本發(fā)明涉及一種小型旋轉水槽制備泥石流的正應力測定裝置，屬于巖土工程技術和海洋工程地質領域。

背景技術：

小型旋轉水槽(旋轉水槽直徑0.5m以下)可用于制作泥石流。在泥石流底部與旋轉水槽槽底接觸的地方，由于泥石流對槽底的作用，會產(chǎn)生一定的正應力。該正應力與泥石流的侵蝕效應和沖擊效應密切相關，是一個重要的物理參數(shù)。

小型旋轉水槽具有結構簡單、制作方便、成本較低的特點，但正是由于其尺寸小、槽內正應力低，導致其正應力的測定裝置具有一定的特殊性，目前還沒有針對此正應力的測定裝置。

類似的正應力測定裝置是國外針對大型旋轉水槽(旋轉水槽直徑2.5m)的正應力測定裝置，但由于其構造復雜、體積大，不宜安裝在小型旋轉水槽上，尤其是位于槽底的稱重傳感器傳力部件墊塊穿過旋轉水槽壁上孔，采用膠體或油脂使孔周圈的空隙密封，會產(chǎn)生一個附加力作用在傳感器上，導致測量精度下降。

對于小型旋轉水槽，由于正應力本來就小(不足5kpa)，這個新增的附加力作用在傳感器上，導致正應力根本測不準。

目前國內的小型旋轉水槽裝置目前還沒有配備正應力的測定裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有的制作泥石流的小型旋轉水槽實驗裝置(旋轉水槽直徑0.5m以下)，目前還沒有正應力測定裝置的報道；小型旋轉水槽底部正應力低(不足5kpa)，要求正應力測量精度高，且用于密封的材料或裝置不可對正應力測定產(chǎn)生任何干擾；正應力測定傳感器體積必須小，且需要牢固固定在旋轉水槽上；旋轉水槽的旋轉導致正應力測定傳感器不可與數(shù)據(jù)采集儀直接連接。

本發(fā)明采取以下技術方案：

一種小型旋轉水槽制備泥石流的正應力測定裝置，包括稱重傳感器、支架、薄膜、空心導電滑環(huán)和數(shù)據(jù)采集儀。

在呈圓環(huán)狀旋轉水槽的周邊中心處開有比墊塊尺寸大的測試孔，由大于測試孔面積的薄膜覆蓋，薄膜的周圈與圓環(huán)狀旋轉水槽內壁粘接密封。

在所述測試孔內置入墊塊且不接觸測試孔，墊塊固定于呈長條形稱重傳感器的測量端，稱重傳感器的長度方向與所述圓環(huán)狀旋轉水槽的軸線一致。

位于所述測試孔的外部設置u形支架，u形支架的兩豎邊上端固定于測試孔的周向兩側的旋轉水槽圓環(huán)面，u形支架的下底面向圓環(huán)狀旋轉水槽的軸向延長，在延長面上通過墊片與所述稱重傳感器另一端固定端相固定。

所述稱重傳感器的導線穿過空心導電滑環(huán)與外部的數(shù)據(jù)采集儀連接。

進一步的，所述稱重傳感器含有傳力部件墊塊，墊塊通過粘接或螺栓連接在稱重傳感器測量端上。稱重傳感器推薦量程為0～150gf，推薦尺寸為41mm×7mm×5mm(長×寬×厚)。

進一步的，由于旋轉水槽中有水，所以必須密封，所述密封薄膜尺寸大于圓環(huán)狀旋轉水槽壁上方形孔，覆蓋墊塊，并且薄膜的底面與墊塊的上表面接觸，薄膜的周圈與圓環(huán)狀旋轉水槽內壁硅膠粘接密封；薄膜柔性大，厚度不大于0.1mm，其對正應力測量值的影響可以忽略不計，即實現(xiàn)了密封，又避免了大型水槽的密封方法稱重傳感器傳力部件墊塊與旋轉水槽的膠體或油脂密封引起的附加力。

進一步的，所述u形支架的下底面向旋轉水槽的軸向延長的長度與稱重傳感器的長度相應，螺栓穿過u形支架的下底面延長部位、墊片、稱重傳感器固定端將三者固定，所述u形支架兩端沿旋轉水槽切線方向延長部位與旋轉水槽圓環(huán)面硅膠粘接固定。

進一步的，采用空心導電滑環(huán)的信號傳遞方式。傳感器所在的旋轉水槽處于旋轉運動狀態(tài)，要將此信號傳到與計算機相連的數(shù)據(jù)采集儀，可以采用有線或者無線的方式。無線的信號傳遞方式，需要的設備復雜、體積大，造價高，不便于小型旋轉水槽設備使用。該發(fā)明采用稱重傳感器導線穿過空心導電滑環(huán)與數(shù)據(jù)采集儀連接，空心導電滑環(huán)解決稱重傳感器導線隨旋轉水槽旋轉的線繞問題，將電信號從與旋轉水槽一起旋轉的傳感器傳導到固定于實驗臺面的數(shù)據(jù)采集儀。其附加的噪音對于測量精度的影響屬于可以接受的范圍；推薦空心導電滑環(huán)為8線?？招膶щ娀h(huán)設備簡單、體積小、造價低，而且信號經(jīng)過空心導電滑環(huán)后的噪音強度可控制在一定范圍，滿足測量精度要求。

