專利名稱：實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種儀器測量技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種實驗數(shù)據(jù)自動測量采
集的自動化三軸儀。
背景技術(shù)：
常規(guī)三軸儀主要用來測量土的強度指標(biāo)、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)力路徑，是直觀簡單
且可靠有效的實驗設(shè)備。自1930年A. Casagrande研制成功以來，歷經(jīng)70多年的發(fā)展，已
在土工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。常規(guī)三軸儀能進行排水和不排水剪切實驗，可以完整的反映
試樣變形到破壞的整個過程，數(shù)據(jù)量測可靠，是基本的室內(nèi)土工試驗儀器。 我國科研生產(chǎn)單位有許多80年代購買的常規(guī)三軸儀，這些儀器的機械零部件質(zhì)
量優(yōu)良，但控制系統(tǒng)復(fù)雜，操作繁復(fù)，數(shù)據(jù)的量測和記錄需要大量人工。而購買新的全自動
三軸儀的價格將近十萬，所以，出于經(jīng)濟和提高試驗效率的綜合考慮，有必要在既有的機械
零部件的基礎(chǔ)上實現(xiàn)自動化控制與記錄。 經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?2286391. 5，專利名稱為應(yīng)變控制式三軸儀剪切裝置，該技術(shù)三軸主機的立柱上，放置多個壓力室支撐裝置，以實現(xiàn)三至四個土樣同時固結(jié)、分別剪切的目的，但是該技術(shù)未涉及自動化改造方面的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種利用既有機械零部件的進行改進設(shè)計的實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀。本發(fā)明通過在常規(guī)三軸儀上改進和加裝壓力控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)測量裝置，實現(xiàn)了三軸儀上實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的功能，具有操作簡便、實驗進行時無需人工讀數(shù)計數(shù)的優(yōu)點。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括壓力控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)測量裝置和常規(guī)三軸儀，其中壓力控制裝置的輸出端與常規(guī)三軸儀相連以傳輸壓力荷載，數(shù)據(jù)測量裝置的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸位移、壓力的模擬信號數(shù)據(jù)和體變、變形的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)測量裝置設(shè)置在常規(guī)三軸儀上且與常規(guī)三軸儀相連傳輸測量數(shù)據(jù)和圖像信息。 所述的常規(guī)三軸儀上設(shè)置有孔壓計，該孔壓計與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸應(yīng)力模擬信號數(shù)據(jù)信息。 所述的壓力控制裝置包括空氣壓縮機、氣壓傳輸三通閥、兩個氣壓傳輸雙向閥、兩個氣壓手動控制器、兩個壓力表、圍壓高壓密閉蓄水瓶和背壓高壓密閉蓄水瓶，其中氣壓傳輸三通閥分別與空氣壓縮機、第一氣壓傳輸雙向閥的一端和第二氣壓傳輸雙向閥的一端相連，第一氣壓傳輸雙向閥的另一端與第一氣壓手動控制器相連，第二氣壓傳輸雙向閥的另一端與第二氣壓手動控制器相連，第一氣壓手動控制器與第一壓力表相連，第二氣壓手動控制器與第二壓力表相連，第一壓力表與圍壓高壓密閉蓄水瓶相連，第二壓力表與背壓高壓密閉蓄水瓶相連，圍壓高壓密閉蓄水瓶與壓力室相連傳輸圍壓，背壓高壓密閉蓄水瓶與壓力室相連傳輸背壓。 