專利名稱：在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置。
背景技術(shù)：
浙江大學(xué)曾在三軸室內(nèi)安裝了壓電陶瓷彎曲元土樣波速測試裝置并申請了專利(專利號ZL 02261611.X)，但目前國內(nèi)尚無固結(jié)儀上土樣縱波和橫波波速測試的壓電陶瓷彎曲元測試系統(tǒng)和相應(yīng)的裝置，以往土樣縱波波速通常采用超聲波法測試，存在縱波到時較難判斷的缺點(diǎn)，并且在固結(jié)儀上安裝超聲波法測試系統(tǒng)十分困難。在固結(jié)儀高壓和高濕的環(huán)境中，國外通常采用環(huán)氧樹脂對高阻抗壓電陶瓷彎曲元進(jìn)行密封并安裝在相應(yīng)部位，但存在環(huán)氧樹脂密封層厚度較大影響壓電陶瓷彎曲元剛度、密封層容易存在氣泡造成防潮性能較差、環(huán)氧樹脂老化防潮性能降低影響傳感器的使用壽命、壓電陶瓷元高頻振動造成環(huán)氧樹脂密封層微裂縫而產(chǎn)生短路報廢等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供了一種在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下包括底座、透水石和壓力帽。在凹形底座的中心小凸臺上裝有圓環(huán)形下透水石，下透水石下端面與下排水通道接觸，下透水石上端面與土樣下端面接觸；凸形壓力帽的中心小凸臺上裝有圓環(huán)形上透水石，上透水石上端面與壓力帽上的上排水通道接觸，上透水石下端面與土樣上端面接觸；壓力帽中間安裝壓電陶瓷發(fā)射元，一端插入土樣上端，其余部分固定在壓力帽的上安裝槽內(nèi)，固定端端部的發(fā)射信號線從壓力帽引出經(jīng)發(fā)射屏蔽信號線分別與壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲器的一端連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；底座上安裝有壓電陶瓷接收元，其呈懸臂狀的一端插入土樣下端，其余部分固定在底座的下安裝槽內(nèi)，固定端端部引出的接收信號線經(jīng)接收屏蔽信號線與電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器和存儲器的另一端。
本實(shí)用新型具有的有益效果是它不僅解決了整個測試系統(tǒng)的電連接問題，而且解決了高阻抗壓電陶瓷發(fā)射元、接收元在固結(jié)儀上的安裝、防水防潮和耐久性問題。確保了固結(jié)儀上高壓及水環(huán)境中壓電陶瓷元具有良好的工作狀態(tài)，并使壓電陶瓷元具有很好的防水防潮性能和耐久性；該裝置還具有原理明確、結(jié)構(gòu)簡單、制作使用方便的特點(diǎn)。


圖1為固結(jié)儀上壓電陶瓷元土樣波速測試裝置原理圖；圖2為壓力帽上壓電陶瓷元安裝方法剖視圖；圖3為圖2的仰視圖；圖4為底座上壓電陶瓷元安裝方法俯視圖；圖5為圖4的A-A剖視圖。
圖中1、1’，分別為發(fā)射、接收信號線；2、2’，分別為發(fā)射、接收屏蔽信號線；3、壓力帽；4、底座；5、壓電陶瓷發(fā)射元；5’、壓電陶瓷接收元；6、6’，分別為上、下排水通道；7、7’，分別為上、下透水石；8、套箍；9、土樣；10、環(huán)刀；11、11’，分別為上、下安裝槽；12、12’，分別為上、下孔道。
具體實(shí)施方式
如圖1～圖5所示，本實(shí)用新型是在凹形底座4的中心小凸臺上裝有圓環(huán)形下透水石7’，下透水石7’下端面與下排水通道6’接觸，下透水石7’上端面與土樣9下端面接觸；凸形壓力帽3的中心小凸臺上裝有圓環(huán)形上透水石7，上透水石7上端面與壓力帽3上的上排水通道6接觸，上透水石7下端面與土樣9上端面接觸；壓力帽3中間安裝壓電陶瓷發(fā)射元5，一端插入土樣9上端，其余部分固定在壓力帽3的上安裝槽11內(nèi)，固定端端部的發(fā)射信號線1從壓力帽引出經(jīng)發(fā)射屏蔽信號線2分別與壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲器的一端連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；底座4上安裝有壓電陶瓷接收元5’，其呈懸臂狀的一端插入土樣9下端，其余部分固定在底座4的下安裝槽11’內(nèi)，固定端端部引出的接收信號線1’經(jīng)接收屏蔽信號線2’與電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器和存儲器的另一端。土樣9用環(huán)刀10切出，外套套箍8裝在上、下透水石之間。
所述的壓電陶瓷發(fā)射元5和壓電陶瓷接收元5’為高阻抗壓電陶瓷元傳感器，表面用環(huán)氧樹脂密封。
所述的發(fā)射信號線1從壓力帽3上孔道12中引出，外套有塑料軟管，用環(huán)氧樹脂填充孔道并將塑料軟管固封在上孔道12中。
所述的接收信號線1’從底座4下孔道12’中引出，外套有塑料軟管，用環(huán)氧樹脂填充孔道并將塑料軟管固封在下孔道12’中。
壓力帽3和底座4中心小凸臺高度與圓環(huán)形上、下透水石7、7’厚度相等。
本實(shí)用新型采用的配套儀器有①任意函數(shù)發(fā)生器AFG 310②壓電線性放大器EPA-104③電荷放大器4102④數(shù)字式示波器和存儲器TDS 3032為了保證壓電陶瓷彎曲元在固結(jié)儀高壓和高濕環(huán)境下具有良好的工作性能，本測試系統(tǒng)在制作安裝時需注意以下問題在高阻抗壓電陶瓷彎曲元和其接線基座的表面用含適量固化劑的環(huán)氧樹脂密封，密封層要均勻，不宜太厚，不得有氣泡存在，以確保密封層的防水防潮性、韌性和抗老化性能；壓電陶瓷元一端呈懸臂狀態(tài)插入土樣中(無接線基座的一端)，其余部分用環(huán)氧樹脂嵌固在壓力帽或底座的安裝槽內(nèi)。
