專利名稱：巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試系統(tǒng)，特別涉及一種巖土材料微觀結(jié)構(gòu)的光學(xué)自動跟 蹤測試儀。
背景技術(shù)：
巖土材料在工程環(huán)境下所表現(xiàn)出來的眾多且復(fù)雜的工程特性和現(xiàn)象，都與其內(nèi) 部微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)有關(guān)。因此，研究和觀測巖土材料微觀結(jié)構(gòu)就成為必要。目前，對巖 土微細結(jié)構(gòu)的研究和觀測已經(jīng)從定性分析轉(zhuǎn)入了定量分析階段。對巖土微細結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu) 要素包括顆粒大小、形狀，顆粒定向性，孔隙大小、形狀，粒間聯(lián)結(jié)方式等，進行量化 分析。目前，對巖土力學(xué)微細結(jié)構(gòu)變化的研究的試驗手段主要有直接手段包括壓汞、 氣體吸附等和間接手段包括電彌散法、滲透性法和聲波法等、還有巖土力學(xué)微觀結(jié)構(gòu)光 學(xué)測試系統(tǒng)。直接法和間接法無法得到土體在荷載作用下微觀顆粒的實際變形和位移信 息，只能從統(tǒng)計信息上得到土體微觀結(jié)構(gòu)在不同荷載下的變化趨勢，無法在土體微觀結(jié) 構(gòu)的真實演變的基礎(chǔ)上建立土顆粒的受力模型及本構(gòu)關(guān)系。而巖土力學(xué)微觀結(jié)構(gòu)光學(xué)測 試系統(tǒng)雖然能解決以上所論述的問題，但其三維控制臺是純機械調(diào)節(jié)，精度較低，操作 復(fù)雜，加載系統(tǒng)是通過手搖渦輪蝸桿對試樣施加軸向荷載的，人為因素參與較多，測試 精確性和穩(wěn)定性較差，無法達到巖土材料微結(jié)構(gòu)試驗準確采集宏觀應(yīng)力、應(yīng)變信息的需 要。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實用新型將解決上述技術(shù)問題，提供一種測試精確度高和穩(wěn)定性 好的巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀。技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了如下的技術(shù)方案一種巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀，包括加載系統(tǒng)、三維控制平臺和圖像 采集裝置，其中，所述的加載系統(tǒng)包括加載裝置、擠壓裝置，所述的加載裝置包括施加 軸向力的液壓系統(tǒng)和施加徑向力的高壓氣管；擠壓裝置包括與液壓系統(tǒng)相連的軸向加載 頭，還包括與高壓氣管相連的徑向加載氣囊；其特征在于所述的軸向加載頭、徑向加 載氣囊上設(shè)有傳感裝置，傳感裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與控制系統(tǒng)連接；所述的液壓系統(tǒng)、 高壓氣管也與控制系統(tǒng)連接；圖像采集裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與控制系統(tǒng)連接；三維控制 平臺依次通過控制臺驅(qū)動器、控制卡與控制系統(tǒng)連接。其中，所述的圖像采集裝置包括長距離顯微鏡、CCD攝像機。其中，所述的傳感裝置包括軸向傳感器和徑向傳感器。有益效果本實用新型在原有的巖土力學(xué)微觀結(jié)構(gòu)光學(xué)測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對三 維控制平臺的驅(qū)動系統(tǒng)進行了改進，并增加了相應(yīng)所需的軟件，使其能在計算機的監(jiān)控 下對巖土材料的微細結(jié)構(gòu)進行自動跟蹤采集，避免了三維控制臺純機械調(diào)節(jié)，增強了測試精度，使操作更為簡易；同時加載系統(tǒng)可通過計算機控制對試樣施加荷載，減少了人 為因素，使測試更為精確和穩(wěn)定，進而更為準確的采集巖土材料微結(jié)構(gòu)的宏觀應(yīng)力、應(yīng)
變fe息。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為試樣室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的A-A向剖視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做更進一步的解釋。如圖1、2和3所示，本實用新型的測試儀包括加載系統(tǒng)、三維控制平臺1和圖
