一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法技术

本发明专利技术提供一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法，包括如下步骤：发射测量信号，记录接收到探针起始端反射信号的时间点

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法
本专利技术涉及电导率测试方法
，尤其涉及一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法。
技术介绍
电导率用来表征在外加电场中电荷的活动能。土壤由土颗粒，水以及空气组成，所以土颗粒电导率、孔隙水电导率、土壤孔隙率和饱和度决定了土的电导率。其中含水量、孔隙率、孔隙水电导率和温度起主要作用。由于诸多因素，目前没有一个土壤电导率模型可以同时考虑这些因素。Archie(1942)在Archie定律中用孔隙水电导率、孔隙率、饱和度来阐述土壤电导率的计算方法。RhoadesandSchilfgaarde(1976)提出了可以考虑土壤表面电导率和孔隙水电导率的公式。Dalton(1984)指出沿着探针传播的电压幅度存在指数损耗的规律。当电导率较高时，信号衰减较快，反射信号拐点不明显，给波形分析带来很大困难。因此实有必要提供一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法，可以利用反射信号的幅值信息推导电导率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法，包括如下步骤：S1：提供TDR测试系统，所述TDR测试系统包括依次连接的同轴电缆、阻抗转换器及探针，将所述探针完全没入介质中；S2：发射测量信号，记录接收到所述探针起始端反射信号的时间点及接收到所述探针末端反射信号的时间点，计算介质的介电常数，其中L为所述探针的长度，c为光速，；S3：若介质为液体，执行步骤S4，若介质为土壤，执行步骤S5；S4：标定所述探针，获取所述探针的标定系数P和k1，获取所述阻抗转换器段两端的反射信号峰值m1和m2，获取所述探针末端的反射信号峰值m3，则介质的电导率表示为：；S5：标定所述探针，获取所述探针的标定系数λ和k2及步骤S4中的标定系数P，获取所述阻抗转换器两端的反射信号峰值，获取所述探针末端的反射信号峰值，则介质的电导率表示为：。优选的，所述TDR测试系统还包括TDR仪，所述同轴电缆与所述TDR仪通过BNC接口连接，所述TDR仪用于发射测量信号、接收反射回来的信号，并对信号进行处理。优选的，所述TDR仪发射的测量信号为余弦波信号。优选的，所述步骤S4中，所述探针的标定系数P采用Soiltop-200土壤墒情测定仪进行标定。与相关技术相比，本专利技术提供的一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法中，利用反射信号的幅值信息推导电导率计算公式，为测试介质的电导率提供了一种新方法，有助于介质介电特性的研究，也为实现TDR技术实时监测土壤污染程度提供了可能性；附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；其中：图1为本专利技术提供的同轴电缆、阻抗转换器及探针的结构示意图；图2为I-I截面、II-II截面、III-III截面、IV-IV截面的位置示意图；图3为本专利技术方法测试液体电导率的信号示意图；图4为本专利技术方法测试土壤电导率的信号示意图；图5是本专利技术液体的电导率推导流程图；图6是本专利技术中TRD测试系统测试去离子水的结果；图7是本专利技术土壤的电导率推导流程图；图8是本专利技术中TRD测试系统测试砂土的结果。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。本专利技术提供请结合参阅图1-8，本专利技术提供一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法，包括如下步骤：S1：提供TDR测试系统，所述TDR探测系统包括依次连接的同轴电缆10、阻抗转换器20及探针30，将所述探针30完全没入介质中。所述TDR测试系统还包括TDR仪，所述同轴电缆10与所述TDR仪通过BNC接口连接，所述TDR仪用于发射测量信号、接收反射回来的信号，并对信号进行处理。所述TDR发射出的测量信号沿所述同轴电缆线10、阻抗转换器20及探针30依次传递，反射信号的传递方向与发射的测量信号的传递方向相反。所述TDR仪内部包含智能控制分析软件和专家库系统，具有测试数据处理、频时域图形处理、二维图像合成以及数据存储等功能，并可通过智能无线发射接口，将原始测试数据传送到控制终端，控制终端对数据再处理后通过显示界面进行显示，进行实现人机交互。进一步的，所述TDR仪与所述同轴电缆10的连接截面为I-I；所述同轴电缆10与所述阻抗转换器20的连接截面为II-II；所述阻抗转换器20与所述探针30的连接截面为III-III，所述探针30的末端截面为IV-IV。需要说明的是，在本专利技术的说明书中，各部件的“起始端”指的是靠近所述TDR仪的一端，“末端”指的是远离所述TDR仪的一端。测试时，所述探针需要完全没入介质内，所述阻抗转换器20的末端与介质的顶部平面齐平。S2：发射测量信号，记录接收到所述探针起始端反射信号的时间点t1及接收到所述探针末端反射信号的时间点t2，计算介质的介电常数，其中L为所述探针的长度，c为光速，。所述TDR仪发射的测量信号为余弦波信号，所述TDR仪发射后测量信号后，信号传输到所述探针的起始端，所述探针30的起始端会发射一部分信号，此时所述TDR仪会接收到一个发射信号；信号沿所述探针30继续传输到所述探针30的终端时，所述探针30的终端也会反射一部分信号，此时所述TDR仪又会接收到一个反射信号，所述TDR仪会将采集到的信号转换为数字信号以便后续处理，并且还会傅里叶变换将频域信号转换到时域，而两个反射信号的时间差，正是信号在探针30上所传输时间的两倍，通过麦克斯韦方程组可推导出电磁波的传输速度与介电常数之间的关系，进而可以求解出介质的介电常数Ka。S3：若介质为液体，执行步骤S4，若介质为土壤，执行步骤S5。S4：标定所述探针，获取所述探针的标定系数P和k1，获取所述阻抗转换器段两端的反射信号峰值m1和m2，获取所述探针末端的反射信号峰值m3，则介质的电导率表示为：。所述探针的标定系数P采用Soiltop-200土壤墒情测定仪进行标定，标定的方式采用本领域的常规技术手段即可。液体的介电常数通常较大，在测量时，测量信号的反射信号在所述阻抗转换器的初始端和末端分别会产生峰值。假设阻抗转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：提供TDR测试系统，所述TDR测试系统包括依次连接的同轴电缆、阻抗转换器及探针，将所述探针完全没入介质中；/nS2：发射测量信号，记录接收到所述探针起始端反射信号的时间点

【技术特征摘要】
1.一种基于频率步进原理的TDR测试电导率方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供TDR测试系统，所述TDR测试系统包括依次连接的同轴电缆、阻抗转换器及探针，将所述探针完全没入介质中；
S2：发射测量信号，记录接收到所述探针起始端反射信号的时间点及接收到所述探针末端反射信号的时间点,计算介质的介电常数,其中L为所述探针的长度，c为光速，；
S3：若介质为液体，执行步骤S4，若介质为土壤，执行步骤S5；
S4：标定所述探针，获取所述探针的标定系数P和k1，获取所述阻抗转换器段两端的反射信号峰值m1和m2，获取所述探针末端的反射信号峰值m3，则介质的电导率表示为：；
S5：标定所述探针，获取所述探针的标定系数λ和k2及步骤S4中的标定系...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仁朋，王鸿波，康馨，陈卓，杨微，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43