Радиоизотопный колонковый влагоплотномер

 

оо951108

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик л. с

% ,// -.- г (61) Дополнительное к авт, саид-ву М К з (22) Заявлено 08. 10. 80 (21) 2989553/18-25

1 с присоединением заявки ¹

G N 9/24

Государственный комитет

СССР ио делам изооретеиий и открытий (23) Приоритет (53) УДК 5 39 . 10 б:

:531.754 (088.8) Опубликовано 150882, Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 15.08.82

Ворошиловградский филиал Научно-исследовательского института

Ф строительного производства Госстроя украинской ССР (71) Заявитель (54) РАДИОИЗОТОПНЫЙ КОЛОНКОВЫЙ ВЛАГОПЛОТНОМЕР

Изобретение относится к исследованию физических свойств грунтов радиоизотопными методами и может быть использовано для определения плотности и влажности водонасыщенных грунтов, в частности донных отложений.

Известны радиоизотопные приборы для определения плотности и влажности донных отложений, основанные на вдавливании в грунт зонда, содержа- . щего источники.и детекторы гаммаиэлучения и нейтронов. По рассеянию потока гамма-излучения и замедлению потока нейтронов определяется соответственно плотность и влажность грунта (1 .

Недостатком приборов такого тип. является наличие погрешностей, обусловленных уплотнением при вдавливании в него зонда.

Наиболее близким к изобретению является радиоизотопный колонковый влагоплотномер, состоящий из колонки, источника и детектора гамма-излучения, источника и детектора нейтронов, измерительного устройства плотномера, измерительного устройства влагомера, привода перемещения системы источников и детекторов по колонке(2). в

Недостатком этого устройства является влияние на результаты измерений фактических вариаций толщины стенки колонки, что снижает точность определения плотности грунта.

Цель изобретения — повышение точности определения плотности грунта за счет фактических вариаций толщины стенки колонки.

Указанная цель достигается тем, что в радиоиэотопный колонковый влагоплотномер, состоящий из колонки, источника и детектора гамма-излучения источника и детектора нейтронов, измерительного устройства плотномера, измерительного устройства влагомера, привода перемещения системы источников и детекторов по колонке, дополнительно введены детектор сопутствующего гамма-излучения, блок памяти и решающее устройство, причем детектор сопутствующего гамма-излучения установлен напротив источника нейтронов с противоположной стороны колонки и соединен через первый вход блока памяти с первым входом решающего устройства, ко второму входу которого через второй вход блока памяти подсоединен привод перемещения источников и детекторов по

951108 колонке, а выход решающего устройст" ва соединен со входом измерительного устройства плотномера.

На чертеже представлена схема предлагаемого радиоизотопного колонкового влагоплотномера. 5

Влагоплотномер состоит из источника 1 гамма-излучения в защитном контейнере 2, детектора 3 гамма-излучения, который через решающее уст-,. ройство 4 соединен с измерительным 10 устройством плотномера 5, источника б и детектора 7 нейтронов, расположенных в защитном контейнере 8. детектор 7 соединен с измерительным устройством влагомера 9. Напротив ис- 15 точника 6 нейтронов установлен детектор сопутствующего гамма-излучения 10, соединенный через блок памяти 11 с решающим устройством 4. Блок памяти 11 соединен с приводом переме- 20 щения системы детекторов и источников по колонке 12, который включает. импульсное реле 13 и электропривбд 14, датчиком 15 импульсов, перемещения влагоплотномера и приводным колесом 16.

Определение плотности и влажности грунта предлагаемым колонковым влагаплотномером осуществляется"следую-!

-,тм образом.

Колонковый влагоплотномер устанавливают на . ."олонку 17 с грунтом и включают электропривод 14 его шагового перемещения.

Начинаются измерения с определения влажности. Нейтроны, испущен- 35 ные источником, проникают в грунт и рассеиваются на ядрах атомов водорода. Рассеянные тепловые нейтроны достигают детекторов 7, регистрируются ими в виде электрических импуль-4(? сове поступают на измерительное устройство влагомера 9.

Одновременно детектор сопутствующего гамма-излучения 10 регистрирует сопутствующее гамма-излучение нейтронного источника 6, прошедшее через грунт в колонке 17. Поток Й1 сопутствующего гамма-излучения ослабляется в грунте в зависимости от плотности грунта и толщины стенки колонки 17.

Поток излучения Й., достигающий детектора 10, связан с потоком й„ соотношением: где р 1и и. — массовые коэффициенты ослабления гамма-излучения в материале геологической.трубки и грунте.

