专利名称：全自动应变控制式直剪测试仪器及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直剪测试仪器，尤其涉及一种全自动应变控制式直剪测试仪器。
背景技术：
岩土测试是岩土勘察工作中最重要的环节之一，其中岩土的抗剪强度是岩土重要的力学性质之一，在评价地基承载力和地基、硐室、基坑稳定及挡土墙压力等计算时，都要用到岩土的抗剪强度指标，因此，快速准确测定岩土的抗剪强度在工程实践中具有重要意义。现有室内测试岩土抗剪强度的方法和仪器有很多，其中直接剪切测试仪以其原理明确、构造简单、操作方便等优点而得以在工程上广泛应用，但在操作中均不能实现仪器自动控制完成检测工作。诸如加荷、卸荷、剪切开始与结束、剪切应变控制、记录数据等繁琐工作，需要人工控制操作。并且人工控制操作要求检测人员素质很高，且效率低下，劳动强度大。另外，现有直剪仪由于采用砝码人工加卸荷及仪器本身设计所限，剪切测试时的垂直荷载最大不超过400Kpa，满足不了深层硬质粘土的测试需要。

发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明公开了一种用于室内快速检测岩土抗剪强度的全自动应变式直剪测试仪器，实现了数据采集、加卸荷重、剪切应变控制、预压、剪切、测试结束后恢复仪器初始状态等过程的自动化控制，测试的各个过程均能自动转接连续运行，无需人工干预控制，全自动化应变式剪切仪规范了岩土剪切检测步骤，减轻了测试人员的劳动强度、提高了测试工作效率。同时仪器采用气压或液压缸进行加荷，最大可以施加3200Kpa的垂直荷载，满足了深岩土地基工程的使用需要。为实现上述发明目的，本发明是通过下述技术方案实现的全自动应变控制式直剪测试仪器，包括计算机、数据采集控制器、测力传感器、直剪仪、加压装置，数据连接线以及压力管路，其中所述数据采集控制器通过压力管路与加压装置连接，所述数据采集控制器通过数据连接线与计算机、测力传感器、直剪仪连接，所述测力传感器安装在直剪仪上。其中，所述计算机装载有功能模块，用于设置采集控制器相关控制参数、以及直剪测试的基本工程信息、测试方法、荷重标准、预压时长等信息；所述数据采集控制器用于监测、记录并传输测力传感器输出值、调控压力源到设定压力、控制剪切应变的速率及方向以及收发计算机功能模块的工作指令等；所述测力传感器用于将岩土样品的抗剪强度转换成电信号，供采集控制器处理；所述直剪仪作为岩土样品的容器和作为采集控制器的执行机构，工作于整个测试仪器；所述加压装置用于为整个仪器提供基础的压力，经采集控制器调节处理后施加于力缸最后作用在测试岩土样品上；所述数据连接线以及压力管路用于将仪器各部件连接，为仪器的数据采集及控制加卸荷提供通道。通过上述改进，本发明的全自动应变控制式直剪测试仪器实现了检测岩土抗剪强度操作的全自动化，降低了使用人员的劳动强度，并避免了由于操作者长期操作可能产生的操作误差或者失误，提高了工作效率和测试结果的可靠性。其中，所述功能模块包括数据采集控制器控制模块，用于控制数据采集控制器的相关参数，包括传感器率定参数、仪器配置参数、伺服电机控制参数、出力缸自重压力、通道出力系数、减速装置速比、加卸荷控制参数等；直剪测试基本参数模块，用于管理测试中的工程名称、工程编号、岩土样品编号、测试方法、预压时长、垂直压力等；数据采集控制器控制命令模块，用于产生启动采集控制器、初始化、传感器归零、测试开始、保存测试数据、发送测试参数、过程结束、数据区检查、强行初始化等命令；测试状态跟踪模块，用于显示测力传感器数据、数据采集控制器当前状态、测试过程信息、动态绘制测试曲线等；数据处理模块，用于对已经保存的测试数据进行处理、分析、取舍、原始抗剪强度曲线拟合、调整、预览、数据格式转换等。 其中，所述数据采集控制器装载有内核模块，用于关闭计算机后能够自动执行整个测试过程；数据转换采集模块；断电保护测试状态模块；伺服电机控制模块等。其中，所述直剪仪相对于已有的直剪仪进行了有效的结构改进和功能创新，在已有直剪仪的基础上，还包括以下装置液气压出力缸，作用在岩土样品上，对岩土样品施加垂直压力；伺服电机，精确控制剪切速率与剪切位移；减速机构，用于增加伺服电机出力与剪切位移的平稳性；气缸平衡装置，用于不同尺寸的气缸在初始状态时自重调零；保护装置，包括位移限位装置和测力传感器保护装置。在本发明中，所述加压装置为气压源或液压源，采用其进行加荷，最大可以施加3200Kpa的垂直荷载，满足了深岩土地基工程的使用需要，克服了传统的直剪仪垂直载荷小、应用范围受到限制的缺陷。在本发明中，所述直剪仪不受到特别限制，可以为单通道直剪仪或多通道新型直剪仪。本发明的全自动应变控制式直剪测试仪器，具体到结构上可以有多种组合形式，所述数据采集控制器可以连接单台直剪仪或连接多台直剪仪。