中子水分仪

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1、智能中子土壤水分仪使用说明一. 简介智能中子土壤水分仪是集多种高技术于一体的野外土壤含水量测量仪 器。测量时只要将探头放入预先埋设好的导管内，半分钟左右就能得到一 个土壤层的含水量值。整个测量过程不用取样，精确、快速、测深不限、 不受水分物理状态(如冰冻)的影响。该仪器主要用于田间土壤水分测量， 观察水分分层分布情况及动态变化，作物的需水量研究，节水灌溉指导。 严寒地区冻土水分测量，及某些部门的长期土壤水分资料积累等方面，也 可用于其他物料的水分测量。仪器内部釆用单片计算机系统，直接显示含水量值，所有计算贮存自 动完成，可根据被测量的土壤状况输入10条多项式标定曲线供计算用，并 可随意调用。测

2、量的结果可显示或打印出來，并可和微机联机通讯。 本仪器经国家卫生防疫部门检测，放射防护符合国家标准，可确保使用者 的身体健康。二. 主要技术指标1 .测水范围：0100(%) o俗积含水量0)。2. 测量精确度：小于1 (%) 0(和烘干法比较).3. 测量灵敏度：土壤水分每变化1(%) 0 ,相应的计数变化600脉冲/分 钟。4. 测量深度：地表面至埋置的导管深度。5. 放射防护：符合国家放射防护规定GB8703标准.6. 中子 源：30mCi(l.lGbq)241销一披同位素中子源，中子发射率为 6.9X 10411/s,三层不锈钢氮弧焊封装.7. 数据与贮存：可存2000个水分测量值，4

3、0个曲线方程系数，即10条 三项式曲线。在掉电的情况下这些数据可保存8年.8. 耗 电：整机电流小于100毫安，一次满额充电可连续使用40小时。9. 工作环境：温度一20C+45C，湿度90%.10. 体积重量：17 X 17 X 38cm； 6.8Kg三. 基本原理在物理学上，通常以能量的大小替中子分类，习惯上分别将106、103、 10-2左右电子伏特的中子称为快中子，慢中子，和热中子，能量大的中子 其运动速率也大。在中子水分仪最前端，一个中子源不断发出快中子，快 中子有一个特点，当它和氢原子核碰撞时，损失的能量最大，很快就被慢 化成热中子，这就象普通物理学实验中，当一个质量小的球与一个质

4、量大 的球相碰撞时，小球只是改变方向而速率并无多大变化，只有当两球的质 量相等时，运动的球会把静止的球撞得向前滚去，而自己却停了下來。氢 原子是所有原子中质量最小的，和中子质量最接近，因此当快中子和氢原 子相碰时，能量损失比其他原子要大得多。探头中的中子源不断地放射出快中子，使得中子源附近的土壤中一直存 在着快中子减速成为热中子，热中子在土壤中扩散，被土壤吸收的过程。 从整体上看，中子源周围的土壤中总是裹着一团中心密集，边缘稀疏的热中子，这团热中子称作热中子云球在快中子慢化过程中，氢原子有着特别 重要的作用，一方面它们每次碰撞时损失的能量比别的元素大得多，另一 方面氢原子与中子的作用截面也较大

5、，也就是说相碰的机会也较多，所以 当把中于源放入土壤中，若土壤中含氢量大，中子就慢化得快，中子源周 围形成的”热中子云球”的半径就小，热中子密度也就大，反之，热中子 密度就较小。中子源旁有一块体积确定的热中子探测器，它能将进入探测 器的热中子转换成光电信号并通过电子线路将其个数记录下來，这样土壤 中含氢量大，仪器记录到的计数就多。我们知道每一个水分子含有二个氢 原子，而土壤中的氢大部分來自水中，这样热中子计数和土壤含水量之间 就存在着一种确定的关系，我们在标定中通过回归的方法找出这种关系， 就能计算出含水量。为了适应土壤的多样性和复杂性，我们釆用了三项式 方程，这样无论两者的关系如何变化，都能

