡检仪的一端与所述堆肥物料含水量测定探针的所述温度检测器信号连接，所述温度巡检仪的另一端与所述数据采集仪信号连接，所述数据采集仪与所述时域发射仪均与所述控制器信号连接。
[0018]本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果:
[0019]本申请所提供的监测系统具有堆肥物料含水量测定探针，堆肥物料含水量测定探针通过利用导波结构对电磁波进行定向传导，并且结合敏感响应温度的温度检测器同时对温度的监测，克服了现有的含水量测定装置无法对堆肥物料的含水量和温度同时进行原位监测的缺陷，为研究堆肥过程中温度与含水量变化关系提供了有效的解决方案。
[0020]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
【附图说明】
[0021]图1为本申请实施例所提供的堆肥物料含水量测定探针结构的主视图；
[0022]图2为本申请实施例所提供的堆肥物料含水量测定探针结构的俯视图；
[0023]图3为本申请实施例所提供的堆肥物料含水量测定探针结构的左视图；
[0024]图4为本申请另一实施例所提供的堆肥物料含水量测定探针结构的主视图；
[0025]图5为本申请实施例所提供的监测装置的结构示意图；
[0026]图6为本申请实施例所提供的监测系统的结构示意图。
[0027]1、监测装置；
[0028]10、堆肥物料含水量测定探针；101、连接器；102、电缆；1020、信号传输线；1021、屏蔽线；103、固结结构；104、导波结构；105、温度检测器；106、温度信号传输结构；107、屏蔽结构；108、防护涂层；
[0029]11、时域反射仪;111、脉冲信号发生器;112、高频示波器；
[0030]2、数据巡检仪;3、温度巡检仪;4、数据采集仪;5、控制器;6、堆肥物料;7、静态堆肥池。
[0031]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
【具体实施方式】
[0032]下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的堆肥物料含水量测定探针的放置状态为参照。
[0033]堆肥是处理和利用城市污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便以及造纸污泥等有机废物的方法，其利用上述物料中存在的或外源添加的细菌、酵母菌、真菌和放线菌等微生物使堆肥物料中的有机物发生生化反应而降解，并最终形成腐殖质，以用作肥料或者用来改良土壤。
[0034]研究指出，温度影响监测装置I测试含水量存在两种主要的竞争机制:I)自由水的介电常数随着温度的升高而降低;2)温度的升高，物料中束缚水被释放，从而导致测定的介电常数升高。这两种机制相互作用并决定温度对于监测装置含水量测定的影响趋势。由于堆肥过程中，堆体的温度变化幅度较大，一般在0-80°C之间，针对温度对于含水量测定方面的研究有助于提高监测装置测定堆肥含水量的精度。而最佳的针对堆体的温度和含水量的测定方式是在堆体内原位监测温度和含水量，原位监测避免了对堆体的破坏，但是现有的含水量测定装置无法对堆肥物料的含水量和温度同时进行原位监测，限制了对堆肥过程中温度与含水量变化关系的研究。
[0035]为了解决现有的监测装置I不具有同时监测温度和含水量功能的缺陷，如图1-5所示，本申请提供了一种堆肥物料含水量测定探针10，包括连接器101、电缆102、固结结构103、导波结构104以及温度检测器105，连接器101设置在电缆102的一端，连接器101用于连接时域反射仪11，连接器101与时域反射仪11的端口相匹配，将连接器101插入时域反射仪11的端口实现二者的连接，电缆102的另一端与固结结构103固定连接，导波结构104的一端与固结结构103固定连接，使堆肥物料含水量测定探针10在插在堆肥的堆体中时，导波结构104不会轻易发生位移而影响监测的准确性，电缆102与导波结构104电连接，温度检测器105设置在导波结构104内，连接器101能够通过电缆102将导波结构104监测到的信号传送给时域反射仪U，温度检测器能够将监测到的信号传送给温度巡检仪。时域反射仪11能够通过电缆102将电磁波传送给导波结构104，导波结构104为空心管体，温度检测器105设置在导波结构104内，本申请的导波结构104可以是导波棒，导波棒的材质为不锈钢或铜，温度检测器105可以通过温度信号传输结构106将监测到的温度信号传输给温度巡检仪，该温度信号传输结构106可以是温度信号传输线。
