土压力传感器颗粒敏感性测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及传感器测试技术领域，特别是一种土压力传感器颗粒敏感性测试系统及测试方法。包括土压力传感器颗粒敏感性测试模块，该模块包括冲击承载组件，位于冲击测量组件的上方，对土样施加荷载；冲击测量组件，包括压力传感器；法兰环形围压桶，桶内盛装有土样和土压力传感器，内壁固定有柔性吸波挡板和信号滑轨，底部连接有多向激振器通过该系统及方法可以明确的测得土压力传感器适用的土颗粒粒径范围以及在不同粒径范围下土压力传感器的最优布置问题。优布置问题。优布置问题。

【技术实现步骤摘要】
土压力传感器颗粒敏感性测试系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及传感器测试
，特别是一种土压力传感器颗粒敏感性测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]现有土压力传感器测试技术仅有对土压力传感器的压力数值大小进行标定的装置，没有针对土压力传感器在不同粒径土颗粒环境下的敏感程度的测试装置与完善的测试体系。对多个土压力传感器在使用过程中彼此之间的最佳间距问题尚不明确。
[0003]目前国内外大量的机构已经研制了土压力传感器在不同环境下的标定装置与方法，但是目前尚未出现土压力传感器土颗粒敏感性的测试装置，其中土颗粒敏感性是指：土压力传感器对于不同粒径土颗粒产生的土压力的测量准确性；不同埋深下不同上覆荷载类型下(动荷载、静荷载)的土拱效应问题；同一水平面下的相邻土压力传感器相互影响问题；同一纵断面下不同高度相邻的传感器的互相影响问题。综上所述，土颗粒敏感性问题通常可以归结于土颗粒粒径大小对土压力传感器的影响问题。
[0004]现有的商用土压力传感器出厂的性能参数仅给出测量压力范围、分辨率、阻抗、适用温度、等基本信息，但土颗粒粒径大小对土压力传感器的影响问题尚不明确。另外，众所周知的，在土压力传感器的周围通常不会布置其他传感器，因为其他传感器会影响该土压力传感器的测量准确程度，但是在超重力缩尺模型上，会出现由于传感器布置过于密集而导致超重力试验传感器测量失败的问题。现有的土压力传感器的出厂参数中无法给出土压力传感器测量区域的保护范围，例如是否可以在土压力传感器周围布置其他传感器，或者在该土压力传感器的具体安全距离外设置其他传感器才不会影响该土压力传感器的检测精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种土压力传感器颗粒敏感性测试系统及测试方法，通过该系统及方法可以明确的测得土压力传感器适用的土颗粒粒径范围以及在不同粒径范围下土压力传感器的最优布置问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，包括土压力传感器颗粒敏感性测试模块，该模块包括
[0007]冲击承载组件，位于冲击测量组件的上方，对土样施加荷载；
[0008]冲击测量组件，包括压力传感器；
[0009]法兰环形围压桶，桶内盛装有土样和土压力传感器，内壁固定有柔性吸波挡板和信号滑轨，底部连接有多向激振器。
[0010]本专利技术中，还包括电磁控制模块、数据采集模块、激振频率控制器和低压直流电力模块；
[0011]法兰环形围压桶内壁的信号滑轨与数据采集模块连接，多向激振器与激振频率控
制器连接。
[0012]信号滑块滑动设置在信号滑轨的凹槽内，信号滑块正面上设有与土压力传感器上的信号端子连接的信号插头，背面上设置有和信号导轨相连接的信号弹片，信号导轨通过线缆与数据采集模块连接。
[0013]所述土压力传感器颗粒敏感性测试模块还包括支架，支架包括水平支架和竖向支架，竖向支架固定在水平支架上；
[0014]所述水平支架上设有第三导轨，第三导轨上滑动设有第三直线滑块，法兰底座托盘的底部与第三直线滑块固定连接，法兰底座托盘的顶部表面与法兰环形围压桶的底部固定连接；
[0015]所述法兰底座托盘的底部固定有多向激振器。
[0016]所述法兰底座托盘的中心设有出水口，法兰底座托盘的侧面设有与法兰环形围压桶连通的进水口。
[0017]所述冲击承载组件包括
[0018]底托钢板；
[0019]第一压板，与底托钢板的中部的上表面固定连接；
[0020]第一滑块，与底托钢板的侧面固定连接，第一滑块滑动设置在第一直线导轨内，第一直线导轨的下部与法兰环形围压桶的内表面固定连接。
[0021]所述冲击测量组件包括
[0022]第二压板；
[0023]第三压板；
[0024]压力传感器，位于第二压板和第三压板之间，压力传感器的顶端与第二压板固定连接，压力传感器的底端与第三压板固定连接；
[0025]第二滑块，固定在第三压板上，第二滑块滑动设置在第二直线导轨内，第二直线导轨的下部与法兰环形围压桶的内表面固定连接。
[0026]所述柔性吸波挡板的底部表面设有数个沿法兰环形围压桶的轴向延伸的凸起，凸起沿法兰环形围压桶的内壁设置，凸起的截面形状为半圆形、等边三角形或者直角三角形。
[0027]本申请还包括一种利用上述测试系统进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0028]S1、将土压力传感器放置于待测土样中；
[0029]S2、对待测土样施加荷载；
[0030]S3、施加荷载的同时，对土压力传感器进行实时检测，改变待测土样的颗粒粒径、或者相邻土压力传感器之间的距离，获得同一土样深度处土压力传感器的力电响应曲线，得到土压力传感器的对不同土颗粒粒径大小的敏感程度、或者土压力传感器在竖直方向和水平方向的保护范围。
[0031]上述步骤S1中，将一个土压力传感器放置于土样中；