Из соотношения (2) видно, что фактические вариации толщины стенки трубки h влияют на точность определения плотности грунта.

Сигнал детектора 3 поступает в решающее устройство, в котором произ водится совместное решение уравнения (1) и (2) с целью определения из них значения плотности грунта 9 и исключения влияния фактических вариаций толщины геологической трубки.

Сигнал с решающего устройства 4, содержащий информацию только о плотности грунта Я, поступает на измерительное устройство ллотномера 5.

В решающем устройстве 4 совместно решается система двух трансцендентных уравнений:. (1) и (2). Алгоритм работы решающего устройства (5 ? заключается в следующем. Из уравнения 1 ? и 2) находят значение р

М,о

Ь >К г

4У(а+Фз PN 4Т т (? (г

P =.

«» „ер.,р„,ра) й„= е И

4Л(й+ И2 1 гдето и а — массовые коэффициенты ослабления сопутствующего гамма-излучения в материале трубки и грунте соответственно;

h — - толщина трубки;

d""- -диаметр колонки — толщина просвечиваемого слоя грунта;,Р и pr плотность материала трубки и грунта соответст-. венно.

Сигнал с детектора 10 поступает на блок памяти 11, куда одновременно поступает сигнал с импульсного реле

13, управляемого датчиком 15 импульсного перемещения радиоизотопного колонкового влагоплотномера по колонке

17. Поскольку датчик 15 установлен на приводном колесе 16, то в блоке памяти 11 запоминается сигнал детектора сопутствующего гамма-излучения

10, соответствующий определенному положению радиоиэотопного колонкового влагоплотномера, при котором источник нейтронов на один шаг (базовое расстояние между источниками) опережает положение источника гамма-излу-. чения.

Сигнал с блока памяти 11 поступает в решающее устройство 4 в тот момент, когда туда поступает сигнал с детектора 3 гамма-излучения, который формируется следующим образом.

Поток гамма-излучения от источника 1 проникает через колонку 17 и ослабляется в зависимости от плотности грунта и толщины стенки геологической трубки, Поток гамма-излучения N достигающий детектора 3, связан с потоком К о, испускаемым источником 1, соотношением:

К . - f!,âÐ,ее,ра) к= е .е >(Ч

МТ(йi Ь)+

951108 10

4 У (3 Ъ) М1

Формула изобретения

20

35

Поскольку определяется плотность одного и того же слоя грунта, то приравняем правые части соотношения (3) и (4)

10 т" т

4У(8+@) Q

Р

010 1т Ут () м7(а+а) и ,,а

Равенство (5) является трансцендентным уравнением относительно од.ной неизвестной толщины стенки h.

Это уравнение решается численно в ре 25 шающем устройстве. Найденное значение используется в решающем устройстве для нахождения плотности грунта из уравнения (2).

Поскольку измерения потоков и и

Ng производятся последовательно в одних и тех же сечениях колонки, то точность измерения плотности предлагаемым влагоплотномером повышается за счет учета фактических значений вариации толщины колонки. ,Таким образом, применение предлагаемого влагоплотномера позволяет повысить точность измерения плотнос-ти грунтов.

Радиоизотопный колонковый влагоплотномер, состоящий из колонки, источника и детектора гамма-излучения, источника и детектора нейтронов, из. мерительного устройства плотномера, измерительно устройства влагомера, привода перемещения системы источни ков и детекторов по колонке, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены детектор сопутствующего гамма-излучения, блок памяти и решающее устройство, причем детектор сопутствующего гам-, ма-излучения установлен напротив источника нейтронов с противоположной стороны колонки и соединен через первый вход блока памяти с первым входом решающего устройства, ко второму входу которого через второй вход блока памяти подсоединен привод перемещения источников и, детекторов по кблонке, а выход решающего устройства соединен со входом измерительнОго устройства плотномера.

Источники информации, принятые во внимаНие при экспертизе

1. Ферронский В.И. Пенетрационно-каротажные методы инженерно-.геологических исследований. М., "Недра", 1969, с. 23.

2. Звольский С.Т. ГаМма-скоп1чн1 методи в гiдрологii та iнженернiй геолог!.7. Вiсник АН УССР, Ки7в, 1978, 91, с. 68 (прототип).

951108

Составитель В. Крутских

Редактор А ° Гулько . Техреду. Кастелевич Корректор Г °

Заказ 5933/4б Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4