一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，该方法基于系统识别法设计迭代程序计算路基材料的电磁特性参数ε、ГL、σ、土体干密度γd和体积含水率θw，进而计算出质量含水率w；本发明提供的一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法考虑了路基材料等岩土介质干密度与其含水率的关联性，可以有效消除系统误差，该方法提高了测试数据的可靠性和精确度，为公路、市政、国土、水利、矿山等行业工程结构物湿度自动监测技术发展奠定了良好的基础。
【专利说明】一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法。
【背景技术】
[0002] 路基土体水分测试方法可分为直接法与间接法两大类，如表1所示，公路行业规 范中规定的含水率测试方法主要为取土烘干称重法、酒精燃烧法等传统方法，烘干法等传 统方法虽然具有测试结果可靠等优点，但缺点同样明显：取样时会破坏土体结构，无法进行 原位、实时、连续观测等，因此，从20世纪90年代开始，具有测试速度快、精度高、可实现自 动化监测的新的测试方法在道路工程界得到应用，其中时域反射技术（TDR，TimeDomain Reflectometry)就是具有代表性的湿度测试新技术，图4为美国联邦公路局（FHWA)推荐采 用的TDR测试仪构造图。
[0003]
【权利要求】
1. 一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，其特征在于：该方法包括 以下步骤： Sl:基于系统识别法计算路基材料电磁特性参数介电常数ε、反射系数1\与电导率 〇 ; S2:采用系统识别法计算体积含水率0￥与干密度Yd; S3:通过公式?，计算质量含水率w，其中，Yw为水的密度；Yd为土体干密 i dmsx 度；Yd_为一定压实功率下土体最大干密度；K为压实度，K=Yd、Ydmax。
2. 根据权利要求1所述的一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，其 特征在于：所述Sl包括以下步骤： S11:设定待求参量ε、匕和〇的初设值，引入常量ε(ι、ω，其中，^为真空的介电 常数绝对值，单位F/m，法拉/米，ε。= (1/36π)Xl(T9F/m;ω为角频率； 512 :采用TDR法在不同时刻测量得到电压值￥111(&)，其中，&为信号在TDR探针中的传 播时间，i= 1，2,…，η; 513 :通过以下校正传输线方程计算得到电压值Vc^ti);
其中，&为信号在TDR探针中的传播时间，单位sec，秒；^为真空的介电常数绝对值， 单位F/m，法拉/米；ε。= (1/36π)Xl〇_9F/m;ω为角频率； S14:设计迭代程序，计算公式的β= [FTFr1FTr的值，β3为变化向量β的元 素，当β中各元素小于等于1%，终止迭代程序的计算，求出￡、1\和〇的值；当β大于 1%，重新设置ε、Γ\ 和σ的值，σ1+1 = (1+0. 6βDσ\ε1+1 = (1+0. 6β2)ε\Γ\1+1 = (1+0·6β3)rV，跳转至步骤S13， 其中，F为灵敏度矩阵 V ^ rc n ^ ^v
r c / WL c η / J r为残差向量，：
3. 根据权利要求1所述的一种基于时域反射原理的湿度传感器测试数据解析方法，其 特征在于：所述S2包括以下步骤： S21:设定待求参量土体干密度Yd和体积含水率0￥的初设值，引入常量Yw、ε3，ε3 =I,Yw为水的密度，ερε2、ε3分别为土粒、水和空气的介电常数； S22 :将土体视为三相体：土粒、水、空气，得出以下关系式，
其中，Yd为土体干密度；GS为土粒比重；Yw为水的密度；Θw为体积含水率即水的体积 占比；εi、ε2、ε3分别为土粒、水和空气的介电常数；ε。。为基于体积混合理论计算得到的 复相土体介电常数；#、分别为土粒与空气的体积占比； S23:设计迭代程序，计算公式的β= [FTFrFTr的值，当β中各元素小于等 于1%，终止迭代程序的计算，求出^和Qw的值；当β大于1%，重新设置Yd、 ew 的值，Ydi+1 = (1+0.6^)γ/，0wi+1 = (1+〇·6β2) ，跳转至步骤S22,其中，
【文档编号】G01N27/22GK104458833SQ201410722981
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】李聪, 周智海, 陈芳, 杨伟 申请人:招商局重庆交通科研设计院有限公司