像采集裝置。其中，所述的加載系統(tǒng)包括加載裝置、擠壓裝置、傳感裝置和試樣室14。其 中，加載裝置軸包括液壓系統(tǒng)2、壓桿17和高壓氣管3;擠壓裝置包括向加載頭4和徑向 加載氣囊5;傳感裝置包括軸向傳感器12和徑向傳感器13;試樣室14由截面呈半圓形的 加載艙15和透明的玻璃板16組成，玻璃板16與加載艙15之間通過螺絲固定連接。加載艙15上方沿軸向設(shè)置軸向加載頭4 ；軸向加載頭4通過軸向傳感器12、壓 桿17與液壓系統(tǒng)2連接，液壓系統(tǒng)2與控制系統(tǒng)7連接。在加載艙15內(nèi)壁設(shè)置有徑向 加載氣囊5，在加載艙15外壁設(shè)置有徑向傳感器13與充氣口 18;徑向加載氣囊5通過充 氣口 18與高壓氣管3連接，高壓氣管3與控制系統(tǒng)7連接。軸向傳感器12和徑向傳感 器13通過數(shù)據(jù)采集卡6與控制系統(tǒng)7連接。圖像采集裝置包括設(shè)置在三維控制平臺1上的長距離顯微鏡10和CCD攝像機 11，長距離顯微鏡10后接CCD攝像機11，CCD攝像機11通過數(shù)據(jù)采集卡6與控制系統(tǒng) 7連接；三維控制平臺1依次通過控制臺驅(qū)動器8、控制卡9與控制系統(tǒng)7連接。使用時，將加載艙5放置在水平位置上，其玻璃板16正對著長距離顯微鏡10。 將試樣19放置在試樣室14內(nèi)，用螺絲將玻璃板16與加載艙15固定，試樣室14被封閉。 啟動加載裝置，并調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)7中的計算機的壓力控制軟件，使壓桿17向下，通過軸 向加載頭4圍壓試樣室14內(nèi)的試樣19，向其施加軸向壓力，軸向加載頭4的軸向壓力和 軸向位移通過軸向移傳感器12傳輸至數(shù)據(jù)采集卡6 ；通過充氣口 18向加載艙15內(nèi)壁的 徑向加載氣囊5充氣加壓，徑向加載氣囊5向試樣室14內(nèi)的試樣19施加徑向載荷，徑向 傳感器13將荷載和位移信息傳輸至數(shù)據(jù)采集卡6。調(diào)好長距離顯微鏡10焦距后則可進 行觀測，經(jīng)CCD攝像機11拍攝帶的微觀結(jié)構(gòu)圖像分別用光纜傳輸?shù)綀D像處理裝置的數(shù)據(jù) 采集卡6，并在控制系統(tǒng)7的顯示器上成像，控制系統(tǒng)7獲得的每一幀圖像，均自動存入 內(nèi)存，通過自行編制的圖像采集系統(tǒng)軟件可實時計算前后兩幀圖像的相關(guān)性，得到兩幅 圖像的差異，即得到所取模板在兩幀圖像中的相對移動量；然后將相對移動量轉(zhuǎn)化為驅(qū) 動步進電機的脈沖信號和方向電平信號，從而通過控制卡9和控制臺驅(qū)動器8驅(qū)動三維控 制平臺1上的步進電機，使三維控制平臺1隨著目標區(qū)域的移動而移動；同時，隨著三維 控制平臺1的移動，圖像采集系統(tǒng)將不斷采集目標移動區(qū)域移動后的圖像，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動跟蹤。再按要求對所得到的微觀結(jié)構(gòu)圖像進行分析處理，提取微觀結(jié)構(gòu)量化信 肩、ο 以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些 改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀，包括加載系統(tǒng)、三維控制平臺(1)和圖像 采集裝置，其中，所述的加載系統(tǒng)包括加載裝置、擠壓裝置，所述的加載裝置包括施加 軸向力的液壓系統(tǒng)(2)和施加徑向力的高壓氣管(3)；擠壓裝置包括與液壓系統(tǒng)(2)相連 的軸向加載頭(4)，還包括與高壓氣管(3相連的徑向加載氣囊(5)；其特征在于所述 的軸向加載頭(4)、徑向加載氣囊(5)上設(shè)有傳感裝置，傳感裝置通過數(shù)據(jù)采集卡(6)與 控制系統(tǒng)(7)連接；所述的液壓系統(tǒng)(2)、高壓氣管(3)也與控制系統(tǒng)(7)連接；圖像采 集裝置通過數(shù)據(jù)采集卡(6)與控制系統(tǒng)(7)連接；三維控制平臺(1)依次通過控制臺驅(qū)動 器(8)、控制卡(9)與控制系統(tǒng)(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀，其特征在于所 述的圖像采集裝置包括長距離顯微鏡(10)、CCD攝像機(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀，其特征在于所 述的傳感裝置包括軸向傳感器(12)和徑向傳感器(13)。
專利摘要本實用新型公開了一種巖土材料微觀結(jié)構(gòu)自動跟蹤測試儀，包括加載系統(tǒng)、三維控制平臺和圖像采集裝置，加載系統(tǒng)包括加載裝置、擠壓裝置，加載裝置包括液壓系統(tǒng)和高壓氣管；擠壓裝置包括與液壓系統(tǒng)相連的軸向加載頭，還包括與高壓氣管相連的徑向加載氣囊；軸向加載頭、徑向加載氣囊上設(shè)有傳感裝置，傳感裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與控制系統(tǒng)連接；液壓系統(tǒng)、高壓氣管也與控制系統(tǒng)連接；圖像采集裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與控制系統(tǒng)連接；三維控制平臺依次通過控制臺驅(qū)動器、控制卡與控制系統(tǒng)連接。該測試儀避免了三維控制臺純機械調(diào)節(jié)，增強了測試精度，使操作更為簡易；同時通過計算機控制對試樣所施加軸向荷載的，減少了人為因素，使測試更為精確和穩(wěn)定。
文檔編號G01N3/06GK201795961SQ201020522080
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者劉鑫, 崔猛, 方慶軍, 洪寶寧, 胡昕 申請人:河海大學(xué)