本申請涉及但不限于粘土測試設備，尤其是一種控制系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)有技術中，十字板剪切試驗，是一種用十字板測定飽和軟粘性土不排水抗剪強度和靈敏度的試驗，其屬于原狀強度測試中的一種；具體將十字板頭由鉆孔壓入孔底軟土中，以均勻的速度轉動，通過一定的測量系統(tǒng)，測得其轉動時所需之力矩，直至土體破壞，從而計算出土的抗剪強度。上述具體測試過程中，待測粘性土需提供足夠的支撐反力，才能保證測試順利進行。

目前，在海洋深水環(huán)境下，淺土層均為高含水量的軟弱粘土，該類土的剪切強度是深水巖土工程勘察中一個需要確定的重要力學指標。然而，上述剪切強度的具體測試過程中，淺層軟弱粘土的抗剪強度并不能夠為常規(guī)原位十字板剪切試驗的測試裝備提供足夠的支撐反力；因此，現(xiàn)有技術中的十字板剪切實驗設備并不能夠實現(xiàn)上述淺土層的剪切強度測量。

基于此，本領域的技術人員也嘗試通過其他方式測量上述高含水量的軟弱粘土；具體通過塑料管從箱式取樣器中套取一定管柱的待測粘土，通過塑料管的管壁限制粘土以避免產生大范圍的流動，進而在塑料管內測得上述待測粘土的剪切強度；上述測試過程為存在有如下缺點：測試為人工逐點測試，且僅能記錄剪切強度的峰值，不能實現(xiàn)連續(xù)追蹤測試；測試為豎直定向測試，不能實現(xiàn)水平定位，以及不能實現(xiàn)同一平面的多點測試，測試結果誤差大；塑料管的管柱取樣操作涉及有二次取樣操作，對待測粘土的擾動性大，影響最終測試結果的準確性。

技術實現(xiàn)要素：

本申請解決的技術問題是提供一種控制系統(tǒng)，能夠有效克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，能夠實現(xiàn)高含水量的軟弱粘土的剪切強度測試，能夠有效保證最終測試結果的精度。

為解決上述技術問題，本申請?zhí)峁┝艘环N控制系統(tǒng)，設置有控制機構；

所述控制機構設置為與驅動機構連接，所述控制機構設置有控制電路，所述控制機構設置為輸出啟動測試指令給所述驅動機構，并設置為實時讀取所述十字板測試組件的轉角值和對應的扭矩值；其中，驅動機構設置在定位機構上，所述驅動機構設置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設置為插入到待測粘土并測量其剪切強度。

上述控制系統(tǒng)，還可具有如下特點，

所述十字板測試組件設置有連桿、十字板；其中，所述連桿的頂端設置為連接所述驅動電機的輸出軸端，所述連桿的底端設置為連接所述十字板；所述驅動電機的正轉設置為測試粘土的原狀剪切強度、擾動強度，所述驅動電機的正反轉設置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣；所述十字板測試組件設置有傳感器，所述傳感器設置為實時檢測所述十字板所受扭矩值并輸送給所述控制電路；所述控制電路設置為，接收存儲所述傳感器的檢測扭矩值，并顯示于所述控制電路所連接的顯示器上。

上述控制系統(tǒng)，還可具有如下特點，

所述控制電路連接有控制信號發(fā)生裝置，所述控制信號發(fā)生裝置設置為提供控制信號，并設置為通過所述控制電路控制生成相應控制信號；所述控制電路連接有傳感器信號調節(jié)裝置，所述傳感器信號調節(jié)裝置設置為，對傳感器輸出的電信號進行濾波放大操作；所述控制電路連接有測量信號采集裝置，所述測量信號采集裝置設置為，采集所述傳感器信號調節(jié)裝置輸出的信號，并以數(shù)字量形式輸出至控制機中；所述控制電路連接有控制機，所述控制機設置為，計算所述測量信號采集裝置輸出的數(shù)字量形式的信號，得出剪切強度歲時間變化曲線并顯示至屏幕上。

