Устройство для измерения влагозапаса в снеге и почве Советский патент 1992 года по МПК G01N23/12 

ю ю

О Јь

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при измерениях влагозапаса в веществах, например в сельском и лесном хозяйствах, гидрометеорс; огии, агрометеорологии, гидрологии, гляциологии и др. Целью изобретения является одновременное и раздельное измерение влажности почвы и влагозапаса в снеге, повышение чувствительности. Устройство содержит три счетчика нейтронов и два детектора гамма-квантов. Первый пропорциональный счетчик нейтронов установлен над почвой на высоте, превышающей толщину снежного покрова, второй пропорциональный счетчик нейтронов расположен на поверхности почвы и установлен на подложке из водородсодержащего вещества, третий пропорциональный счетчик нейтронов установлен в толще почвы. Кроме того, детекторы гамма-излучения с энергией 4,44 МзВ расположены на поверхности почвы в свинцовых коллиматорах, один из которых ориентирован вертикально вниз и удален по горизонтали на расстояние не более 1 м от счетчика нейтронов, расположенного в по- чае, а другой ориентирован вертикально ваерх и удален на расстояние не более 1 м от счетчика нейтронов, расположенного на поверхности почвы, причем все детекторы нейтронов удалены друг от друга на расстояние не более 100 м. Данная геометрия расположения и конструкция детекторов позволяют производить одновременное и раздельное измерение влагозапасов в снеге и в почве с учетом гумуса почвы и биомассы растений по космическому излучению 2 ил. сл

Изобретение относится к устройствам, использующим ядерные излучения для измерения влажности материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве, гидрометеорологии и т.д

Цель изобретения - одновременное и раздельное измерение влажности почвы и влэгозапаса в снеге и повышение чувствительности.

На фиг. 1 представлена схема расположения детекторов системы для измерения влагозапаса в веществе; на фиг. 2 изображена блок-схема системы для измерения влагозапаса в веще гве.

Детектор 1 нейтронов, расположен над почвой на высоте 10 м, превышающей максимальную толщину снежного покрова, В детекторе 1 пропорциональный счетчик

ntмарки СНМ-18 окружен слоями водородсо- держащего вещества, а именно, внутренним замедлителем толщиной 2-3 г/см , внешним отражателем толщиной 20-25 г/см . Между слоями находится свинцовый экран толщиной 50-60 г/см2. Детектор 2 нейтронов окружен оболочкой из водород- содержащего вещества толщиной 2-3 г/см и установлен на поверхности почвы на во- дородсодержащей подложке толщиной 10- 15 г/см . Подложка необходима для исключения влияния влажности почвы на точность измерения.влагозапаса в снеге.

Детектор 3 нейтронов окружен водо- родсодержащей оболочкой и установлен в почве на глубине до 500 г/см .

Детектор 4 гамма-квантов с энергией 4,44 МэВ установлен в коллиматоре толщиной 25-30 г/см2, ориентированном вертикально вниз, и размещен на поверхности почвы для измерения гумуса в почве. Детектор 5 гамма-квантов с энергией 4,44 МэВ имеет коллиматор толщиной 25-30 г/см ориентированный вертикально вверх, установлен на поверхности почвы, предназначен для измерения биомассы растений.

Вся система детекторов объединена в функциональную блок-схему, представленную на фиг. 2. Детекторы подключены к накопителям импульсов 6, которые в свою очередь подключены к устройству управления 7. Устройство управления 7 и накопите- яи 6 объединены в блок автоматический 8; к устройству управления подключена радиостанция 9. В приемном центре 10 имеется радиостанция 11, которая подсоединена к арифметико-логическому устройству 12. Арифметико-логическое устройство 12 связано с устройством преобразования инфор- мации 13, к которому подсоединены устройство ввода-вывода 14, например, дисплей, и внешний носитель информации 15, например гибкий магнитный диск.

Система работает следующим образом.

В пункте наблюдения с помощью системы измеряют поток нейтронов космического излучения в воздухе, в снеге, в почве и естественный поток гамма-квантов от ядер углерода, калибруют измерительную аппаратуру и определяют влажность почвы, влагозапас в снеге по интенсивности потока нейтронов и установленным калибровочным зависимостям, производят измерения гумуса в почве и биомассы растений по интенсивности гамма-излучения и установленным калибровочным зависимостям.

Влэгозаппс в снеге определяется показаниями , установленного на подложке на поееосмогли почвы под снегом.

При установке на поверхности почвы детектора на подложке, по показаниям этого детектора уже не оказывается влияние влажности почвы за счет экранировки нейтронов альбедо из почвы, подложкой и снежным покровом. Хотя на показания детектора, установленного в почве и оказывает влияние влагозапас в снежном покрове, однако отношение показаний детектора

в почве к показаниям детектора на подложке зависит лишь от влажности почвы, что дает возможность определить влагозапас в почве.

Таким образом, достигается одновременное и раздельное определение влагозапаса в снеге и влажности почвы.

Так как пробег тепловых нейтронов в воздухе составляет 200 м, поэтому для того, чтобы производить измерения потока

нейтронов, на который оказывает влияние влагозапас контролируемых объемов, необходимо размещать детекторы нейтронов друг от друга на расстоянии не более 100 м.