所述的氣壓手動控制器包括旋動手柄、彈簧和橡膠膜，其中彈簧的一端與旋動手柄固定相連，彈簧的另一端與橡膠膜固定相連，旋動手柄與氣壓傳輸雙向閥相連接以輸出手動控制信號。 所述的數(shù)據(jù)測量裝置包括兩個位移計、攝像頭和體變管，其中兩個位移計分別設(shè)置在常規(guī)三軸儀上且與常規(guī)三軸儀相連傳輸土體軸向應(yīng)變和測力環(huán)形變信息，體變管與常規(guī)三軸儀的排水口相連傳輸土體形變信息，攝像頭設(shè)置在合適的位置以拍攝常規(guī)三軸儀的壓力室內(nèi)土體變形和體變管中液面讀數(shù)，兩個位移計分別與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸土體軸向應(yīng)變和測力環(huán)形變信息，攝像頭與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸常規(guī)三軸儀的壓力室內(nèi)土體變形和體變管中液面讀數(shù)信息。 所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集儀和計算機，其中數(shù)據(jù)采集儀和計算機分別與數(shù)據(jù)測量裝置相連傳輸測量數(shù)據(jù)和圖像信息，數(shù)據(jù)采集儀和計算機相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在常規(guī)三軸儀的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了三軸儀的自動化，加壓階段操作簡便，數(shù)據(jù)測量與采集過程中無需人工操作，且所測數(shù)據(jù)連續(xù)準(zhǔn)確。


圖1為實施例結(jié)構(gòu)示意圖； 其中l(wèi)-壓力控制裝置；2-數(shù)據(jù)測量裝置；3_數(shù)據(jù)采集裝置；4_空氣壓縮機；5-氣壓傳輸三通閥；6-第一氣壓傳輸雙向閥；7-第二氣壓傳輸雙向閥；8-第一氣壓手動控制器；9_第二氣壓手動控制器；10-第一壓力表；11-第二壓力表；12-圍壓高壓密閉蓄水瓶；13-背壓高壓密閉蓄水瓶；14-第一位移計；15-第二位移計；16_攝像頭；17-體變管；18-數(shù)據(jù)采集儀；19-計算機；20-常規(guī)三軸儀；21-壓力室；22-孔壓計。
圖2是采用實施例裝置得到的主壓力差-軸向應(yīng)變示意圖。
圖3是采用實施例裝置得到的孔壓_軸向應(yīng)變示意圖。
圖4是采用現(xiàn)有技術(shù)得到的主壓力差-軸向應(yīng)變示意圖。
圖5是采用現(xiàn)有技術(shù)得到的孔壓_軸向應(yīng)變示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。 本實施例選用的常規(guī)三軸儀是南京電力自動化設(shè)備廠生產(chǎn)的SJ-1A常規(guī)三軸儀，該常規(guī)三軸儀包括壓力室21、排水口、變速箱和孔壓計22。 所述的孔壓計22是應(yīng)變式壓力傳感器，其與數(shù)據(jù)采集裝置3相連傳輸應(yīng)力模擬信號數(shù)據(jù)信息，本實施例中孔壓計22的工作范圍為0MPa 1. 0MPa。 如圖1所示，本實施例包括壓力控制裝置1、數(shù)據(jù)測量裝置2、數(shù)據(jù)采集裝置3和常規(guī)三軸儀20，其中壓力控制裝置1的輸出端與常規(guī)三軸儀20相連以傳輸壓力荷載，數(shù)據(jù)測量裝置2的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置3相連傳輸位移、壓力的模擬信號數(shù)據(jù)和體變、變形的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)測量裝置2設(shè)置在常規(guī)三軸儀20上且與常規(guī)三軸儀20相連傳輸測量數(shù)據(jù)和圖像信息。 所述的壓力控制裝置1包括空氣壓縮機4、氣壓傳輸三通閥5、第一氣壓傳輸雙向閥6、第二氣壓傳輸雙向閥7、第一氣壓手動控制器8、第二氣壓手動控制器9、第一壓力表10、第二壓力表11、圍壓高壓密閉蓄水瓶12和背壓高壓密閉蓄水瓶13，其中氣壓傳輸三通閥5分別與空氣壓縮機4、第一氣壓傳輸雙向閥的一端6和第二氣壓傳輸雙向閥7的一端相連，第一氣壓傳輸雙向閥6的另一端與第一氣壓手動控制器8相連，第二氣壓傳輸雙向閥7的另一端與第二氣壓手動控制器9相連，第一氣壓手動控制器8與第一壓力表10相連，第二氣壓手動控制器9與第二壓力表11相連，第一壓力表10與圍壓高壓密閉蓄水瓶12相連，第二壓力表11與背壓高壓密閉蓄水瓶13相連，圍壓高壓密閉蓄水瓶12與壓力室21相連傳輸圍壓，背壓高壓密閉蓄水瓶13與壓力室21相連傳輸背壓。 