6、很好地拟合。四. 主要部件简介1. 探头 中子源：中子水分仪使用30mCi(l. lGbq)241錮一皱三层不锈钢封装柱 状同位素中子源，它们平均能量是5MeV左右,中子发射率为6.9X10411 /s,半衰期为433年，所以在十多年的使用期内中子发射率基本不会变化。 锂玻璃探测器：其外形象一块圆形玻璃，用硅脂粘合在光电借增管前端, 每当热中子和探测器中锂发生核反应时，便会产生很弱的闪光，它对热中 子的探测效率很高，不易损坏而且寿命极长。 光电倍增管：光电借增管是光电转换器件，探测器接受到热中子并发出 闪光时，光子会在光阴极上打出一些电子，这些电子在光电倍增管内经过 多级放大，便输出一个个脉冲

7、信号，最后被电子线路接收记录。光电倍增 管外壳是由玻璃制造，所以要注意防止猛烈震动而受到损坏。2. 标准防护容器：容話.HV.W 0 电缆/八 R -戸一导管沃它是由含氢量很高的复合聚乙烯材料制成，第一个作用是快中子经过 它时大部分己被慢化和吸收了，容器外的剂量 率低于国家允许标准，使用者可放心地提着仪 器到野外去测量，保证了使用者的身体健康。 容器的第二个作用是做标准计数，如果外界原 因(温度影响等)使测量计数率减小或增加，那么 标准计数率也会以相同的比率变化，其计数率 比应不受外界因素影响，釆用计数率比可减小 系统误差，提高测量的准确性。3. 主机面板各键功能。 主机面板共有21个键，现将

8、其功能简述如下：尸中子源 轨中子云球 09数字键、小数点键、正负号键:用于数据 输入和应答仪器的提示。，在测量态时，当出平 均值提示符P，按数字键选择曲线方程。 复位键：用于整机恢复初态，这时提示图1中子水分仪示意图HELLOo 监控键:在监控态时提示PP,它是各种状态的出入口。当欲从一种状态变成另一种状态，必须通过监控键来转换。 标定键:在标定态可查看和修改曲线方程系数。 测量键:在初态按测量进入标准态，测量标准计数，在监控态按测量进入 测量态，提示输入测量次数、测量管号、测量深度并进行测量。 重复键：在重复态时将做无限重复计数。 清零键:将所有水分值存贮单元变为零，其他系数不变，连按两次有

9、效。 显示键:提示输入管号，深号，然后显示测量得到的水分值。 打印键:提示输入打印机类型代号和打印范围，然后将测量值打印输出。 结束键:关机前按结束键能使所有的信息可靠地保存。4. 其他部件功能： 主机后盖板有一圆盖，旋开后可看到三个器件：a. 五位开关：每一位开关都标有数码，其中5是积分微分开关（请参看 第七章），在ON位置时是微分测量。1是自检测量开关，ON时是测量。2、3、4是自检信号选择开关，分别拨到ON位置时，输出9764, 4880、2440 标准信号供检查修理时使用。b. 指针式电位器：调节阈值用，和微分开关配合使用可信号进行微分分 析。c. 高压电位器：用于光电倍增管高压调节。

10、 主机侧板插头：其中15孔端口供打印输出用、9孔端口供微机通讯用。 另一个是充电插孔，充电时间应控制在10至15小时之间，当主机和容器 分离时，充电器可作为主机电源使用。 上盖板按钮：上盖板有一按钮，用于电池电压显示，另一个也是充电插 孔。 电缆接头：主机和探头之间用电缆相联，注意不能带电插拔，接头要旋 紧。鬲容器正上方装有探头锁定装置，侧向扳动可打开锁定装置让探头进入导 管。容器下的垫板用脚一踩即可脱落。当需要主机和容器分离时，可打开 上盖板，垂直上拔即可取下主机，这时可拿到办公室去打印或将数据输给 计算机。主机的电池插头在其底部的右下方，安装主机时注意对准插好。五. 测量步骤与实例1. 测

