專利名稱：土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀及使用方法，是一種適用于土木工程領(lǐng)域，對土的強(qiáng)度和承載力進(jìn)行測試的儀器和使用的技術(shù)方案，屬于土強(qiáng)度自動(dòng)測試設(shè)備及使用方法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有土的強(qiáng)度和承載力測試方法(1)室內(nèi)試驗(yàn)在原狀土中切取或樁身取芯樣制成試樣，在壓力機(jī)上測試其強(qiáng)度，試樣在運(yùn)輸過程中易擾動(dòng)、損壞，加之環(huán)境改變造成強(qiáng)度變化，測試強(qiáng)度與其真實(shí)強(qiáng)度誤差較大；(2)原位試驗(yàn)包括載荷試驗(yàn)、動(dòng)力觸探、靜力觸探、旁壓試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)等，是在土體原有的位置上，在保持土的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)條件下現(xiàn)場直接測定土層的力學(xué)性能，確定其力學(xué)參數(shù)，但設(shè)備復(fù)雜、操作費(fèi)力、測試費(fèi)時(shí)。
電阻率是表征物質(zhì)導(dǎo)電性的基本參數(shù)，上作為一種材料也具有其自身電阻率的特性。為了能夠克服上述取樣和原位測試過程中的缺點(diǎn)，不少國內(nèi)外學(xué)者通過土的電阻率特性來研究土的強(qiáng)度，并取得了一些成果。但目前的電測方法主要存在如下問題首先，當(dāng)對被測材料采用直流饋電方法時(shí)，由于土是由土體顆粒、液體、離子、有機(jī)質(zhì)、氣體等構(gòu)成的三相體，其結(jié)構(gòu)變異性大，電學(xué)模型復(fù)雜，在直流電場作用下會引起電滲、極化、電化學(xué)等效應(yīng)，系統(tǒng)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)生誤差。其次，當(dāng)采用電橋測量時(shí)，需對檢零計(jì)調(diào)零，由于土的特殊性質(zhì)，檢零計(jì)往往調(diào)不到零位，而是來回漂移，這就造成了電橋的不平衡，必然產(chǎn)生誤差，使得實(shí)測精度并不高。因此，電橋測量在模擬指針測量時(shí)代能滿足要求，但在數(shù)字測量時(shí)代卻顯精度不足。另外，上述方法和相關(guān)儀器僅能對土的電阻值進(jìn)行測量，然后計(jì)算出電阻率，而不能直接顯示強(qiáng)度?？傊?，結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、精度不高和自動(dòng)化程度低是目前有關(guān)測量儀器和方法的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀及使用方法，目的在于提供一種適合土木工程領(lǐng)域的能夠?qū)ν翉?qiáng)度和承載力進(jìn)行室內(nèi)和現(xiàn)場數(shù)字測試的儀器及使用方法的技術(shù)方案。
本發(fā)明一種土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀，其特征在于該測試儀包括主機(jī)和測量裝置，其測量裝置與主機(jī)由電纜相連，主機(jī)包括交流恒流發(fā)生電路1、電流采集電路2、電壓采集電路3、電流A/D電路4、電壓A/D電路5、微處理器6、接口電路7、LCD顯示8、接口電路9、鍵盤10、鎖存器11、微型打印機(jī)12、數(shù)據(jù)存儲器13；測量裝置包括電極板、電流探頭和電壓探頭，電極板由銅板制成，電流探頭和電壓探頭由不銹鋼制成，產(chǎn)生正弦交流恒流的交流恒流發(fā)生電路1與測量裝置相連，測量裝置由電纜與電流采集電路2、電壓采集電路3相連，然后通過電流A/D轉(zhuǎn)換4、電壓A/D轉(zhuǎn)換5連接到微處理器6上，微處理器6通過接口電路7連接LCD顯示8，微處理器6通過接口電路9連接鍵盤10，微處理器6通過鎖存器11連接打印機(jī)12，微處理器6連接數(shù)據(jù)存儲器13，數(shù)據(jù)可直接打印，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。
