专利名称：岩土体应力测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩土体应力测量系统。
背景技术：
岩土体模型试验是岩土工程应用及研究中非常重要的一种手段，具有准确直观、同实际情况符合性好等优点，近些年来被广泛使用。岩土体模型试验的一个重要环节就是于岩土体内部的数据采集。但是对于岩土体内部的很多信息的采集非常困难，尤其是岩土体内部的应力场变化数据的准确采集，一直缺少既简便而又精确的手段。在岩土体模型试验尤其是比例尺较小的模型试验中，岩土体表面及内部的应力场的强度要求尽量与需要模拟的实际情况成一定比例，其方向也要求与需要模拟的实际情况相近。而且试验过程中，岩土体表面及内部的应力场还可能会不断地发生变化，而此类数据的变化也是试验条件或结果的重要组成部分。为了测量岩土体表面及内部的应力场及其变化，一般采用的方法是在岩土体表面附着或内部埋入压力传感器，通过导线与岩土体外的数据采集设备连接，来组成压力量测与采集系统。传统的金属压力盒等盒式传感器，是根据压力使盒内电阻值大小发生变化来采集数据的。由于本身尺寸(尤其是厚度)较大，会对土体内部的应力分布产生较大的影响，使其应力场与模型试验需要模拟的实际情况出现较大的偏差，对试验的精度产生不利的影响。对于固体试件(如岩石、混凝土、金属试件等)的表面接触压力的量测，传统的金属压力盒由于本身尺 寸原因(尤其是厚度)，很难固定在试件的表面，即使固定在表面，也会形成测量过程中存在凸点，引起很大的测量误差，与之相比，薄膜式传感器能够更好的紧贴在试件表面，在一定范围内能很好的适应试件表面形状，保持很好的平顺性，对于表面接触压力的测量更准确、更方便。申请号为200920301849.7的中国专利公开了一种大面积压力分布信号采集系统，采用的传感单元为包括上层板和下层板的膜式压力传感测量器，上层板和下层板上间隔分布有平行的带导电橡胶的敷铜，上层板上的导电橡胶和下层板上的导电橡胶相接触在一起，成为传感点，下层板上的敷铜与下层板多路复用器的通道输入端连接。但大面积的薄膜埋在岩土介质中会严重影响介质自身的性质和状态，只能应用于岩土体表面，而且精度相对较低。申请号为200720036944.X的中国专利公开了一种基于柔性压力阵列传感器的压力分布采集系统。其结构为多个传感器单元置于起保护作用上塑胶层和下塑胶层之间，传感器单元由行引线和列引线连接，构成传感器采集节点，多个传感器采集节点与上塑胶层和下塑胶层、现场总线单元连接构成压力分布采集单元模块。采集接触面的静态与动态压力分布信息并通过现场总线传送到计算机进行分析、存储。与上面一个专利存在同样的问题，大面积的薄膜埋在岩土介质中会严重影响介质自身的性质和状态，只能应用于土体表面，而且精度相对较低。申请号为99126170.4的中国专利公开了一种带有金属外壳的压力测量系统，包括带有后壁和侧壁的外壳、设在外壳内部的测量系统、连接装置、指针件、弯曲的金属弹簧管和支承弹簧管的弹簧支承。采用弹簧式机械原理，对于岩土模型试验来说体积过大，埋设不便。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可用于测量岩土体内外部的应力场的、测量精度较高、简洁方便的岩土体应力测量系统，该系统能减少传感器及导线对介质材料内部性质的扰动、消除应力测量过程中产生的凸点，以进行高精度的应力测量，同时能够进行实时的、自动化的数据采集、传输、处理、记录及输出。为解决上述技术问题，本发明岩土体应力测量系统，包括应力测量单元，应力测量单元通过信号传递单元与信号转换单元连接，信号转换单元与数据处理单元连接，数据处理单元与人机交互界面连接；应力测量单元为薄膜式传感器。由于薄膜式传感器本身体积小，重量轻，对介质材料的扰动非常小，本身强度较高，可以紧贴固体表面或置于裂缝中进行测量，不易产生凸点，可以在-10摄氏度至200摄氏度的温度条件下，保持输出信号的线性、重复性、稳定性维持在较好水平，提高了应力测量精度。优选的，信号转换单元为信号转换电路板，信号转换电路板将电压信号转换到数据处理单元可识别的范围之内。优选的，数据处理单元同时接受来自多个信号转换单元的信号。数据处理单元可扩展到支持多个实时测量通道，经济性好，适用范围广。优选的，数据处理单元为可编程序数据采集系统，人机交互界面为可视化的终端设备；终端设备实时显示经可编程`序数据采集系统处理后的信号，同时编制程序导入可编程序数据采集系统。采用可编程序数据采集系统，通过可视化的终端设备对数据的采集进行自动化控制，大大提高了采集效率和系统的适用范围。优选的，信号传递单元为超细信号导线。其中，超细信号导线的直径优选为2mm。超细信号导线埋于介质材料中，对周围介质性质影响很小，而且本身强度高，不易发生折断、拉断。优选的,薄膜式传感器包括应力传递元件和薄膜感应元件,应力传递元件将接受到的应力量传送至薄膜感应元件，薄膜感应元件将应力量转换成电压信号；薄膜式传感器优选的规格:厚度为Imm 1.5mm,面积为14mm*12mm,中心压力感应区为直径IOmm的圆形区域。若信号传递单元为超细信号导线，薄膜式传感器外部封装有一层防水膜，超细信号导线与薄膜式传感器的接头处封装有热塑封橡胶管，并用防水胶密封。上述措施使外界环境中的液、尘等无法直接接触薄膜式传感器，可以有效地提高薄膜式传感器的耐水性和耐久性，可以测量水、土压力。


图1为本发明岩土体应力测量系统的流程示意图。
图2为图1所示的岩土体应力测量系统的结构示意图。图3为图2所示的岩土体应力测量系统的局部放大示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。如图1和图2所示，本发明岩土体应力测量系统，包括应力测量单元1，应力测量单元I通过信号传递单元2与信号转换单元3连接，信号转换单元3与数据处理单元4连接，数据处理单元4与人机交互界面5连接；应力测量单元I为薄膜式传感器13 ;薄膜式传感器13包括应力传递元件11和薄膜感应元件12,应力传递元件11将接受到的应力量传送至薄膜感应元件12，薄膜感应元件12将应力量转换成电压信号；信号转换单元3为信号转换电路板31，信号转换电路板31将电压信号转换到数据处理单元4可识别的范围之内；数据处理单元4同时接受来自多个信号转换单元3的信号；数据处理单元4为可编程序数据采集系统41，人机交互界面5为可视化的终端设备51，终端设备51实时显示经可编程序数据采集系统41处理后的信号，同时编制程序导入所述可编程序数据采集系统41。