Повышение чувствительности системы

достигается за счет учета гумуса и биомассы. Определение содержания гумуса в почве и биомассы растений производится по показаниям детекторов гамма-квантов. Детектор гамма-квантов с коллиматором, ори- ентированным вертикально вниз, определяет содержание гумуса в почве и на его показания не оказывает влияние биомасса растений. Этот детектор расположен

на поверхности почвы и удален по горизонтали от детектора нейтронов в почве на расстояние не более 1 м, с тем, чтобы измерять гумус в почве, оказывающий влияние на показания детектора нейтронов в почве. Второй

детектор гамма-квантов с коллиматором, ориентированным вертикально вверх, определяет содержание биомассы растений и на его показания не оказывает влияние гумус в почве. Этот детектор расположен на поверхности почвы и удален от детектора нейтронов, установленного на поверхности почвы на расстояние не более 1 м для того, чтобы измерять биомассу растений, оказывающую влияние на показания детектора нейтронов на поверхности почвы.

Удаление детекторов гамма-квантов с энергией 4,44 МэВ от детекторов нейтронов на расстояния, не превышающие 1 м связа- по с тем, что пробег данных гамма-квантов имеет значение 34 г/см , а плотности почвы и биомассы растений имеют значения 1,2 - 1,5 г/см2 и 0,1 - 1 г/см2 соответственно, причем гумус в почве имеет достаточно равномерное распределение по площади.

Конкретный пример работы состоит в следующем. При наличии снежного покрова по отношению показаний детектора 2 к показаниям детектора 1 - Ig/li, где И и 2 - скорость счета детекторов 1 и 2, соответственно, используя калибровочную зависимость, представленную на фиг. 3 (поз. 17) определяют влагозапас снега.

На показания детектора при наличии снежного покрова не сказывается влия- ние влажности почвы. Поэтому по отношению показаний детектора 3 - з к показаниям детектора 2 - з/12 определяют влажность почвы, используя калибровочные кривые, представленные ча фиг, 4 б на различных глубинах в почве X (20 г/см25 50 г/см2 и 80 г/см2).

По относительным показаниям детектора 4 - Ц/Н определяют гумус в почве и

значение коэффициента Кг, позволяющего учитывать содержание гумуса в почве. По отношению 1з Кг/ 2 определяют влажность почвы с учетом ее химсостава.

По относительным показаниям детектора 5 - Is/H определяют биомассу растений и значение коэффициента КБ, позволяющего учитывать биомассу растений. По отношению l2cK5/Hi определяют влагозапзс в снеге с учетом биомассы растений.

Функциональное взаимодействие эле- ментов системы в данном случае заключается в следующем. По истечении времени измерения потока нейтронов и гамма-квантов устройство управления 7 переводится в режим передачи информации по радиокана- лам через радиостанцию 9.

В приемном центре 10 информация обрабатывается следующим образом. После приема радиостанцией 11 в арифметико-логическом устройстве 12 определяются орю шения I2/H, la/la, U/li. Is/H, 2 КБ/И. которые преобразовываются в блоке преобразователя информации 13 к размерности содержания влагозапаса в снеге, влажности

0

5

0

5

0 5

0

почвы, содержания гумуса и биомассы. Информация выводится на устройство ввода - вывода 14 и на внешний носитель информации 15,

Измерения производятся автоматически, дистанционно и непрерывно. Система обладает преимуществами всепогодности и представительности измерений, она полностью исключает участие человека при измерениях и не требует затрат на производство дополнительных измерений.

Формула изобретения Устройство для измерения влагозапаса в снеге и в почве, содержащее первый счетчик нейтронов, окруженный слоями водо- родсодержащего вещества, между которыми помещен свинцовый экран, и соединенные с ним усилитель и дискриминатор, отличающееся тем, что, с целью одновременного и раздельного измерения влажности почвы и влагозапаса в снеге и повышения чувствительности, первый счетчик нейтронов установлен над почвой на высоте, превышающей максимальную высоту снежного покрова, устройство дополнительно содержит второй и третий счетчики нейтронов, окруженные водородсодержа- щим веществом и подключенные к электронным каналам, второй счетчик нейтронов расположен на поверхности почвы и уста- новлен на подложке из водородсодержзще- го материала, а другой счетчик нейтронов расположен в толще почвы, кроме того, устройство дополнительно содержит два детектора гамма-излучения, расположенные на поверхности почвы в свинцовых коллиматорах, один из которых ориентирован вертикально вниз и удален по горизонтали на расстояние не более 1 м от третьего счетчика нейтронов, а другой ориентирован вертикально вверх и удален на расстояние не более 1 м от второго счетчика нейтронов, при этом счетчики нейтронов удалены друг от друга на расстояние не более 100 м.

(0fn#octJ/77e/ ij#i,/e efo#t/(/6/)

О.2 Редактор

qfo.3

Составитель Л. Торопова

Техред М.МоргенталКорректор И, Шулла

j

10

Фиг. 2

WO P(r/crr2}

20

2530 ( /,)

qfo.3

пова