上述控制系統(tǒng)，還可具有如下特點，

所述定位機構設置有水平定位結構與豎直定位結構；其中，

所述水平定位結構設置有相互垂直的第一導軌組和第二導軌組，所述第一導軌組設置在所述設備支架的上表面，所述第二導軌組設置在所述第一導軌組的上方，所述第一導軌組、第二導軌組均設置有兩個平行設置的單軌；所述第二導軌組的下表面設置有第一滑槽，所述第一滑槽設置為套設安裝所述第一導軌組，并設置為引導所述第二導軌組，沿所述第一導軌組滑動；所述第二導軌組的上表面設置有支撐板，所述支撐板設置為連接支撐所述豎直定位結構；所述支撐板的下表面設置為第二滑槽，所述第二滑槽設置為套設安裝所述第二導軌組，并設置為引導所述支撐板，沿所述第二導軌組滑動。

上述控制系統(tǒng)，還可具有如下特點，

所述豎直定位結構設置有第三導軌組和定位圓盤，所述定位圓盤的轉軸處設置有齒輪結構，所述第三導軌組相應設置有齒條結構；所述定位圓盤的轉動動作，設置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿所述第三導軌組的豎直滑動動作；所述定位圓盤與所述第三導軌組之間設置有滑套；所述滑套設置為，套設在所述第三導軌組外側，連接所述定位圓盤，限制所述定位圓盤脫離所述第三導軌組，以及隨同所述定位圓盤豎直滑動；所述滑套的外側還連接有電機托板，所述電機托板設置為安裝所述驅動機構的驅動電機；所述第三導軌組還設置有數(shù)值標尺，所述豎直標尺設置在驅動電機一側，所述豎直標尺設置為觀測所述驅動機構的下降距離。

本申請上述技術方案具有如下有益效果：

本實用新型提供的上述技術方案，能夠有效解決陸上常規(guī)十字板剪切裝置無法直接測試深水淺層軟弱粘土不排水抗剪強度的缺陷；通過將箱式取樣器直接置于裝置底部，能夠實現(xiàn)直接對箱中待測軟粘土進行測試，能夠有效規(guī)避現(xiàn)有十字板剪切強度測試方法中需用取樣管進行“二次取樣”的步驟，減小土樣的擾動，使測試結果更為真實地反映軟粘土在海床中力學狀態(tài)；通過轉角-強度曲線圖形實時顯示軟弱粘土的強度隨轉角的變化過程，使得測試結果更加直觀，并能夠得出連續(xù)的變化過程，為后期的監(jiān)測分析提供全面的數(shù)據(jù)。

另外，除了能夠進行海洋深水的剪切強度試驗外，本申請還可以進行軟弱粘土的靈敏度和觸變性試驗，能夠有效提高本申請的適用廣泛性：并能夠通過在完成原狀強度測試后，控制電機勻速轉動使軟弱粘土完全擾動，并進行相應的擾動強度，能夠有效地規(guī)避人工擾動土樣導致測試數(shù)據(jù)離散性大、測試結果不客觀的缺陷。

本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型實施例而了解。本申請的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本申請技術方案的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術方案，并不構成對本申請技術方案的限制。

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖一；

圖2為本實用新型實施例的結構示意圖二；

圖3為本實用新型實施例的結構示意圖三；

圖4為本實用新型實施例的剪應力隨轉角變化曲線示意圖。

具體實施方式

下文中將結合附圖對本申請的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

結合圖1、圖2以及圖3所示，

本實用新型實施例提供了一種控制系統(tǒng)，以及提供了一種包含上述控制系統(tǒng)的剪切強度測試裝置；

其中，控制系統(tǒng)設置有控制機構，控制機構設置為與驅動機構連接，所述控制機構設置有控制電路，所述控制機構設置為輸出啟動測試指令給所述驅動機構，并設置為實時讀取所述十字板測試組件的轉角值和對應的扭矩值；其中，驅動機構設置在定位機構上，所述驅動機構設置有十字板測試組件，所述十字板測試組件設置為插入到待測粘土并測量其剪切強度；