上述的一種土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀的使用方法，其特征在于使用時(shí)僅需將發(fā)生交流恒流發(fā)生電路1的電流信號傳送到測量裝置中的被測材料14，在被測材料14中產(chǎn)生電壓信號，由電流采集電路2和電壓采集電路3同時(shí)對電流信號和電壓信號進(jìn)行采樣，然后分別連接電流A/D電路4和電壓A/D電路5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由微處理器6進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理工作，鍵盤10用于進(jìn)行人機(jī)對話、設(shè)置儀器的工作狀態(tài)和參數(shù)，LCD顯示器8用于顯示儀器的數(shù)據(jù)，微型打印機(jī)12用于將每次測量過程中存儲數(shù)據(jù)全部打印出來，方便工程技術(shù)人員分析計(jì)算，數(shù)據(jù)存儲器13用于存放斷電情況下也不允許丟失的數(shù)據(jù)和參數(shù)。
上述的一種強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀，其特征在于所述的產(chǎn)生正弦交流恒流的交流恒流發(fā)生電路1是可以調(diào)整恒流大小的電路。
上述的一種強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀，其特征在于所述電流A/D電路4、電壓A/D電路5均采用7135型雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，所述的微處理器6采用具有內(nèi)部程序存儲器的AT89S52，所述的數(shù)據(jù)存儲器13采用AT24C16。
本發(fā)明土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀及使用方法的優(yōu)點(diǎn)在于(1)對被測材料使用交流恒流饋電，避免了直流饋電帶來的極化、接觸電阻高等問題；(2)對電流、電壓均采用數(shù)字測量，精度高，便于連續(xù)觀測；(3)對采集的電流、電壓信號沒有使用放大器，而是通過巧妙的利用A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)，簡化了電路、降低了造價(jià)、保證了精度；(4)依據(jù)土強(qiáng)度與伏安特性之間的關(guān)系，用電學(xué)的測試方法，檢測土的伏安特性，從而建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行智能化處理，并使LCD顯示器直接顯示出被測材料的強(qiáng)度數(shù)值。
本發(fā)明土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀可以交直流兩用，便于室內(nèi)、現(xiàn)場測試，它填補(bǔ)了現(xiàn)有土木工程領(lǐng)域土的強(qiáng)度電測試空白，提供了土的強(qiáng)度測試傳統(tǒng)方法以外的另一種方法，并為現(xiàn)場測試提供無損、經(jīng)濟(jì)、高效、快捷的服務(wù)，為提高地基加固技術(shù)，保證工程質(zhì)量起到積極的作用，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。
其中標(biāo)號為1、交流恒流發(fā)生電路、2、電流采集電路3、電壓采集電路 4、電流A/D電路5、電壓A/D電路 6、微處理器7、接口電路 8、LCD顯示9、接口電路 10、鍵盤11、鎖存器 12、微型打印機(jī)13、數(shù)據(jù)存儲器 14、被測材料具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1測量裝置與主機(jī)由電纜相連，測量裝置為電極板，主機(jī)包括交流恒流發(fā)生電路1、電流采集電路2、電壓采集電路3、電流A/D電路4、電A/D電路5、微處理器6、接口電路7、LCD顯示8、接口電路9、鍵盤10、鎖存器11、微型打印機(jī)12、數(shù)據(jù)存儲器13。交流恒流發(fā)生電路1通過電纜向固定于試樣上下表面的電極板輸送電流信號，在電極板兩端產(chǎn)生電壓信號，電流采集電路2和電壓采集電路3通過電纜同時(shí)對電流信號和電壓信號進(jìn)行采集，然后分別連接電流A/D電路4和電壓A/D電路5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由微處理器6進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)強(qiáng)度與伏安特性的函數(shù)關(guān)系，LCD顯示器8直接顯示出試件的強(qiáng)度值，鍵盤10用于進(jìn)行人機(jī)對話，設(shè)置儀器的工作狀態(tài)和參數(shù)，微型打印機(jī)12用于將每次測量過程中存儲數(shù)據(jù)全部打印出來，方便工程技術(shù)人員分析計(jì)算，數(shù)據(jù)存儲器13用于存放斷電情況下也不允許丟失的數(shù)據(jù)和參數(shù)，完成了室內(nèi)測試。