[0032]上述步骤S3中，通过改变单一土颗粒粒径、土压力传感器的埋藏深度、土样的饱和程度、以及荷载的状态，得到不同变量环境下土压力传感器真实的力电响应信号，判断土压力传感器在不同环境下对不同土颗粒粒径大小的敏感程度，明确土压力传感器对不同土颗粒粒径大小的敏感程度。此时实现了单一测试方法。
[0033]上述步骤S1中，将数个土压力传感器间隔放置在同一水平面内或同一竖直剖面内；
[0034]上述步骤S3中，改变土压力传感器周围放置传感器的个数和距离，对各个土压力传感器进行实时检测，获得同一土样深度处土压力传感器的力电响应曲线，通过与单一土压力传感器测试获得的土压力传感器的力电响应曲线进行比对，进而判断不同工况下土压力传感器在水平方向与垂直方向范围内的保护范围，获得土压力传感器的使用间隔，此时实现了平行测试方法；
[0035]通过步骤S3获得土压力传感器在水平方向的保护范围和竖直方向的保护范围后，在不小于保护范围的水平距离和竖直距离上分别布置土压力传感器，通过改变相邻两土压力传感器之间的距离，进一步缩小和精确压力传感器的保护范围，此时实现了混合测试方法。
[0036]针对单一土颗粒粒径的条件下，设其最小粒径为A
min
，最大粒径为A
max
，平均粒径为A
average
，单一土颗粒粒径计算的经验调节系数为k
11
；
[0037]针对混合土颗粒粒径的条件下，使用土的不均匀系数d
10
，d
60
进行求解，混合土颗粒粒径计算的经验调节系数为k
12
，k
15
为吸波的经验调节性系数，
[0038][0039]无孔隙水压力条件下波速v
em
的计算公式为
[0040][0041]其中k
13
为无孔隙水压力条件下的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，包括土压力传感器颗粒敏感性测试模块，该模块包括冲击承载组件，位于冲击测量组件的上方，对土样施加荷载；冲击测量组件，包括压力传感器；法兰环形围压桶，桶内盛装有土样和土压力传感器，内壁设有柔性吸波挡板和信号滑轨，底部连接有多向激振器。2.根据权利要求1所述的土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，还包括电磁控制模块、数据采集模块、激振频率控制器和低压直流电力模块；法兰环形围压桶内壁的信号滑轨与数据采集模块连接，多向激振器与激振频率控制器连接；信号滑块滑动设置在信号滑轨的凹槽内，信号滑块上设有与土压力传感器上的信号端子连接的信号插头，信号滑块的背面设置有信号弹片，信号弹片与信号滑轨滑动接触，信号滑轨通过线缆与数据采集模块连接。3.根据权利要求1所述的土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，所述土压力传感器颗粒敏感性测试模块还包括支架，支架包括水平支架和竖向支架，竖向支架固定在水平支架上；所述水平支架上设有第三导轨，第三导轨上滑动设有第三直线滑块，法兰底座托盘的底部与第三直线滑块固定连接，法兰底座托盘的顶部表面与法兰环形围压桶的底部固定连接；所述法兰底座托盘的底部固定有多向激振器。4.根据权利要求1所述的土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，所述冲击承载组件包括底托钢板；第一压板，与底托钢板的中部的上表面固定连接；第一滑块，与底托钢板的侧面固定连接，第一滑块滑动设置在第一直线导轨内，第一直线导轨的下部与法兰环形围压桶的内表面固定连接。5.根据权利要求1所述的土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，所述冲击测量组件包括第二压板；第三压板；压力传感器，位于第二压板和第三压板之间，压力传感器的顶端与第二压板固定连接，压力传感器的底端与第三压板固定连接；第二滑块，固定在第三压板上，第二滑块滑动设置在第二直线导轨内，第二直线导轨的下部与法兰环形围压桶的内表面固定连接。6.根据权利要求1所述的土压力传感器颗粒敏感性测试系统，其特征在于，所述柔性吸波挡板的底部表面设有数个沿法兰环形围压桶的轴向延伸的凸起，凸起沿法兰环形围压桶的内壁设置，凸起的截面形状为半圆形、等边三角形或者直角三角形。7.一种利用权利要求1
‑
6任一所述土压力传感器颗粒敏感性测试系统进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将土压力传感器放置于待测土样中；S2、对待测土样施加荷载；S3、施加荷载的同时，改变待测土样的颗粒粒径、或者相邻土压力传感器之间的距离，对土压力传感器进行实时检测，获得同一土样深度处土压力传感器的力电响应曲线，得到土压力传感器的对不同土颗粒粒径大小的敏感程度、或者土压力传感器在竖直方向和水平方向的保护范围。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，上述步骤S1中，将一个土压力传感器放置于土样中；上述步骤S3中，通过改变单一土颗粒粒径、土压力传感器的埋藏深度、土样的饱和程度、以及荷载的状态，得到不同变量环境下土压力传感器真实的力电响应信号，判断土压力传感器在不同环境下对不同土颗粒粒径大小的敏感程度，明确土压力传感器对不同土颗粒粒径大小的敏感程度。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，上述步骤S1中，将数个土压力传感器间隔放置在同一水平面内或同一竖直剖面内；上述步骤S3中，改变土压力传感器周围放置传感器的个数和距离，对各个土压力传感器进行实时检测，获得同一土样深度处土压力传感器的力电响应曲线，通过与单一土压力传感器测试获得的土压...

【专利技术属性】
技术研发人员：付浩然，梁冠文，夏晨斌，陈龙，万章博，凌道盛，雷勇，边学成，杨超，张毅，蒋建群，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：