如图1至图3所示，信号传递单元2为超细信号导线21 ;超细信号导线21的直径为2mm ;薄膜式传感器13的厚度为Imm 1.5mm,面积为14mm*12mm,中心压力感应区为直径10_的圆形区域；薄膜式传感器13外部封装有一层防水膜131，超细信号导线21与薄膜式传感器13的接头处封装有热塑封橡胶管211，并用防水胶密封。应力测量单元I置于岩土模型体内，采用高灵敏度的薄膜式传感器13，其输出电压随模型内部应力变化而变化；信号转换单元2采用超细信号导线21，传递输出电压；信号转换单元3为信号转换电路板31，接收来自薄膜式传感器13的电压变化，并转换电压信号到可被可编程序数据采集系统41接受的范围之中；该信号转换电路板31还可通过二级可调节电路，根据需要将薄膜式传感器13输出的电压信号进行等比例放大或缩小处理；用户在使用之前根据自己的使用要求，利用VB程序编制相关的使用程序导入可编程序数据采集系统41中，进行信号的识别、筛选、存储设置等；可编程数据采集系统41采用具有可扩展功能的数字采集系统，一个数字采集面板可连接32块扩展板，可以支持32*32个实时测量通道，该系统可同时通过多个应力测量单元I同时测量岩土体的应力；作为可视化的终端设备51，可以是具有USB接口的工作站、个人电脑或PDA等；经过可编程数据采集系统41识别处理的电压信号一方面可以在该终端设备51上以图形方式实时显示，另一方面通过观察输出结果，能及时在该终端设备51上编制相关程序导入到可编程序数据采集系统41，从而实现量测的数字化、可视化和智能化。该岩土体应力测量系统能够减少传感器及导线对介质材料内部性质的扰动、消除应力测量过程中产生的凸点，以进行高精度的应力测量，同时能够进行实时的、自动化的数据采集、传输、处理、记录及输出。以上对本发明实施例所提供的岩土体应力测量系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种岩土体应力测量系统，包括应力测量单元(I)，所述应力测量单元(I)通过信号传递单元(2)与信号转换单元(3)连接，所述信号转换单元(3)与数据处理单元(4)连接，所述数据处理单元(4)与人机交互界面(5)连接，其特征在于:所述应力测量单元(I)为薄膜式传感器(13)。
2.根据权利要求1所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述信号转换单元(3)为信号转换电路板(31)，所述信号转换电路板(31)将电压信号转换到所述数据处理单元(4)可识别的范围之内。
3.根据权利要求1所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述数据处理单元(4)同时接受来自多个信号转换单元(3)的信号。
4.根据权利要求1所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述数据处理单元(4)为可编程序数据采集系统(41)，所述人机交互界面(5)为可视化的终端设备(51);所述终端设备(51)实时显示经所述可编程序数据采集系统(41)处理后的信号，同时编制程序导入所述可编程序数据采集系统(41)。
5.根据权利要求1所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述信号传递单元(2)为超细信号导线(21)。
6.根据权利要求5所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述超细信号导线(21)的直径为2mm。
7.根据权利要求1所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述薄膜式传感器(13)包括应力传递元件(11)和薄膜感应元件(12),所述应力传递元件(11)将接受到的应力量传送至所述薄膜感应元件(12),所述薄膜感应元件(12)将应力量转换成电压信号。
8.根据权利要求7所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述薄膜式传感器(13)的厚度为Imm 1.5mm,面积为14mm*12mm,中心压力感应区为直径IOmm的圆形区域。
9.根据权利要求7所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述信号传递单元(2)为超细信号导线(21)。
10.根据权利要求9所述的岩土体应力测量系统，其特征在于:所述薄膜式传感器(13)外部封装有一层防水膜(131)，所述超细信号导线(21)与所述薄膜式传感器(13)的接头处封装有热塑封橡 胶管(211)，并用防水胶密封。
全文摘要
本发明涉及一种岩土体应力测量系统。本发明包括应力测量单元，应力测量单元通过信号传递单元与信号转换单元连接，信号转换单元与数据处理单元连接，数据处理单元与人机交互界面连接；应力测量单元为薄膜式传感器。该岩土体应力测量系统能够减少传感器及导线对介质材料内部性质的扰动、消除应力测量过程中产生的凸点，以进行高精度的应力测量，同时能够进行实时的、自动化的数据采集、传输、处理、记录及输出。
文档编号G01L1/16GK103245444SQ20121002481
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者朱合华, 武威, 徐前卫, 王安民, 朱宝林, 春军伟, 蔡永昌, 庄晓莹 申请人:同济大学