本實用新型上述方案中的驅動機構設置有驅動電機9，十字板測試組件設置有連桿、十字板11；其中，連桿的頂端設置為連接驅動電機9的輸出軸端，連桿的底端設置為連接十字板；其中，驅動電機9的正轉設置為測試粘土的原狀剪切強度、擾動強度，驅動電機9的正反轉設置為擾動待測試粘土并獲取擾動土樣。優(yōu)選地，驅動電機9設置為安裝在定位機構的豎直定位結構中，并設置為帶動十字板測試組件，隨同定位機構進行定位操作。優(yōu)選地，十字板測試組件設置有傳感器，傳感器設置為實時檢測十字板所受扭矩值并輸送給控制電路；控制電路設置為，接收存儲傳感器的檢測扭矩值，并顯示于控制電路所連接的顯示器上。其中，上述傳感器可設置在連桿的頂端，如圖中標號10處；相應的，也可設置在連桿的底端，具體的設置位置以能夠實現(xiàn)十字板的所受扭矩檢測為準。

具體操作中，可通過上述控制電路控制驅動電機9正轉啟動，并通過連桿帶動十字板一同轉動；上述十字板在粘土中的轉動過程中，完成相應的剪切強度測試操作。當需要進行測試粘土的擾動土樣的擾動強度時，通過控制電路控制驅動電機9正轉啟動并對土樣進行擾動，完成該方向的擾動后；控制驅動電機9反轉，并對土樣進行另一方向擾動，完成該方向的擾動后，此時擾動土樣已具備測量擾動強度的條件；后續(xù)的測量操作與測量剪切強度的步驟相同，最終可得出土樣的擾動強度。

進一步的，上述控制電路還連接有控制信號發(fā)生裝置，控制信號發(fā)生裝置設置為提供控制信號，并設置為通過控制電路控制生成相應控制信號；控制電路連接有傳感器信號調節(jié)裝置，傳感器信號調節(jié)裝置設置為，對傳感器輸出的電信號進行濾波放大操作；控制電路連接有測量信號采集裝置，測量信號采集裝置設置為，采集傳感器信號調節(jié)裝置輸出的信號，并以數(shù)字量形式輸出至控制機中；控制電路連接有控制機，控制機設置為，計算測量信號采集裝置輸出的數(shù)字量形式的信號，得出剪切強度歲時間變化曲線并顯示至屏幕上。

如下將結合上述控制系統(tǒng)與包含該控制系統(tǒng)的剪切強度測試裝置，進行詳細說明：剪切強度測試裝置可以設置有設備支架1、上述驅動機構、定位機構以及上述控制系統(tǒng)；其中，設備支架1設置有容納待測箱式取樣器3的空腔，設備支架1的上表面設置為放置定位機構；驅動機構設置在定位機構上，驅動機構設置有十字板測試組件，十字板測試組件設置為插入到待測粘土并測量其剪切強度；定位機構設置有水平定位結構和豎直定位結構，水平定位結構設置為，實現(xiàn)十字板測試組件在待測箱式取樣器3中的水平定位；豎直定位結構設置為，實現(xiàn)十字板測試組件在待測箱式取樣器3中的豎直定位；控制機構設置有控制電路，控制機構設置為輸出啟動測試指令給驅動機構，并設置為實時讀取十字板測試組件的轉角值和對應的扭矩值。

具體操作中，可通過上述控制機構，控制安裝在定位機構上的驅動機構啟動，并進行相應粘土的剪切強度測試；十字板測試組件的測試過程中，通過控制電路實施上傳扭矩值，控制電路同時采集其控制驅動機構的相應轉角；通過控制電路獲取的轉角值以及扭矩值，并生成相應的曲線，最終完成上述剪切強度測試；需要說的是，本申請上述技術方案最終得出的測試曲線為連續(xù)曲線，能夠有效的反映出從測試初期到測試峰值之間的粘土性能連續(xù)變化值，能夠為后期的粘土性能處理分析提供充分完善的資料；本申請上述技術方案僅通過一次取樣，即箱式取樣器的取樣操作，即可完成最終測試操作；能夠有效避免現(xiàn)有技術中的二次取樣所帶來的擾動；能夠較好的適用于高含水量的軟弱粘土，能夠實現(xiàn)最終的精確測試操作。

