TDR PROBE 지반 함수비 측정

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TDR (Time Domain Reflectometry · 시간영역 반사측정법)

 

사면이나 댐에서 함수비에 따라 전응력이 변화하고 모세관현상으로 suction이 변화합니다.

함수비 변화를 연속적으로 TDR PROBE로 측정 가능합니다.

 

 

TDR 기법은 전기신호를 발생하는 장치, 전기신호를 전달하는 장치, 반사신호를 측정하여 분석하는 장치로 구성되어 전기신호가 전달매체를 따라 전달되면서 전달매체 자체의 물리적, 전기적 변화나 전달매체 주변의 변화를 탐지하는 방법이다.

 

 

TDR 기법은 전자기이론을 응용하여 지반의 유전상수를 측정한 후 함수비를 예측할 수 있는 기법으로 널리 사용되고 있으며 (Topp et al., 1980; Ledieu et al., 1986), 댐 및 하천제방 안전 성 평가(Scheuermann and Bieberstein, 2006) 등에 적용되고 있다.

 

 

TDR 기법은 전기자파의 상호 간섭효과를 이용하여 공기, 물, 흙 입자 등으로 구성된 지반의 함수비을 감지하는 시스템이다. TDR 센서를 따라서 파형화된 전자기신호의 시간은 파속도 및 탐침 길이에 관계된다. 파 신호는 탐침 및 지반의 유전상수(dielectric constant)에 영향을 받으며, 다음 과 같은 식으로 표현된다.

v : 속도

the travel time of the reflected pulse can be measured and its propagation velocity is known, The obtained eflections indicate discontinuities, impedance changes or damages of cables under test.

 

ε : 유전률 dielectric permittivity 

c : the velocity of light in vacuum (300,000 km/s), 

L : the length of the transmission line of the sensor 센서 길이

Δt : the time between the reflections from the beginning and the end of the open transmission line

 

재료의 impedance (= ρ ) 변화에 따른 반사 신호 (건조시료와 습윤시료)

재료의 유전률 ε, 전기전도도 σ, 속도 v

유전률

체적함수비 θ, 유전률 ε, 속도 v 관계

volumetric water content θ of porous materials ion line.

ε = f (v)

θ = f (ε)

 

TDR 물 ( 5cm 센서 물에 넣고 시험 ε 약 81)

 

water

 

 

Ertacel TM calibrator

 

Ertacel TM calibrator ε 약 3.8

 

공기 ε 1

 

Calibration media for standard field (FP/mts or FP/ms) and laboratory (LP/ms) probes

유전률

value of bulk dielectric constant ?? from the measurement the user can apply any conversion formula to receive moisture content??. The most popular formula of Topp (Topp, Davis, and Annan 1980):

 

유전률과 체적함수비 식

You input a0, a1 and a2 only when you have the calibration specific to you material. Generaly you do not have to do this.

 

 

3개 시간 영역 (케이블길이, 케이블 센서 연결부, 센서길이) 분석

 

probe length defining the coaxial cable length between the device 케이블 길이

and the TDR sensor and fixing in time the beginning of the TDR sensor on the cable

 

(i.e. the first negative reflection presented in Fig. 8), 센서 접합부 ( - 반사 신호 부위)

첫 번째 시간 150 ps 센서 전 신호 LP/ms probes positive 양, FP/mts probe, negative

 

length of the sensor rods, 센서 길이

“dead time”, i.e. the time the TDR pulse travels the double length from the first negative marker and the beginning of the probe rods.

첫 번째 (–) 신호 (삼각형) 에서 센서 2배 길이의 시간 (2L / Δt)이 함수비 분석 시간

 

 

air 3.31

water 75.47

pulse: sin2-like needle pulse having 200 ps rise-time,

 

range of readings

# volumetric moisture: 0 ÷ 100 %,

# temperature: -20 ÷ +50 C,

# electrical conductivity: 0.000 ÷ 1 S/m,

 

 

 

accuracy:

# moisture absolute error: displayed water content ±2 % or less if the measured soil is individually calibrated,

# temperature absolute error: ±0.5c or less if read from individually calibrated probe,

# el. conductivity relative error: ±10 % for 0 ÷ 1 S/m or less if read from individually calibrated probe,

 

resolution of readings:

# volumetric moisture: 0.1 %,

# temperature: 0.1C,

# el. conductivity: 1 mSm-1,

 

time of test of a single FP/mts probe: moisture – 2 s, temperature – 5 s, electrical conductivity – 2 s,

 

(1000 mbar = 1bar = 1kg/cm2 = 10.2m H2O)  (0.01mbar = 1Pa)  (1mbar = 100Pa) (1kPa= 0.0102kg/cm2)

 

66mbar = 0.066bar = 0.066kg/cm2 = 0.66m H2O

 

 

 

 

  체적함수비

Vw is the volume of water contained in the sample and

VT is the total volume of the soil sample.

The preferred units for this ratio are m3/m-3, though % vol is frequently used

 

 

 

함수비와 체적함수비

 

현장용 field probe for moisture, temperature and salinity of soil

 

 

시험실 용 LP/MS LABORATORY TDR PROBE

 

Technical characteristics:

# Two 53 mm long parallel acid-resistant rods of 0.8 mm diameter, separated by 5 mm.

# Cable clamps for securing the probe in a sample cylinder.