孔隙水滲透壓力傳感器介紹

1. 定義與作用

孔隙水滲透壓力傳感器是一種專門用于測量多孔介質（如土壤、巖石、混凝土等）中孔隙水壓力的裝置，廣泛應用于地質工程、土木工程、環境監測及能源開采等領域。其核心功能是實時監測孔隙水壓力的動態變化，為評估土體穩定性、滲流特性及地下水資源管理提供關鍵數據。

2. 工作原理

• 滲透膜隔離技術
  傳感器前端配置多孔滲透膜（如陶瓷、燒結不銹鋼），允許水分子自由通過，同時阻擋固體顆粒進入傳感器腔體，確保壓力傳遞的純凈性。

• 壓力傳感原理
  常見類型包括：

• 壓阻式：利用硅壓阻元件將壓力轉換為電阻變化，適合高精度靜態測量。

• 振弦式：通過鋼弦振動頻率變化測量壓力，抗干擾能力強，適用于長期監測。

• 光纖式：基于光纖光柵（FBG）或法布里-珀羅甘涉原理，耐腐蝕、抗電磁干擾，適合惡劣環境。

• 溫度補償
  內置溫度傳感器（如PT100）或雙橋路設計，消除環境溫度變化對輸出的影響。

3. 結構與設計

• 關鍵組件

• 滲透膜：陶瓷（耐腐蝕、孔徑可控）或金屬燒結膜（高強度），孔徑通常為0.1~10μm。

• 壓力腔：不銹鋼或鈦合金材質，充填脫氣硅油傳遞壓力。

• 傳感元件：壓阻芯片、振弦或光纖光柵。

• 電纜與密封：雙層屏蔽電纜，防水接頭（IP68以上），適應地下潮濕環境。

• 微型化設計
  直徑可小至6mm（如MEMS傳感器），適用于實驗室模型或狹窄鉆孔。

4. 應用領域

• 土木工程：大壩、邊坡、隧道穩定性監測，地基沉降預警。

• 環境水文：地下水動態監測、污染擴散分析。

• 能源開采：頁巖氣儲層孔隙壓力評估、地熱井滲透性分析。

• 農業與生態：土壤水分運移研究，濕地水文過程監測。

5. 安裝與校準

• 安裝方法

• 鉆孔埋設：在測點鉆孔后，通過飽和透水石包裹傳感器，確保與周圍介質水力連通。

• 模型試驗：預埋于土工模型特定層位，配合反濾層防止顆粒侵入。

• 校準流程

• 實驗室標定：使用壓力標定罐（如Geokon CAL-100），逐級加載并記錄輸出。

• 現場驗證：對比相鄰傳感器或利用靜水柱壓力進行原位校驗。