為了能夠優(yōu)化相應的設備支架1，本實用新型上述方案中的設備支架1可以設置為鋼架結構，鋼架結構的上表面設置為放置定位機構，鋼架結構的中間腔體設置為容納待測箱式取樣器3；測試過程中，驅動機構設置為，通過定位機構，沿鋼架結構的上表面，進入中間腔體放置的待測箱式取樣器3中。優(yōu)選地，設備支架1還可設置有調平結構2，調平結構2設置為調平螺栓，調平結構2設置在鋼架結構的底部。

具體操作中，可通過上述鋼架結構中預設的中間腔體放置待測箱式取樣器3，進而驅動機構通過腔體上方進入所述待測箱式取樣器3中，以進行相應的測試操作；測試完成后，將上述驅動機構退回初始位置，并將箱式取樣器退出至所述中間腔體外側即可；另外，通過上述調平螺栓能夠實現(xiàn)設備支架1的位置調整，能夠有效保證其上方所安裝的驅動機構處于豎直狀態(tài)，能夠有效保證最終測試的精確度。

為了能夠優(yōu)化相應的定位機構，本實用新型上述方案中的水平定位結構可以設置有相互垂直的第一導軌組和第二導軌組4，第一導軌組設置在設備支架1的上表面，第二導軌組4設置在第一導軌組的上方，第一導軌組、第二導軌組4均設置有兩個平行設置的單軌；第二導軌組4的下表面設置有第一滑槽，第一滑槽設置為套設安裝第一導軌組，并設置為引導第二導軌組4，沿第一導軌組滑動；第二導軌組4的上表面設置有支撐板5，支撐板5設置為連接支撐豎直定位結構；支撐板5的下表面設置為第二滑槽，第二滑槽設置為套設安裝第二導軌組4，并設置為引導支撐板5，沿第二導軌組4滑動。

具體操作中，可通過上述第一導軌組和第二導軌組4的配合滑動，實現(xiàn)待測粘土的水平面的任意點定位；同時，上述導軌優(yōu)選設置為SBR導軌結構，能夠有效避免測試過程中沉入進入滑軌中所引起的定位誤差或者傾斜等。通過上述支撐板5在第二導軌組4上的滑動，能夠實現(xiàn)該滑動方向的定位；通過第二導軌組4在第一導軌組上的滑動，能夠實現(xiàn)該滑動方向的定位；基于此，即可實現(xiàn)水平面的任意點定位。

優(yōu)選地，上述第一滑槽與第二滑槽的側面均可以設置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母的擰緊設置為固定所述第二導軌組4以及所述支撐板5的水平位置。具體操作中，當通過第一導軌組和第二導軌組4確定好水平定位結構的水平位置后，即可鎖緊上述兩處位置的鎖緊螺母，進而實現(xiàn)當前水平位置的鎖定，以限制在測試過程中，水平定位結果發(fā)生偏移誤差；上述鎖緊螺母的設置能夠有效保證測試過程的穩(wěn)定性。

相應的，豎直定位結構也可以設置有第三導軌組6和定位圓盤7，定位圓盤7的轉軸處設置有齒輪結構，第三導軌組6相應設置有齒條結構；定位圓盤7的轉動動作，設置為通過齒輪齒條配合，實現(xiàn)沿第三導軌組6的豎直滑動動作；定位圓盤7與第三導軌組6之間設置有滑套13；滑套13設置為，套設在第三導軌組6外側，連接定位圓盤7，限制定位圓盤7脫離第三導軌組6，以及隨同定位圓盤7豎直滑動；滑套的外側還連接有電機托板，電機托板設置為安裝驅動機構的驅動電機9。