本发明的全自动应变控制式直剪测试仪器系统加卸荷出力比率可以是I : I也可以是I : 2、1 3、1 4等多种形式；加卸荷控制可以配置为自动加、卸荷或人工调加、卸荷，不同的加卸荷方式可以配置相同的剪切应变控制；测力传感器可以是传统的量力环形式，也可以是测力传感器或变送器，输出信号可以是数字信号也可以是模拟信号；在上述基础上，本发明公开了所述全自动应变控制式直剪测试仪器在岩土测试中快速测定岩土样品在不同压力下抗剪强度指标的用途，具体的包括下述步骤I)计算机端设置直剪测试的相关参数、主要包括仪器信息、测试样品信息、测试方法、垂直压力、剪切速率、剪停位移等信息传送至数据采集控制器；2)计算机端发送测试开始指令；3)数据采集器按预先设置的测试参数，自动进行仪器调整、加荷、预压、开始剪切、记录数据、测试结束判别、卸荷、仪器复位、提示测试结束等操作；4)测试数据转存至计算机端，进行数据转换、处理、分析、汇总等操作。通过上述结构、操作改进，本发明的全自动应变控制式直剪测试仪器实现了电子传输，自动控制、机械制造、传感器技术的有机结合利用，通过综合相关技术的优点，能够用于室内快速检测岩土抗剪强度，不仅能够快速准确测定，并且实现了测试过程的自动化，提高了工作效率，改善了测试结果的可靠性，并且有效扩展了应用范围。


图I为本发明全自动应变控制式直剪测试仪器的整体结构连接示意图；图2为本发明 全自动应变控制式直剪测试仪器的计算机功能模块框架图；图3为本发明全自动应变控制式直剪测试仪器的数据采集控制器功能框架图；图4为本发明全自动应变控制式直剪测试仪器的直剪仪结构示意图。
具体实施例方式结合附图可以更好地理解本发明的发明实质，下述实施和附图仅为本发明实现的一种优选实施，并非仅限于本发明通过下述方式实现，本领域技术人员在理解本发明技术实质的基础上所进行的变更、替换等诸多等同变化依旧属于本发明的保护范围。需要注意的是，在本发明的技术方案的具体实施中，对于各部件上所加载的功能模块的实现方法可以采用计算机领域任意可用的方法实现，例如编写软件所用的编程语言包括但不限于VB、VC、C#等任何常用的编程语言，这是本领域技术人员根据已有常识显而易见的，此种变化属于本发明的保护范围。参考图1，为本发明全自动应变控制式直剪测试仪器的整体结构，包括计算机、数据采集控制器、测力传感器、直剪仪、加压装置，数据连接线以及压力管路，其中数据采集控制器通过压力管路与加压装置和直剪仪连接，数据采集控制器通过数据连接线与计算机、测力传感器、直剪仪连接，测力传感器安装在直剪仪上，加压装置为液体或气体压力源。具体的连接方式为信息线连接数据采集控制器、计算机与直剪仪，在计算机端由功能模块控制；液、气压压力源通过压力管道连接到数据采集控制器，进行预设压力调节，然后送入直剪仪的液、气压力缸，对测试岩土样品进行加卸荷控制；测力传感器通过信号线连接到采集控制器上，测量岩土样品抗剪强度指标，其中测力传感器固定在直剪仪上，测力端与岩土样品剪切盒接触；应变控制、剪切速率等功能均由数据采集控制器控制，通过控制线连接到新型直剪仪的相应执行结构上。参考图2，为计算机所装载的功能模块，包括数据采集控制器控制模块，用于控制数据采集控制器的相关参数，包括传感器率定参数、仪器配置参数、伺服电机控制参数、出力缸自重压力、通道出力系数、减速装置速比、加卸荷控制参数等；直剪测试基本参数模块，用于管理测试中的工程名称、工程编号、岩土样品编号、测试方法、预压时长、垂直压力等；数据采集控制器控制命令模块，用于产生启动采集控制器、初始化、传感器归零、测试开始、保存测试数据、发送测试参数、过程结束、数据区检查、强行初始化等命令；测试状态跟踪模块，用于显示测力传感器数据、数据采集控制器当前状态、测试过程信息、动态绘制测试曲线等；数据处理模块，用于对已经保存的测试数据进行处理、分析、取舍、原始抗剪强度曲线拟合、调整、预览、数据格式转换等。参考图3，数据采集控制器装载有内核模块，用于关闭计算机后能够自动执行整个测试过程；数据转换采集模块；断电保护测试状态模块；伺服电机控制模块，作用于数据采集，加卸荷重、剪切应变控制、预压、剪切、测试结束后恢复初始状态等测试过程的各个阶段。参考图4，本发明所用的直剪仪去除了现有直剪仪砝码加荷部分，增加了气压或液压出力缸、伺服电机及减速装置，不仅作为岩土样品的容器使用，而且作为整个数据采集控制器的执行机构，工作于整个测试仪器中，包括以下部分(I)液气压出力缸,作用于岩土样品，对岩土样品施加垂直荷载。(2)伺服电机，精确控制剪切速率与剪切位移。(3)减速机构，用于增加伺服电机出力与剪切位移的平稳性。(4)气缸平衡装置，用于不同尺寸的气缸在初始状态时自重调零。
(5)保护装置，包括位移限位装置和测力传感器保护装置。
权利要求
1.全自动应变控制式直剪测试仪器，包括计算机、数据采集控制器、测力传感器、直剪仪、加压装置，数据连接线以及压力管路，其中所述数据采集控制器通过压力管路与加压装置和直剪仪连接，所述数据采集控制器通过数据连接线与计算机、测力传感器、直剪仪连接，所述测力传感器安装在直剪仪上。
