专利名称：实验数据自动测量采集的自动化三轴仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种仪器测量技术领域的装置，具体是一种实验数据自动测量采
集的自动化三轴仪。
背景技术：
常规三轴仪主要用来测量土的强度指标、应力应变关系和应力路径，是直观简单
且可靠有效的实验设备。自1930年A. Casagrande研制成功以来，历经70多年的发展，已
在土工领域有着广泛的应用。常规三轴仪能进行排水和不排水剪切实验，可以完整的反映
试样变形到破坏的整个过程，数据量测可靠，是基本的室内土工试验仪器。 我国科研生产单位有许多80年代购买的常规三轴仪，这些仪器的机械零部件质
量优良，但控制系统复杂，操作繁复，数据的量测和记录需要大量人工。而购买新的全自动
三轴仪的价格将近十万，所以，出于经济和提高试验效率的综合考虑，有必要在既有的机械
零部件的基础上实现自动化控制与记录。 经对现有文献检索发现，中国专利申请号为02286391. 5，专利名称为应变控制式三轴仪剪切装置，该技术三轴主机的立柱上，放置多个压力室支撑装置，以实现三至四个土样同时固结、分别剪切的目的，但是该技术未涉及自动化改造方面的技术。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种利用既有机械零部件的进行改进设计的实验数据自动测量采集的自动化三轴仪。本发明通过在常规三轴仪上改进和加装压力控制装置、数据采集装置、数据测量装置，实现了三轴仪上实验数据自动测量采集的功能，具有操作简便、实验进行时无需人工读数计数的优点。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括压力控制装置、数据采集装置、数据测量装置和常规三轴仪，其中压力控制装置的输出端与常规三轴仪相连以传输压力荷载，数据测量装置的输出端与数据采集装置相连传输位移、压力的模拟信号数据和体变、变形的图像数据，数据测量装置设置在常规三轴仪上且与常规三轴仪相连传输测量数据和图像信息。 所述的常规三轴仪上设置有孔压计，该孔压计与数据采集装置相连传输应力模拟信号数据信息。 所述的压力控制装置包括空气压縮机、气压传输三通阀、两个气压传输双向阀、两个气压手动控制器、两个压力表、围压高压密闭蓄水瓶和背压高压密闭蓄水瓶，其中气压传输三通阀分别与空气压縮机、第一气压传输双向阀的一端和第二气压传输双向阀的一端相连，第一气压传输双向阀的另一端与第一气压手动控制器相连，第二气压传输双向阀的另一端与第二气压手动控制器相连，第一气压手动控制器与第一压力表相连，第二气压手动控制器与第二压力表相连，第一压力表与围压高压密闭蓄水瓶相连，第二压力表与背压高压密闭蓄水瓶相连，围压高压密闭蓄水瓶与压力室相连传输围压，背压高压密闭蓄水瓶与压力室相连传输背压。 所述的气压手动控制器包括旋动手柄、弹簧和橡胶膜，其中弹簧的一端与旋动手柄固定相连，弹簧的另一端与橡胶膜固定相连，旋动手柄与气压传输双向阀相连接以输出手动控制信号。 所述的数据测量装置包括两个位移计、摄像头和体变管，其中两个位移计分别设置在常规三轴仪上且与常规三轴仪相连传输土体轴向应变和测力环形变信息，体变管与常规三轴仪的排水口相连传输土体形变信息，摄像头设置在合适的位置以拍摄常规三轴仪的压力室内土体变形和体变管中液面读数，两个位移计分别与数据采集装置相连传输土体轴向应变和测力环形变信息，摄像头与数据采集装置相连传输常规三轴仪的压力室内土体变形和体变管中液面读数信息。 所述的数据采集装置包括数据采集仪和计算机，其中数据采集仪和计算机分别与数据测量装置相连传输测量数据和图像信息，数据采集仪和计算机相连传输采集的数据信息。 与现有技术相比，本发明的有益效果是在常规三轴仪的基础上实现了三轴仪的自动化，加压阶段操作简便，数据测量与采集过程中无需人工操作，且所测数据连续准确。