具體操作中，可通過上述定位圓盤7轉動，通過滑套以及齒輪齒條結構的配合，以實現(xiàn)定位圓盤7沿所述第三導軌組6的下降操作；需要說明的是，上述豎直定位結構也可以選擇滾珠絲杠副的結構形式，同樣能夠實現(xiàn)上述豎直方向上的定位操作，具體原理此處不再贅述。優(yōu)選地，定位圓盤7沿環(huán)向等間距設置分位孔12，用于控制定位圓盤7旋轉周數(shù)。本申請上述技術方案通過所述豎向定位結構通過齒輪與齒狀結構的咬合，控制豎向定位結構的升降操作；并與水平定位結構共同構成三維定位系統(tǒng)，實現(xiàn)測量位置的三維定位。

優(yōu)選地，上述豎直定位結構中，第三導軌組6還設置有數(shù)值標尺，所述豎直標尺設置在所述驅動電機9一側，所述豎直標尺設置為觀測所述驅動機構的下降距離；定位圓盤7的邊緣設置有25個開孔，與齒輪的齒數(shù)相配合，旨在通過開孔轉動直觀體現(xiàn)出轉軸處齒輪的轉動操作；其中，相鄰兩個開孔之間的豎向定位間距為3mm；即，定位圓盤7將當前孔轉動相鄰孔位置時，驅動機構上升或者下降3mm。上述數(shù)值標尺能夠便于實驗者的實驗操作，能夠實現(xiàn)定位數(shù)值的快速讀取，能夠有效提高測試的整體效率。

優(yōu)選地，定位圓盤7還可以連接有轉動手柄8，轉動手柄8的端部設置有卡頭，所述卡頭可所述定位圓盤7邊緣的孔相嵌合；豎直定位操作完成后，所述卡頭設置為嵌入到所述定位圓盤7邊緣的孔中，以固定所述定位圓盤7防止其轉動。當在進行豎向定位時，操作者手握轉動與定位圓盤7連接的手柄，順時針旋轉向上移動，逆時針旋轉向下移動。電機托盤的左側的數(shù)值標尺，操作時通過觀察指針指示的刻度確定豎向測量位置，待指針指示達到預定目標的刻度后，將轉動搖柄端部卡頭嵌入花盤定位孔中即可。

本申請上述方案中的控制機構可通過如下方案實現(xiàn)：

控制機構設置為驅動電機提供輸入控制信號，并通過調整控制信號的輸入速率和信號正負符號，實現(xiàn)對驅動電機轉速和轉向的調整，驅動電機由控制機在終端控制其轉向及(0.01～3600)度/秒?yún)^(qū)間內的轉速連續(xù)可調；

控制電路連接有控制信號發(fā)生裝置，其設置為提供控制信號，并通過控制電路控制該發(fā)生裝置生成控制信號的頻率和形式；

控制電路連接有傳感器信號調節(jié)裝置，其設置為對測量傳感器輸出的電信號進行必要的濾波和放大，并根據(jù)不同型號的十字板測頭相互配合使用，以保證不同量程測試結果的精度；其中，傳感器量程為0-±3N·m，精度為0.3％，靈敏度為2mv/V；

控制電路連接有測量信號采集裝置，其設置是將傳感器信號調節(jié)裝置處理后的傳感器電信號進行采集，并以數(shù)字量的形式傳輸至控制機；

控制電路所連接的控制機，設置為對上述數(shù)字量形式的測試結果進行換算、存儲，并將整個剪切試驗中軟弱粘土剪切強度隨時間的連續(xù)變化過程，以圖形方式實時顯示至屏幕上。

優(yōu)選地，上述傳感器信號調節(jié)裝置、控制信號發(fā)生裝置以及測量信號采集裝置，均集成于抗干擾能力強的的機箱內。

圖4僅為本實用新型實施例的剪應力隨轉角變化曲線示意圖；僅供本領域技術人員參考。如圖4所示，窗口右邊的S_u/kPa下面的文本框中顯示的縱坐標值，即為十字板試驗測得的剪切強度，具體為11.6KPa。相關參數(shù)設置為，測試時間150秒，測試速率為0.1度/秒，十字板頭量程為0-40KPa。