2.根据权利要求I所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于所述计算机装载有功能模块，用于设置采集控制器相关控制参数、以及直剪测试的基本工程信息、测试方法、荷重标准、预压时长等信息；所述数据采集控制器用于监测、记录并传输测力传感器输出值、调控压力源到设定压力、控制剪切应变的速率及方向以及收发计算机功能模块的工作指令等；所述测力传感器用于将岩土样品的抗剪强度转换成电信号，供采集控制器处理；所述直剪仪作为岩土样品的容器和作为数据采集控制器的执行机构，工作于整个测试仪器；所述加压装置用于为整个仪器提供基础的压力，经数据采集控制器调节处理后施加于力缸最后作用在测试岩土样品上；所述数据连接线以及压力管路用于将仪器各部件连接，为仪器的数据采集及控制加卸荷提供通道。
3.根据权利要求2所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于所述功能模块包括数据采集控制器控制模块，用于控制数据采集控制器的相关参数，包括传感器率定参数、仪器配置参数、伺服电机控制参数、出力缸自重压力、通道出力系数、减速装置速比、力口卸荷控制参数等；直剪测试基本参数模块，用于管理测试中的工程名称、工程编号、岩土样品编号、测试方法、预压时长、垂直压力等；数据采集控制器控制命令模块，用于产生启动采集控制器、初始化、传感器归零、测试开始、保存测试数据、发送测试参数、过程结束、数据区检查、强行初始化、收发检测信息等命令；测试状态跟踪模块，用于显示测力传感器数据、数据采集控制器当前状态、测试过程信息、动态绘制测试曲线等；数据处理模块，用于对已经保存的测试数据进行处理、分析、取舍、原始抗剪强度曲线拟合、调整、预览、数据格式转换等。
4.根据权利要求2所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于所述数据采集控制器装载有内核模块，用于关闭计算机后能够自动执行整个测试过程；数据转换采集模块；断电保护测试状态模块；伺服电机控制模块。
5.根据权利要求I所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于所述直剪仪包括以下装置液气压出力缸，作用在岩土样品上，对岩土样品施加垂直压力；伺服电机，精确控制剪切速率与剪切位移；减速机构，用于增加伺服电机出力与剪切位移的平稳性；气缸平衡装置，用于不同尺寸的气缸在初始状态时自重调零；保护装置，包括位移限位装置和测力传感器保护装置。
6.根据权利要求I所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于所述加压装置为气压或液压源。
7.根据权利要求I所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于直剪仪为单通道直剪仪或多通道新型直剪仪。
8.根据权利要求7所述的全自动应变控制式直剪测试仪器，其特征在于所述数据采集控制器连接单台直剪仪或连接多台直剪仪。
9.上述任一权利要求所述的全自动应变控制式直剪测试仪器在岩土测试中快速测定岩土样品在不同压力下抗剪强度指标的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，包括下述步骤 1)计算机端设置直剪测试的相关参数、主要包括仪器信息、测试样品信息、测试方法、垂直压力、剪切速率、剪停位移等信息传送至数据采集控制器； 2)计算机端发送测试开始指令； 3)数据采集器按预先设置的测试参数，自动进行仪器调整、加荷、预压、开始剪切、记录数据、测试结束判别、卸荷、仪器复位、提示测试结束等操作； 4)测试数据转存至计算机端，进行数据转换、处理、分析、汇总等操作。
全文摘要
本发明公开了一种全自动应变控制式直剪测试仪器，包括计算机、数据采集控制器、测力传感器、直剪仪、加压装置，数据连接线以及压力管路，其中所述数据采集控制器通过压力管路与加压装置连接，所述数据采集控制器通过数据连接线与计算机、测力传感器、直剪仪连接，所述测力传感器通过数据连接线与直剪仪连接。本发明的全自动应变控制式直剪测试仪器实现了数据采集、加卸荷重、剪切应变控制、预压、剪切、测试结束后恢复仪器初始状态等过程的自动化控制，全自动应变控制式直剪测试仪规范了岩土剪切检测步骤，减轻了测试人员的劳动强度、提高了测试工作效率；同时最大可以施加3200Kpa的垂直荷载，满足了深岩土地基工程的使用需要。
文档编号G01N3/24GK102621008SQ20121006458
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者刘永胜, 夏玉斌 申请人:中交水运规划设计院有限公司