進一步的，數(shù)據(jù)采集儀為稱重傳感器供電，同時將稱重傳感器的電信號轉化為計算機可接受的信號。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)測量精度能滿足研究的需要(不足5kpa)，可以排除膠粘等附加外力的影響，選用適當?shù)膫鞲衅?精度0.1％)，測量誤差小于10pa。

2)結構簡單，制作方便，成本較低。

3)稱重傳感器和支架體積完全適合小型旋轉水槽使用。

4)密封穩(wěn)定可靠，且密封材料(薄膜)對泥石流運動影響小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的正應力測定裝置的整體結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的正應力測定裝置的局部結構主視圖。

圖3是本發(fā)明的正應力測定裝置的局部結構左視圖。

圖中，1.旋轉水槽，2.稱重傳感器，3.墊塊，4.薄膜，5.支架，6.螺栓，7.空心導電滑環(huán)，8.導線，9.數(shù)據(jù)采集儀，10.電腦，11.傳動軸，12.軸承，13.電機，14.背景盤。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

參見圖1，一種小型旋轉水槽制備泥石流的正應力測定裝置，包括包括稱重傳感器2、支架5、薄膜4、空心導電滑環(huán)7和數(shù)據(jù)采集儀9。

旋轉水槽1為圓環(huán)狀，材質為有機玻璃，前后蓋與環(huán)狀旋轉水槽壁之間硅膠密封。傳動軸11上安裝有背景盤14、軸承12、電機13。

在呈圓環(huán)狀旋轉水槽1的周邊中心處開有比墊塊3尺寸大的測試孔，由大于測試孔面積的薄膜覆蓋4，薄膜4的周圈與圓環(huán)狀旋轉水槽1內壁粘接密封。

在所述測試孔內置入墊塊3且不接觸測試孔，墊塊3固定于呈長條形稱重傳感器2的測量端，稱重傳感器2的長度方向與所述圓環(huán)狀旋轉水槽1的軸線一致。

參見圖2，位于所述測試孔的外部設置u形支架5，u形支架5的兩豎邊上端固定于測試孔的周向兩側的旋轉水槽1圓環(huán)面，粘接面積大，使得支架與旋轉水槽外表面之間的相對位移極小，有利于u形支架5的穩(wěn)定性。u形支架5的下底面向圓環(huán)狀旋轉水槽1的軸向延長，在延長面上通過墊片與所述稱重傳感器2另一端固定端相固定。

所述稱重傳感器2的導線8穿過空心導電滑環(huán)7與外部的數(shù)據(jù)采集儀9連接。

參見圖3，所述稱重傳感器2為條狀、中間有兩小孔，懸臂梁結構，含有傳力部件墊塊3和導線8，稱重傳感器2固定端與支架中間有墊片，使稱重傳感器懸空，形成懸壁梁測量結構。稱重傳感器推薦量程為0～150gf，推薦尺寸為41mm×7mm×5mm(長×寬×厚)。墊塊可粘接或螺栓連接在稱重傳感器上，材料可以是硬塑，墊塊的尺寸為15mm×10mm×7mm(長×寬×厚)。

參見圖2，薄膜4尺寸大于旋轉水槽1壁上方形孔，薄膜4的周圈與旋轉水槽內壁硅膠粘接密封。薄膜1柔性大，其對正應力測量值的影響可以忽略不計；厚度不大于0.1mm，厚度小，其對泥石流運動產(chǎn)生的影響可以忽略不計。薄膜即實現(xiàn)了密封，又避免了大型水槽的密封方法稱重傳感器傳力部件墊塊與旋轉水槽的膠體或油脂密封密封引起的附加力。

參見圖1，所述空心導電滑環(huán)7至少需要具有4線，推薦8線。

參見圖1，所述數(shù)據(jù)采集儀9推薦具有2通道以上，具有放大器功能和對傳感器供電功能。

參見圖1，所述計算機10推薦具有實時顯示功能。

參見圖1，原理說明：稱重傳感器2測得的力由兩部分組成，一部分是稱重傳感器2端部的重力及其離心力，另外一部分是泥石流對稱重傳感器2墊塊3(端面尺寸15mm×10mm)的壓力。前者可以通過標定剔除掉，就得到后者，即墊塊3壓力。考慮到墊塊3的端面尺寸小，在計算中認為正應力是均布于整個端面，因此將端面壓力除以端面面積，就得到端面上的正應力，即泥石流在對槽底的正應力。

以上實施例為本申請的優(yōu)選實施例，本領域的普通技術人員還可以在此基礎上進行各種變換或改進，在不脫離本申請總的構思的前提下，這些變換或改進都應當屬于本申請要求保護的范圍之內。