需要說明的是，本申請中，十字板處設置的傳感器，其檢測十字板所受扭矩，并通過相應的信號轉換放大等操作，最終轉換成圖4中顯示的剪切強度值；上述信號檢測轉換均屬于本領域中常見的信號檢測操作，故，具體的信號檢測轉換不再贅述。本領域的技術人員根據(jù)本技術方案的上述提示，在具體實施過程中，可以選擇任意類型的傳感器，以能夠實現(xiàn)扭矩檢測的功能為準；其中，具體選用何種類型的傳感器不受本專利所保護。上述信號的檢測等操作可通過控制電路實現(xiàn)，其組成均屬于本領域常用的電器元件；另外，上述控制電路結構中并不涉及軟件程序的改進。

需要說明的是，本申請所涉及的原位強度，具體為海床上(例如，1000米以下，并且承受水壓的情況下)直接進行的測量的剪切強度，并未涉及箱式取樣器的取樣操作；所涉及的原狀剪切強度，具體為通過箱式取樣器從海床上進行取樣后，在箱式取樣器中進行的測量剪切強度操作；所涉及的擾動強度，具體為通過箱式取樣器從海床上進行取樣后，在箱式取樣器中進行的測量擾動強度操作。

本實用新型提供的上述技術方案，能夠有效解決陸上常規(guī)十字板剪切裝置無法直接測試深水淺層軟弱粘土不排水抗剪強度的缺陷；通過將箱式取樣器直接置于裝置底部，能夠實現(xiàn)直接對箱中待測軟粘土進行測試，能夠有效規(guī)避現(xiàn)有十字板剪切強度測試方法中需用取樣管進行“二次取樣”的步驟，減小土樣的擾動，使測試結果更為真實地反映軟粘土在海床中力學狀態(tài)；通過轉角-強度曲線圖形實時顯示軟弱粘土的強度隨轉角的變化過程，使得測試結果更加直觀，并能夠得出連續(xù)的變化過程，為后期的監(jiān)測分析提供全面的數(shù)據(jù)；通過在水平定位結構中設置滑槽結果，以能夠具有低阻力、高剛性、高精度、運行平穩(wěn)的特點，并有效解決測試過程塵土進入定位系統(tǒng)引起定位困難的問題，且能夠適用于高酸堿、高潮濕的海上惡劣作業(yè)環(huán)境；通過在豎向定位裝置采用定位圓盤結構，并且沿環(huán)向設置等間距分位孔，通過控制分位孔的數(shù)量，可實現(xiàn)不同精度的豎向定位；在豎向定位時，通過控制定位圓盤的旋轉圈數(shù)，能夠實現(xiàn)實現(xiàn)豎向的便捷定位以及精準定位；通過將傳感器信號放大裝置、控制信號發(fā)生裝置以及測量信號采集裝置集成于抗干擾能力強的的機箱內，并通過控制器及驅動器隔離設置，有效地減少驅動器強電系統(tǒng)對測試過程中各類信號的干擾，進而保證測試數(shù)據(jù)的真實和完整；除了能夠進行海洋深水的剪切強度試驗外，本申請還可以進行軟弱粘土的靈敏度和觸變性試驗，能夠有效提高本申請的適用廣泛性：并能夠通過在完成原狀強度測試后，控制電機勻速轉動使軟弱粘土完全擾動，并進行相應的擾動強度，能夠有效地規(guī)避人工擾動土樣導致測試數(shù)據(jù)離散性大、測試結果不客觀的缺陷。

本領域的技術人員應該明白，雖然本實用新型實施例所揭露的實施方式如上，但所述的內容僅為便于理解本實用新型實施例而采用的實施方式，并非用以限定本實用新型實施例。任何本實用新型實施例所屬領域內的技術人員，在不脫離本實用新型實施例所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細節(jié)上進行任何的修改與變化，但本實用新型實施例的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。