實(shí)施方式2當(dāng)進(jìn)行原位測試時(shí)利用現(xiàn)有的電阻率測井技術(shù)，測量裝置為電流探頭、電壓探頭，主機(jī)交流恒流發(fā)生電路1通過電流探頭向電阻率測井的供電電極輸送電流信號，并連接電流采集電路2，電壓探頭與電阻率測井的測量電極相連并連接到電壓采集電路3，其它同實(shí)施方式1。
權(quán)利要求
1.一種土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀，其特征在于該測試儀包括主機(jī)和測量裝置，其測量裝置與主機(jī)由電纜相連，主機(jī)包括交流恒流發(fā)生電路1、電流采集電路2、電壓采集電路3、電流A/D電路4、電壓A/D電路5、微處理器6、接口電路7、LCD顯示8、接口電路9、鍵盤10、鎖存器11、微型打印機(jī)12、數(shù)據(jù)存儲器13；測量裝置包括電極板、電流探頭和電壓探頭，電極板由銅板制成，電流探頭和電壓探頭由不銹鋼制成，產(chǎn)生正弦交流恒流的交流恒流發(fā)生電路1與測量裝置相連，測量裝置由電纜與電流采集電路2、電壓采集電路3相連，然后通過電流A/D轉(zhuǎn)換4、電壓A/D轉(zhuǎn)換5連接到微處理器6上，微處理器6通過接口電路7連接LCD顯示8，微處理器6通過接口電路9連接鍵盤10，微處理器6通過鎖存器11連接打印機(jī)12，微處理器6連接數(shù)據(jù)存儲器13，數(shù)據(jù)可直接打印，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。
2.權(quán)利要求1所述的一種土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀的使用方法，其特征在于使用時(shí)僅需將發(fā)生交流恒流發(fā)生電路1的電流信號傳送到測量裝置中的被測材料14，在被測材料14中產(chǎn)生電壓信號，由電流采集電路2和電壓采集電路3同時(shí)對電流信號和電壓信號進(jìn)行采樣，然后分別連接電流A/D電路4和電壓A/D電路5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由微處理器6進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理工作，鍵盤10用于進(jìn)行人機(jī)對話、設(shè)置儀器的工作狀態(tài)和參數(shù)，LCD顯示器8用于顯示儀器的數(shù)據(jù)，微型打印機(jī)12用于將每次測量過程中存儲數(shù)據(jù)全部打印出來，方便工程技術(shù)人員分析計(jì)算，數(shù)據(jù)存儲器13用于存放斷電情況下也不允許丟失的數(shù)據(jù)和參數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀，其特征在于所述的產(chǎn)生正弦交流恒流的交流恒流發(fā)生電路1是可以調(diào)整電流大小的電路。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀，其特征在于所述電流A/D電路4、電壓A/D電路5均采用7135型雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，所述的微處理器6采用具有內(nèi)部程序存儲器的AT89S52，所述的數(shù)據(jù)存儲器13采用AT24C16。
全文摘要
一種土強(qiáng)度多功能自動(dòng)測試儀及使用方法屬于土強(qiáng)度自動(dòng)測試設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于測量裝置與主機(jī)由電纜相連，主機(jī)包括交流恒流發(fā)生電路、電流采集電路、電壓采集電路、電流A/D電路、電壓A/D電路、微處理器、接口電路、LCD顯示、鍵盤、鎖存器、微型打印機(jī)、數(shù)據(jù)存儲器，測量裝置包括電極板、電流探頭、電壓探頭。該儀器對被測材料使用交流恒流饋電，避免了直流饋電帶來的極化、接觸電阻高的問題，對電流、電壓均采用數(shù)字測量，精度高，便于連續(xù)觀測，對采集的電流、電壓信號沒有使用放大器，而是通過利用A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)，簡化了電路、降低了造價(jià)、保證了精度，使用方便實(shí)用、結(jié)果準(zhǔn)確、高效快捷。
文檔編號G01N27/04GK1865961SQ20061001285
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者董曉強(qiáng), 白曉紅, 李穎, 韓鵬舉 申請人:太原理工大學(xué)