图1为实施例结构示意图； 其中l-压力控制装置；2-数据测量装置；3_数据采集装置；4_空气压縮机；5-气压传输三通阀；6-第一气压传输双向阀；7-第二气压传输双向阀；8-第一气压手动控制器；9_第二气压手动控制器；10-第一压力表；11-第二压力表；12-围压高压密闭蓄水瓶；13-背压高压密闭蓄水瓶；14-第一位移计；15-第二位移计；16_摄像头；17-体变管；18-数据采集仪；19-计算机；20-常规三轴仪；21-压力室；22-孔压计。
图2是采用实施例装置得到的主压力差-轴向应变示意图。
图3是采用实施例装置得到的孔压_轴向应变示意图。
图4是采用现有技术得到的主压力差-轴向应变示意图。
图5是采用现有技术得到的孔压_轴向应变示意图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 本实施例选用的常规三轴仪是南京电力自动化设备厂生产的SJ-1A常规三轴仪，该常规三轴仪包括压力室21、排水口、变速箱和孔压计22。 所述的孔压计22是应变式压力传感器，其与数据采集装置3相连传输应力模拟信号数据信息，本实施例中孔压计22的工作范围为0MPa 1. 0MPa。 如图1所示，本实施例包括压力控制装置1、数据测量装置2、数据采集装置3和常规三轴仪20，其中压力控制装置1的输出端与常规三轴仪20相连以传输压力荷载，数据测量装置2的输出端与数据采集装置3相连传输位移、压力的模拟信号数据和体变、变形的图像数据，数据测量装置2设置在常规三轴仪20上且与常规三轴仪20相连传输测量数据和图像信息。 所述的压力控制装置1包括空气压縮机4、气压传输三通阀5、第一气压传输双向阀6、第二气压传输双向阀7、第一气压手动控制器8、第二气压手动控制器9、第一压力表10、第二压力表11、围压高压密闭蓄水瓶12和背压高压密闭蓄水瓶13，其中气压传输三通阀5分别与空气压縮机4、第一气压传输双向阀的一端6和第二气压传输双向阀7的一端相连，第一气压传输双向阀6的另一端与第一气压手动控制器8相连，第二气压传输双向阀7的另一端与第二气压手动控制器9相连，第一气压手动控制器8与第一压力表10相连，第二气压手动控制器9与第二压力表11相连，第一压力表10与围压高压密闭蓄水瓶12相连，第二压力表11与背压高压密闭蓄水瓶13相连，围压高压密闭蓄水瓶12与压力室21相连传输围压，背压高压密闭蓄水瓶13与压力室21相连传输背压。 所述的气压传输双向阀为金属制T型双通双向阀门，耐压范围为-lOMPa +10MPa。 所述的气压传输双向阀为金属制T型三通三向阀门，耐压范围为-lOMPa +10MPa。 所述的气压手动控制器包括旋动手柄、弹簧和橡胶膜，其中弹簧的一端与旋动手柄固定相连，弹簧的另一端与橡胶膜固定相连，旋动手柄与气压传输双向阀相连接以输出手动控制信号。当人工旋入手柄时，橡胶膜受压縮，控制压力上升；反之则压力下降。本实施例中气压手动控制器的压力输入范围0. 8MPa 1. 2MPa，压力输出范围0MPa 1. 0MPa。 所述的数据测量装置2包括第一位移计14、第二位移计15、摄像头16和体变管17，其中两个位移计分别设置在常规三轴仪20上且与常规三轴仪20相连传输土体轴向应变和测力环形变信息，体变管17与常规三轴仪20的排水口相连传输土体形变信息，摄像头16设置在合适的位置以拍摄常规三轴仪20的压力室21内土体变形和体变管中液面读数，两个位移计分别与数据采集装置3相连传输土体轴向应变和测力环形变信息，摄像头16与数据采集装置3相连传输常规三轴仪20的压力室21内土体变形和体变管中液面读数信息。 所述的位移计是应变式位移传感器，其工作范围为0mm 30mm。
所述的数据采集装置3包括数据采集仪18和计算机19。其中数据采集仪18的
输入端分别与两个位移计和孔压计22的输出端相连接以接收位移和应力模拟信号数据，
数据采集仪18的输出端与计算机19相连传输数据信息，摄像头16与计算机19相连传输
图像信息。 本实施例的工作过程 1、安装试件至压力室21，并调整两个位移计和摄像头16至合适位置； 2、打开两个气压传输双向阀及气压传输三通阀5至连通状态，通过第一气压手动