所述的氣壓傳輸雙向閥為金屬制T型雙通雙向閥門，耐壓范圍為-lOMPa +10MPa。 所述的氣壓傳輸雙向閥為金屬制T型三通三向閥門，耐壓范圍為-lOMPa +10MPa。 所述的氣壓手動控制器包括旋動手柄、彈簧和橡膠膜，其中彈簧的一端與旋動手柄固定相連，彈簧的另一端與橡膠膜固定相連，旋動手柄與氣壓傳輸雙向閥相連接以輸出手動控制信號。當(dāng)人工旋入手柄時，橡膠膜受壓縮，控制壓力上升；反之則壓力下降。本實施例中氣壓手動控制器的壓力輸入范圍0. 8MPa 1. 2MPa，壓力輸出范圍0MPa 1. 0MPa。 所述的數(shù)據(jù)測量裝置2包括第一位移計14、第二位移計15、攝像頭16和體變管17，其中兩個位移計分別設(shè)置在常規(guī)三軸儀20上且與常規(guī)三軸儀20相連傳輸土體軸向應(yīng)變和測力環(huán)形變信息，體變管17與常規(guī)三軸儀20的排水口相連傳輸土體形變信息，攝像頭16設(shè)置在合適的位置以拍攝常規(guī)三軸儀20的壓力室21內(nèi)土體變形和體變管中液面讀數(shù)，兩個位移計分別與數(shù)據(jù)采集裝置3相連傳輸土體軸向應(yīng)變和測力環(huán)形變信息，攝像頭16與數(shù)據(jù)采集裝置3相連傳輸常規(guī)三軸儀20的壓力室21內(nèi)土體變形和體變管中液面讀數(shù)信息。 所述的位移計是應(yīng)變式位移傳感器，其工作范圍為0mm 30mm。
所述的數(shù)據(jù)采集裝置3包括數(shù)據(jù)采集儀18和計算機19。其中數(shù)據(jù)采集儀18的
輸入端分別與兩個位移計和孔壓計22的輸出端相連接以接收位移和應(yīng)力模擬信號數(shù)據(jù)，
數(shù)據(jù)采集儀18的輸出端與計算機19相連傳輸數(shù)據(jù)信息，攝像頭16與計算機19相連傳輸
圖像信息。 本實施例的工作過程 1、安裝試件至壓力室21，并調(diào)整兩個位移計和攝像頭16至合適位置； 2、打開兩個氣壓傳輸雙向閥及氣壓傳輸三通閥5至連通狀態(tài)，通過第一氣壓手動
控制器8施加一個較小壓力，往壓力室21內(nèi)注水； 3、調(diào)整兩個氣壓手動控制器對壓力室21內(nèi)試件施加預(yù)定的圍壓和背壓，圍壓和背壓的大小分別通過兩個壓力表讀出； 4、在計算機19中設(shè)置數(shù)據(jù)采集儀18讀數(shù)頻率和攝像頭16拍照間隔時間，并開始采集數(shù)據(jù)； 5、通過常規(guī)三軸儀的變速箱設(shè)置軸向位移加載速度，打開變速箱中電機并合上離合器，本實施例裝置開始工作。 圖2是采用本實施例裝置得到的主壓力差-軸向應(yīng)變示意圖，圖3是采用本實施例裝置得到的孔壓-軸向應(yīng)變示意圖，圖4是采用現(xiàn)有技術(shù)(手動記錄)得到的主壓力差-軸向應(yīng)變示意圖，圖5是采用現(xiàn)有技術(shù)(手動記錄)得到的孔壓-軸向應(yīng)變示意圖，通過比較這四幅圖可知，現(xiàn)有技術(shù)得到的加壓曲線是不連續(xù)的，而且數(shù)據(jù)記錄間隔較長；而本實施例裝置可以實現(xiàn)自動化控制，得到連續(xù)的加壓曲線，當(dāng)選用精度更高的位移計時，得到的主應(yīng)力數(shù)據(jù)也會更精確。
權(quán)利要求
一種實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀，其特征在于，包括壓力控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)測量裝置和常規(guī)三軸儀，其中壓力控制裝置的輸出端與常規(guī)三軸儀相連以傳輸壓力荷載，數(shù)據(jù)測量裝置的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸位移、壓力的模擬信號數(shù)據(jù)和體變、變形的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)測量裝置設(shè)置在