11、量可归纳为以下儿个主要步骤：（*表示可选择使用步骤） 开机*输入曲线方程系数，一次输入后即自动贮存，以后不必再输。*清零：根据情况决定是否清除上次测量的结果o 测标准计数：将探头置于容器内测标准计数，一般半天一次即可。 测量计数：将探头置于欲测深度进行测量，之后自动计算，显示并存贮 在相应的存贮器单元。 关机 显示或打印出测量的结果2. 标定操作实例：操作键显示注释关控控开监监HELLO 开启电源，仪器处在初态。*显示上次测量的标准计数。PP进入监控态。标定A00提示将显示第0条曲线的0次项系数。标定* *显示原输入值。-29.34-29.34输入新的系数值，如不修改直接再按标定键，标定A01

12、提示将显示第0条曲线的1次项系数。标定* * - 显示原输入值*.*。这样可输入10条曲线的共40个系数，注意输入值要精确到小数点后 二位，否则可能会影响到计算精度。如采用直线方程，只要将2次项以上 的系数置为0即可。由于技术原因，再次显示系数时负号不再出现，使用 者应记好。3. 标准计数操作实例：，按复位键，仪器回到初态，这时将探头放置在防护容器中，下垫聚乙 烯垫板，测量地点最好每次都相同，并且1米内含氢物质（植物，水等）尽 量要少，这样不会因环境因素影响到标准计数。具体操作步骤如下：操作键显示注释复位测量测量测量次数,20测量HELLO*PL 01 可改写。PL 20*监控PP使仪器处在初

13、态。显示上次的标准计数。进入测量状态，显示的数是10秒一次的测20次，然后取其平均值。每10秒显示一个计数，自动测20次。 显示20次的平均值。进入监控状态，这时标准计数已自动存入，供计算计数率比用。如认为这次测量结果不理想，可直接按测量键再 测。4. 测量计数操作实例：用脚轻轻踩住垫板使之和仪器分开，将仪器放在导管上，打开线夹将 探头顺着导管放至欲测深度，这时即可进行测量了。具体操作步骤如下：操作键显示注释测量HE 014HE 04测量LL01LL 05测量EE 013EE 03测量*PP*仪器处在监控态。请输入测量次数，每次10秒,一般为46次。测4次重复。请输入管号，最大值为99。测第5

14、根管。请输入深度号，最大值为20。测第3个深度。10秒一次测4次。显示4次测量的平均值。0*.*按0键则按第0条曲线方程计算 水量并自动贮存，数字键09共有10条曲线可供随时选择。将探头放至另一深度，重复上述步骤，直至完成测量。测量深度烙记在电缆线上，可用线夹在任意深度定位，也可在电缆线上固 定若干个定位夹，使用定位夹便捷准确，常在测深确定的情况下采用。线 夹内侧夹线用，外侧和定位夹配合用。为了使电缆线上的深度标记和实际 深度一致，我们规定导管露出地面的高度为10厘米，这时电缆线上指示的 深度就是实测的深度，如不一致，应注意增减其差值。每一根管测完以后，将探头拉回容器，这时如听到”咔嗒” 一声，说 明探头己自动锁好，可转移至其他测管去测量。5. 显示操作实例:操作键显示注释监控PP进入监控态。显刀1LL01请输入管号。厂LL 05欲查看第5根管。显刀HH01请输入深度号。3HH 03欲查看第3个深度。显刀显示贮存的含水量值。显不HH 04将显示下一深度含水量值。6.打印操作实例:操作键显小注释监控PP进入监控态。打印123提问用40行,80行，100行哪种打印机。2LL01用80行打印机，乂问从哪一管起打？厂LL 05从第5根管起打。打印HH01问从第儿深度起打？10HH 10从第10个深度起打？打印LL 99问打至哪根管止?10LL 10