控制器8施加一个较小压力，往压力室21内注水； 3、调整两个气压手动控制器对压力室21内试件施加预定的围压和背压，围压和背压的大小分别通过两个压力表读出； 4、在计算机19中设置数据采集仪18读数频率和摄像头16拍照间隔时间，并开始采集数据； 5、通过常规三轴仪的变速箱设置轴向位移加载速度，打开变速箱中电机并合上离合器，本实施例装置开始工作。 图2是采用本实施例装置得到的主压力差-轴向应变示意图，图3是采用本实施例装置得到的孔压-轴向应变示意图，图4是采用现有技术(手动记录)得到的主压力差-轴向应变示意图，图5是采用现有技术(手动记录)得到的孔压-轴向应变示意图，通过比较这四幅图可知，现有技术得到的加压曲线是不连续的，而且数据记录间隔较长；而本实施例装置可以实现自动化控制，得到连续的加压曲线，当选用精度更高的位移计时，得到的主应力数据也会更精确。
权利要求
一种实验数据自动测量采集的自动化三轴仪，其特征在于，包括压力控制装置、数据采集装置、数据测量装置和常规三轴仪，其中压力控制装置的输出端与常规三轴仪相连以传输压力荷载，数据测量装置的输出端与数据采集装置相连传输位移、压力的模拟信号数据和体变、变形的图像数据，数据测量装置设置在常规三轴仪上且与常规三轴仪相连传输测量数据和图像信息；所述的常规三轴仪上设置有孔压计，该孔压计与数据采集装置相连传输应力模拟信号数据信息。
2. 根据权利要求1所述的实验数据自动测量采集的自动化三轴仪，其特征是，所述的压力控制装置包括空气压縮机、气压传输三通阀、两个气压传输双向阀、两个气压手动控制器、两个压力表、围压高压密闭蓄水瓶和背压高压密闭蓄水瓶，其中气压传输三通阀分别与空气压縮机、第一气压传输双向阀的一端和第二气压传输双向阀的一端相连，第一气压传输双向阀的另一端与第一气压手动控制器相连，第二气压传输双向阀的另一端与第二气压手动控制器相连，第一气压手动控制器与第一压力表相连，第二气压手动控制器与第二压力表相连，第一压力表与围压高压密闭蓄水瓶相连，第二压力表与背压高压密闭蓄水瓶相连，围压高压密闭蓄水瓶与压力室相连传输围压，背压高压密闭蓄水瓶与压力室相连传输背压。
3. 根据权利要求2所述的实验数据自动测量采集的自动化三轴仪，其特征是，所述的气压手动控制器包括旋动手柄、弹簧和橡胶膜，其中弹簧的一端与旋动手柄固定相连，弹簧的另一端与橡胶膜固定相连，旋动手柄与气压传输双向阀相连接以输出手动控制信号。
4. 根据权利要求1所述的实验数据自动测量采集的自动化三轴仪，其特征是，所述的数据测量装置包括两个位移计、摄像头和体变管，其中两个位移计分别设置在常规三轴仪上且与常规三轴仪相连传输土体轴向应变和测力环形变信息，体变管与常规三轴仪的排水口相连传输土体形变信息，摄像头设置在合适的位置以拍摄常规三轴仪的压力室内土体变形和体变管中液面读数，两个位移计分别与数据采集装置相连传输土体轴向应变和测力环形变信息，摄像头与数据采集装置相连传输常规三轴仪的压力室内土体变形和体变管中液面读数信息。
5. 根据权利要求1所述的实验数据自动测量采集的自动化三轴仪，其特征是，所述的数据采集装置包括数据采集仪和计算机，其中数据采集仪和计算机分别与数据测量装置相连传输测量数据和图像信息，数据采集仪和计算机相连传输采集的数据信息。
全文摘要
一种仪器测量技术领域的实验数据自动测量采集的自动化三轴仪，包括压力控制装置、数据采集装置、数据测量装置和常规三轴仪，其中压力控制装置的输出端与常规三轴仪相连以传输压力荷载，数据测量装置的输出端与数据采集装置相连传输位移、压力的模拟信号数据和体变、变形的图像数据，数据测量装置设置在常规三轴仪上且与常规三轴仪相连传输测量数据和图像信息。本发明在常规三轴仪的基础上实现了三轴仪的自动化，加压阶段操作简便，数据测量与采集过程中无需人工操作，且所测数据连续准确。
文档编号G01N3/24GK101782488SQ201010132928
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者叶冠林, 武朝军, 王建华, 盛佳韧 申请人:上海交通大学