本實(shí)用新型的工作原理是環(huán)氧樹脂密封的壓電陶瓷發(fā)射元5一端插入土樣9上端，另一端用環(huán)氧樹脂嵌固在壓力帽3上安裝槽11內(nèi)，并通過發(fā)射信號線1、發(fā)射屏蔽信號線2與壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲器連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；環(huán)氧樹脂密封的壓電陶瓷接收元5’一端插入土樣9下端，另一端用環(huán)氧樹脂嵌固在底座4的下安裝槽11’內(nèi)，并通過接收信號線1’、接收屏蔽信號線2’與電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器電；當(dāng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一脈沖信號經(jīng)壓電線性放大器放大后，傳至壓電陶瓷發(fā)射元5和數(shù)字式示波器，壓電陶瓷發(fā)射元5將產(chǎn)生一微弱縱向或橫向振動，在土樣9中產(chǎn)生一個以縱波或橫波為主的波動，通過土樣9傳至壓電陶瓷接收元5’并接收，經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號后，在示波器上通過與來自壓電線性放大器的初始發(fā)射脈沖信號對比，得到波在土樣9中的傳播時間，由土樣9的長度和波的傳播時間計(jì)算得到波在土樣9中的傳播速度。
權(quán)利要求1.在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置，包括底座、透水石和壓力帽，其特征在于在凹形底座(4)的中心小凸臺上裝有圓環(huán)形下透水石(7’)，下透水石(7’)下端面與下排水通道(6’)接觸，下透水石(7’)上端面與土樣(9)下端面接觸；凸形壓力帽(3)的中心小凸臺上裝有圓環(huán)形上透水石(7)，上透水石(7)上端面與壓力帽(3)上的上排水通道(6)接觸，上透水石(7)下端面與土樣(9)上端面接觸；壓力帽(3)中間安裝壓電陶瓷發(fā)射元(5)，一端插入土樣(9)上端，其余部分固定在壓力帽(3)的上安裝槽(11)內(nèi)，固定端端部的發(fā)射信號線(1)從壓力帽引出經(jīng)發(fā)射屏蔽信號線(2)分別與壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲器的一端連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；底座(4)上安裝有壓電陶瓷接收元(5’)，其呈懸臂狀的一端插入土樣(9)下端，其余部分固定在底座(4)的下安裝槽(11’)內(nèi)，固定端端部引出的接收信號線(1’)經(jīng)接收屏蔽信號線(2’)與電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器和存儲器的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置，其特征在于所述的壓電陶瓷發(fā)射元(5)和壓電陶瓷接收元(5’)為高阻抗壓電陶瓷元傳感器，表面用環(huán)氧樹脂密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置，其特征在于所述的發(fā)射信號線(1)從壓力帽(3)上孔道(12)中引出，外套有塑料軟管，用環(huán)氧樹脂填充孔道并將塑料軟管固封在上孔道(12)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置，其特征在于所述的接收信號線(1’)從底座(4)下孔道(12’)中引出，外套有塑料軟管，用環(huán)氧樹脂填充孔道并將塑料軟管固封在下孔道(12’)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置，其特征在于壓力帽(3)和底座(4)中心小凸臺高度與圓環(huán)形上、下透水石(7、7’)厚度相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種在固結(jié)儀上安裝壓電陶瓷元土樣波速測試裝置。包括在固結(jié)儀的壓力帽和底座中間分別置有用環(huán)氧樹脂密封的發(fā)射元、接收元，露出呈懸臂狀的一端插入土體中，其余部分用環(huán)氧樹脂嵌固在安裝槽內(nèi)。發(fā)射、接收彎曲元的信號線分別從壓力帽和底座上的孔道引出，封裝在塑料軟管中，并用環(huán)氧樹脂將軟管固封在孔道中。發(fā)射信號線與壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲器連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；接收信號線經(jīng)電荷放大器與數(shù)字式示波器和存儲器連接。本實(shí)用新型確保測試波速的彎曲元在低壓到高壓范圍內(nèi)都具有良好工作狀態(tài)，具有很好的耐久性和防水防潮性能。該裝置還具有原理明確、結(jié)構(gòu)簡單、制作使用方便的特點(diǎn)。
文檔編號G01H5/00GK2804819SQ20052001309
公開日2006年8月9日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者陳云敏, 陳穎平, 黃博, 姬美秀 申請人:浙江大學(xué)