常規(guī)三軸儀上且與常規(guī)三軸儀相連傳輸測量數(shù)據(jù)和圖像信息；所述的常規(guī)三軸儀上設(shè)置有孔壓計，該孔壓計與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸應(yīng)力模擬信號數(shù)據(jù)信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀，其特征是，所述的壓力控制裝置包括空氣壓縮機、氣壓傳輸三通閥、兩個氣壓傳輸雙向閥、兩個氣壓手動控制器、兩個壓力表、圍壓高壓密閉蓄水瓶和背壓高壓密閉蓄水瓶，其中氣壓傳輸三通閥分別與空氣壓縮機、第一氣壓傳輸雙向閥的一端和第二氣壓傳輸雙向閥的一端相連，第一氣壓傳輸雙向閥的另一端與第一氣壓手動控制器相連，第二氣壓傳輸雙向閥的另一端與第二氣壓手動控制器相連，第一氣壓手動控制器與第一壓力表相連，第二氣壓手動控制器與第二壓力表相連，第一壓力表與圍壓高壓密閉蓄水瓶相連，第二壓力表與背壓高壓密閉蓄水瓶相連，圍壓高壓密閉蓄水瓶與壓力室相連傳輸圍壓，背壓高壓密閉蓄水瓶與壓力室相連傳輸背壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀，其特征是，所述的氣壓手動控制器包括旋動手柄、彈簧和橡膠膜，其中彈簧的一端與旋動手柄固定相連，彈簧的另一端與橡膠膜固定相連，旋動手柄與氣壓傳輸雙向閥相連接以輸出手動控制信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀，其特征是，所述的數(shù)據(jù)測量裝置包括兩個位移計、攝像頭和體變管，其中兩個位移計分別設(shè)置在常規(guī)三軸儀上且與常規(guī)三軸儀相連傳輸土體軸向應(yīng)變和測力環(huán)形變信息，體變管與常規(guī)三軸儀的排水口相連傳輸土體形變信息，攝像頭設(shè)置在合適的位置以拍攝常規(guī)三軸儀的壓力室內(nèi)土體變形和體變管中液面讀數(shù)，兩個位移計分別與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸土體軸向應(yīng)變和測力環(huán)形變信息，攝像頭與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸常規(guī)三軸儀的壓力室內(nèi)土體變形和體變管中液面讀數(shù)信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀，其特征是，所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括數(shù)據(jù)采集儀和計算機，其中數(shù)據(jù)采集儀和計算機分別與數(shù)據(jù)測量裝置相連傳輸測量數(shù)據(jù)和圖像信息，數(shù)據(jù)采集儀和計算機相連傳輸采集的數(shù)據(jù)信息。
全文摘要
一種儀器測量技術(shù)領(lǐng)域的實驗數(shù)據(jù)自動測量采集的自動化三軸儀，包括壓力控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)測量裝置和常規(guī)三軸儀，其中壓力控制裝置的輸出端與常規(guī)三軸儀相連以傳輸壓力荷載，數(shù)據(jù)測量裝置的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置相連傳輸位移、壓力的模擬信號數(shù)據(jù)和體變、變形的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)測量裝置設(shè)置在常規(guī)三軸儀上且與常規(guī)三軸儀相連傳輸測量數(shù)據(jù)和圖像信息。本發(fā)明在常規(guī)三軸儀的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了三軸儀的自動化，加壓階段操作簡便，數(shù)據(jù)測量與采集過程中無需人工操作，且所測數(shù)據(jù)連續(xù)準(zhǔn)確。
文檔編號G01N3/24GK101782488SQ201010132928
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者葉冠林, 武朝軍, 王建華, 盛佳韌 申請人:上海交通大學(xué)