Устройство для измерения влагозапаса в снеге и почве

(4 (7 На фиг, 1 пр жения детектор влагозапаса в ве на блок-схема с гозапаса в вещеДетектор 1 н почвой на высо максимальную т В детекторе 1 и Изобре использую мерения вл быть испол гидрометео Цель из раздельное влагьзапаса тельности.нз схема располомы для измерения а фиг. 2 изображеля измерения владстав в сис естве темь иствам, для измажет зяйстве,тен цим ак ьзо гве. ейтрон е 1, расположен над м, превышающейго покрова,ный счетчик нное очвы снежноональ олщину ропорц твиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) 20.08.866) 15.09.92. Бюл. М 341) Казахский государственный университет им. С.М,Кирова(72) В,В,Абеленцев, Е.В.Коломеец, В,В.Оскомов, В.Н.Севостьянов и Ш.Д.Фридман (56) Коломеец Е.ВФридман Ш,Д, Метод определения влагозапасов в снеге и влажности почв по космическим лучам,- Л Гидрометеоиздат, 1981 гс. 160.Авторское свидетельство СССР М. 574000, кл, 6 01 И 23/06, 1976.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ 1 ЕРЕНИЯ ВЛАГОЗАПАСА В СНЕГЕ И ПОЧВЕ(57) 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, гидрометеоро, 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 ие относится к устроядерные излученляности материалов ивано в сельском хорологии и т.д,обретения - одно времизмерение влажностив снеге и повышение 5 О , 1762204 А 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 детекторь 1 гамма-излучения с энергией 4,44 ЧзВ 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 а почве, а другой ориентирован вертикально вверх 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 излученлю. 2 ил.марки СНУокружен слоями водородсодержащего вещества, а именно, внутренним замедлителем толщиной 2-3 г/см,2 внешним отражателем толщиной 20-25 г/гм, Уежду слоями находится свинцовый2экран толщиной 50-60 г/см 2. Детектор 2 нейтронов окружен оболочкой из водород- содержащего вещества толщиной 2-3 г/см и установлен на поверхности почвы на водородсодержащей подложке толщиной 10- 15 г/см, Подложка необходима для2исключения влияния влажности почвы на точность измерения влагозапаса.в снеге.Детектор 3 нейтронов окружен водородсодержащей оболочкой и установлен в почве на глубине до 500 г/см .Детектор 4 гамма-квантов с энергией 4,44 УэВ установлен в коллиматоре толщи 2ной 25-30 гlсм, ориентированном вертикально вниз, и размещен на поверхности почвы для измерения гумуса в почве. Детектор 5 гамма-квантов с энергией 4,44 УэВ имеет коллиматор толщиной 25-30 г/смориентированный вертикально вверх, установлен на поверхности почвы, предназначен для измерения биомассы растений,Вся система детекторов обьединена в функциональную блок-схему, представленную на фиг. 2. Детекторы подключены к накопителям импульсов б, которые в свою очередь подключены к устройСтву управления 7, Устройство управления 7 и накопитеди б 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 информации 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.Влагозапас в снеге определяется показаниями де ек 1 ора, устэновленного на подложке на Го Реглкност и почвы под снегом.Удаление детекторов гамма-квантов сэнергией 4,44 УэВ от детекторов нейтронов на расстояния, не превышающие 1 м связа но с тем, что пробег данных гамма-квантовимеет значение 34 г/см, а плотности почвы2и биомассы растений имеют значения 1,2 - 1,5 г/см и 0,1 - 1 г/см соответственно, причем гумус в почве имеет достаточно равфномерное распределение по площади. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 При установке на поверхносги 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, ориентированным 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, 1762204Конкретный пример работы состоит вследующем. При наличии снежного покровапо отношению показаний детектора 2 к показаниям детектора 1 - г/11, где 11 и г -скорость счета детекторов 1 и 2, соответственно, используя калибровочную зависимость, представленную на фиг. 3 (поз. 17)определяют влагозапас снега,На показания детектора 2 - 1 г при наличии снежного покрова не сказывается влияние влажности почвы, Поэтому поотношению показаний детектора 3 - 1 з кпоказаниям детектора 2 - 13/г определяютвлажность почвы, используя калибровочные кривые, представленные на фиг, 4 б на 15различных глубинах в почве Х = (20 г/см,г50 г/см и 80 г/см ),По относительным показаниям детектора 4 - 14/1 определяют гумус в почве изначение коэффициента Кг, позволяющего 20учитывать содержание гумуса в почве. Поотношению 1 зКг/г определяют влажностьпочвы с учетом ее химсостава,По относительным показаниям детектора 5 - 15/1 определяют биомассу растений 25и значение коэффициента КБ, позволяющего учитывать биомассу растений, По отношению 1 г Кь/1 определяют влагозапас вснеге с учетом биомассы растений.Функциональное взаимодействие злементов системы в данном случае заключается в следующем. По истечении времениизмерения потока нейтронов и гамма-квантов устройство управления 7 переводится врежим передачи информации по радиоканалам через радиостанцию 9,В приемном центре 10 информация обрабатывается следующим образом, Послеприема радиостанцией 11 в арифметико-логическом устройстве 12 определяются отношения г/1, 1 з/1 г, 14/11, 15/ , гКь/1, 13"%1 г,которые преобразовы ва ются в блоке йреобразователя информации 13 к размерностисодержания влагозапаса в снеге, влажности 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 водородсодержаще о вещества, между которыми помещен свинцовый экран, и соединенные с ним усилитель и дискриминатор, отл и чаю щееся 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 ворородсодержащим веществом и подключенные к электронным каналам, второй счетчик нейтронов расположен на поверхности почвы и установлен на подложке из водородсодержащего материала, а другой счетчик нейтронов расположен в толше 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.17622042,3Составитель Л, Торопова Редактор Техред У.Моргентэл Корректорулл Заказ 3255 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101