[0036]为了降低环境信号的影响，如图1-4所示，本申请还对导波棒进行了屏蔽保护。具体的，本申请还包括屏蔽结构107，屏蔽结构107的一端固定在固结结构103内并与电缆102电连接，屏蔽结构107与导波棒均设置在固结结构103的同侧，屏蔽结构107能够最大程度的屏蔽环境信号的干扰，提高导波棒传递信号的准确度，本申请中的屏蔽结构107可以是屏蔽棒，屏蔽棒可以是一个或者多个，针对一个或两个屏蔽棒的布设，本申请将其与导波棒设置在同一平面内，而两个以上屏蔽棒可以环绕导波棒设置，对导波棒形成包围，使得屏蔽棒屏蔽干扰信号的效果更好。
[0037]本申请中的电缆102优选同轴电缆102，同轴电缆102包括信号传输线1020和屏蔽线1021，信号传输线1020与导波棒相连，屏蔽线1021与屏蔽结构107相连，同轴电缆102具有抗干扰能力好，传输数据稳定，价格便宜等优点。
[0038]由于针对堆肥物料6形成的堆体的温度和含水量的监测通常是在高温高湿环境下进行，高温高湿环境会对堆肥物料含水量测定探针10产生腐蚀破坏，而且堆体中还存在一定的盐分或电解质，盐分也会导致堆肥物料含水量测定探针10传递的电磁波发生介电损失。因此为了防止堆肥物料含水量测定探针10被腐蚀破坏并且有效降低电磁波的介电损失，本申请还在堆肥物料含水量测定探针10的导波结构104的表面涂覆了防护涂层108，通过设置该防护涂层108，降低了上述因素对于含水量测定的影响。
[0039]本申请的固结结构103可以是环氧树脂固结头，采用环氧树脂材料便于堆肥物料含水量测定探针10的加工制作，这是因为固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定。
[0040]如图5所示，本申请还提供了监测装置I，该监测装置I包括上述的堆肥物料含水量测定探针10、脉冲信号发生器111以及高频示波器112，脉冲信号发生器111和高频示波器112均通过连接器101与堆肥物料含水量测定探针10相连，脉冲信号发生器111发出的高频电磁波经由堆肥物料含水量测定探针10进行反射和传递，并反馈至高频示波器112。
[0041 ] 该监测装置I的脉冲发生器产生的高频电磁波(1-lOOOMHz，一般为100MHz)经过同轴电缆102传播至堆肥物料含水量测定探针10。本申请中同轴电缆102和堆肥物料含水量测定探针10的阻抗不同，部分电磁波在堆肥物料含水量测定探针10的前端被反射回来，剩余的电磁波通过堆肥物料含水量测定探针10在被测介质中传播，被测介质为堆肥的堆体，由于被测介质与堆肥物料含水量测定探针10之间的阻抗存在差异，剩余部分的电磁波在堆肥物料含水量测定探针10的末端被被反射回来。通过高频示波器112显示出高频电磁波沿堆肥物料含水量测定探针10首尾往返传播的时间，进而能够计算出电磁波在被测介质中的传播速度。
[0042]在导波结构104通过高频电磁波测量堆体内含水量的同时，温度检测器105实时监测堆体内的温度变化。由于温度会影响堆肥物料6堆体内水的介电常数，在导波结构104测定波速时，实时监测温度的变化，便于准确的确定水的介电常数，并对变化的介电常数进行校准。
[0043 ]被测介质中的含水量多少直接影响电磁波在介质中的传播速度，根据电磁波的波速变化，可以预先标定曲线，通过测定的时间推导测定样品的含水量，从而实现对被测介质含水量的实时在线监测。
[0044]本申请还提供了一种监测系统，如图6所示，包括上述的监测装置1、数据巡检仪2、温度巡检仪3、数据采集仪4以及控制器5，数据巡检仪2设置在时域反射仪(TDR)Il与监测装置I中的堆肥物料含水量测定探针10之间，并且所数据述巡检仪2分别与时域反射仪11和堆肥物料含水量测定探针10信号连接，温度巡检仪3的一端与堆肥物料含水量测定探针10的温度检测器105信号连接，温度巡检仪3的另一端与数据采集仪4信号连接，数据采集仪4与时域发射仪11均与控制器5信号连接。本申请中的数据采集仪4、温度巡检仪3及数据巡检仪2可以是多通道数据采集仪、多通道温度巡检仪及多通道数据巡检仪。温度检测器105通过温度信号传输结构106与温度巡检仪105相连接。
[0045]具体使用时，将堆肥物料6放置于静态堆肥池7中进行堆肥化发酵处置;选择监测剖面将堆肥物料含水量测定探针10埋设在堆肥物料6内部，对堆肥物料6进行原位水分与温度的实时在线监测。优选的埋设方式是将堆肥物料含水量测定探针10等间隔埋设，并且以有序阵列方式排布。本申请中的数据巡检仪2可以包括若干支路巡检仪和干路巡检仪，若干支路数据巡检仪的一端分别与堆肥物料含水量测定探针10信号连接，若干支路数据巡检仪的另一端均与干路数据巡检仪信号连接，干路数据巡检仪与时域反射仪11信号连接，时域反射仪11与控制器5信号连接，本申请的控制器5可以是电脑，进行检测时，控制器5依次控制时域反射仪U、干路数据巡检仪以及支路数据巡检仪逐级控制使堆肥物料含水量测定探针10对堆肥物料6逐一进行水分监测扫描，完成监测后将监测数据反馈至控制器5进行分析和储存。由于堆肥物料含水量测定探针10内设置了温度检测器，本申请的温度检测器可以是热敏电阻，温度检测器通过温度信号传输结构，具体的可以是温度信号传输线，与温度巡检仪3逐级连接，温度巡检仪3通过数字信号传输线与数据采集仪4连接，控制器5控制数据采集仪4和温度巡检仪3完成单个堆肥物料含水量测定探针10温度数据的逐一扫描监测，获得的监测数据传递给控制器5进行分析和储存。控制器5内设置有标定数据库，监测到的水分与温度的监测数据通过与标定数据库进行标定后，实时在线的对各个监测点堆肥物料6的水分含量和温度数据进行反馈。本申请的监测系统还可以包括水箱(图中未示出)，水箱与控制器5相连，堆体在进行堆肥过程中，有机质发酵升温会将堆体内的水分蒸发掉而不利于堆体的堆肥进程，因此控制器5在接收相关数据后，通过分析判断堆肥物料6是否需要补给水分，若需要补水，则发送控制信号给水箱，水箱执行补水操作，以确保堆肥过程的顺利进行。
[0046]本申请所提供的堆肥物料含水量测定探针10通过利用导波结构104对电磁波进行定向传导，并且结合敏感响应温度的温度检测器105同时对温度的监测，克服了现有的含水量测定装置无法对堆肥物料6的含水量和温度同时进行原位监测的缺陷，为研究堆肥过程中温度与含水量变化关系提供了有效的解决方案。
[0047]以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1.一种堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，包括连接器、电缆、固结结构、导波结构以及温度检测器，所述连接器设置在所述电缆的一端，所述连接器用于连接时域反射仪，所述电缆的另一端与所述固结结构固定连接，所述导波结构的一端与所述固结结构固定连接，所述电缆与所述导波结构电连接，所述温度检测器设置在所述导波结构内，所述连接器能够通过所述电缆将导波结构监测到的信号传送给所述时域反射仪，所述温度检测器能够将监测到的信号传送给温度巡检仪。2.根据权利要求1所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，还包括温度信号传输结构，所述温度检测器通过所述温度信号传输结构将监测到的信号传送给温度巡检仪。3.根据权利要求1所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，所述导波结构为导波棒。4.根据权利要求3所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，还包括屏蔽结构，所述屏蔽结构的一端固定在所述固结结构内并与所述电缆电连接，所述屏蔽结构与所述导波棒均设置在所述固结结构的同侧。5.根据权利要求4所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，所述屏蔽结构为屏蔽棒，所述屏蔽棒至少为一个，一个或两个所述屏蔽棒与所述导波棒共处于同一平面内，两个以上所述屏蔽棒环绕所述导波棒设置。6.根据权利要求5所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，所述电缆为同轴电缆，所述同轴电缆包括信号传输线和屏蔽线，所述信号传输线与所述导波棒相连，所述屏蔽线与所述屏蔽结构相连。7.根据权利要求3-6任意一项所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，所述导波棒的材质为不锈钢或铜。8.根据权利要求1所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，还包括防护涂层，所述防护涂层设置在所述导波结构的表面。9.根据权利要求1所述的堆肥物料含水量测定探针，其特征在于，所述固结结构的材质为环氧树脂。10.—种监测装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的堆肥物料含水量测定探针和时域反射仪，所述时域反射仪包括脉冲信号发生器和高频示波器，所述时域反射仪通过所述连接器与所述堆肥物料含水量测定探针相连，所述脉冲信号发生器发出的高频电磁波经由所述堆肥物料含水量测定探针进行反射和传递，并反馈至所述高频示波器。11.一种监测系统，其特征在于，包括权利要求10所述的监测装置、数据巡检仪、温度巡检仪、数据采集仪以及控制器，所述数据巡检仪设置在所述时域反射仪与所述监测装置中的所述堆肥物料含水量测定探针之间，并且所述数据巡检仪分别与所述时域反射仪和所述堆肥物料含水量测定探针信号连接，所述温度巡检仪的一端与所述堆肥物料含水量测定探针的所述温度检测器信号连接，所述温度巡检仪的另一端与所述数据采集仪信号连接，所述数据采集仪与所述时域发射仪均与所述控制器信号连接。
【文档编号】G01K7/22GK105973951SQ201610518162
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】岳波, 陈同斌, 黄启飞, 郑国砥
【申请人】中国环境科学研究院