CN101655491A - 一种可调整深度间隔的深度信号发生装置 - Google Patents

Abstract

一种可调整间隔深度的深度信号发生装置，该发明是由固定框架、摩擦轮、摩擦轮中轴、与转动轴相连的带螺旋面的转盘、位移传感器、数据采集系统组成。摩擦轮在转动时通过摩擦轮中轴和固定螺栓带动带螺旋面的转盘同步转动；位移传感器的触杆与螺旋面的转盘上的导向槽接触，当带螺旋面的转盘转动时，位移传感器的读数即发生变化；这样，摩擦轮在静力触探探杆摩擦力的作用下转动时，位移传感器就可以实现贯入深度的测定，数据采集深度间隔可根据地层情况采用改变采集位移间隔值的方法进行调整，从而实现对小于5cm较薄夹层土的辨识和探测。

Description

一种可调整深度间隔的深度信号发生装置

技术领域

本发明涉及用于土力学静力触探试验过程中的一种可调整间隔深度的深度信号发生装置。

背景技术

目前，进行静力触探试验时，一般都要根据相应标准、规程的要求，在探头贯入过程中，每隔一定的深度间隔(一般为5cm或10cm)通过二次仪表记录一次探头上各传感器的对应数据。对于数据记录间隔的控制，目前虽有采用在探杆上作标记人工观察的方法，但大多数都是采用与二次仪表相连接的深度信号发生器来实现读数间隔的控制。深度信号发生器一般都是采用在一个能够随探杆贯入而同步转动的摩擦轮上设置一个带凸起或缺口的圆柱体来触发开关，实现摩擦轮每转一圈记录一次探头数据的目的。在土层较均匀时，采用这种结构的深度信号发生器装置一般都能够满足相应的标准、规程的对探头记录数据的要求。但是，由于实际地下土层是很不均匀的，往往存在很多厚度小于5cm，甚至小于1cm的各种夹层，而且这些夹层的物理力学性质一般与其相邻土层的性质有较大差异，采用目前的深度信号发生器就很难探测到这些夹层的存在和其准确深度。按目前国内外较通用的几种规格的静力触探探头，孔隙水压力传感器和锥尖阻力传感器在理论上对较薄的夹层一般都可以探测到，侧摩擦筒由于长度较大，对探测厚度较薄的土层敏感程度明显比孔隙水压力和锥尖阻力低，但目前所采用的深度发生器对孔隙水压力、锥尖阻力和侧摩阻的数据都是按5cm或10cm的深度间隔进行记录，对小于5cm较薄夹层的辨识和探测就十分困难，而此问题一直未得到解决。

发明内容

本发明的目的是：为解决在静力触探试验中辨识和探测到土层中小于5cm较薄夹层的问题，提供一种结构更合理、采集记录数据间隔深度可调整的深度信号发生装置，它能有效解决静力触探试验过程中对土层中小于5cm的较薄夹层的辨识和探测问题，以达到通过静力触探试验获取更多土层信息的目的，使揭示的土层更接近真实情况，且结果更准确。

本发明的目的是这样实现的：静力触探深度信号发生装置由固定框架、摩擦轮、摩擦轮中轴、与摩擦轮中轴相连的带螺旋面的转盘、固定螺栓、位移传感器、数据采集系统组成；其特征是摩擦轮2、摩擦轮中轴3的轴线与带螺旋面的转盘5的圆心重合，摩擦轮2的直径为25～35mm，带螺旋面的转盘5的直径为25～30mm，带螺旋面的转盘5通过带螺旋面的转盘固定螺栓9及摩擦轮中轴3和摩擦轮2连结，带螺旋面的转盘5上有深度和宽度为2～3mm的螺旋面上的导槽8，位移传感器触杆11与螺旋面上的导槽8接触，当带螺旋面的转盘5转动时，位移传感器10的读数即发生变化，根据摩擦轮2的周长和螺旋面7的倾斜角不同，可以调整位移传感器10的标定系数，使摩擦轮2旋转一周时，位移传感器10显示的位移变化值与摩擦轮2的周长值相等。螺旋面7的倾斜角为5～10°螺旋面上的导槽8的倾斜角与螺旋面7的倾斜角相等。摩擦轮2和带螺旋面的转盘5是可以拆装的，且摩擦轮2和带螺旋面的转盘5的直径可根据需要进行调整。在数据采集系统23中可根据试验的要求按设定的位移间隔值进行探头数据记录，设置的记录深度间隔根据地层情况可在1mm到摩擦轮2的周长值之间进行调整；位移传感器10可以根据试验的要求更换不同量程和精度位移传感器10；根据摩擦轮的周长和螺旋面的倾斜角不同，可以调整位移传感器的标定系数，使摩擦轮旋转一周时，位移传感器显示的位移变化值与摩擦轮的周长值相等。在进行静力触探试验时，先将转盘上的导向槽的最低点转到位移传感器的触杆处，并将位移传感器的初值调零，开始测读探头上各传感器的数据。这样，在摩擦轮随探杆转动时，位移传感器就可以测定静力触探探杆的贯入深度，当贯入深度达到摩擦轮的周长值，即摩擦轮转动一圈后，再继续贯入时，位移传感器的读数又会从0开始随静力触探探杆的贯入而逐渐增加，继续贯入的深度达到摩擦轮的周长值后，位移传感器的读数又会重复上述过程，这样就可以实现触探深度的连续测定，总的贯入深度即为摩擦轮的转动整数圈数乘以摩擦轮的周长值再加最后摩擦轮不足一圈时位移传感器的读数值。记录试验过程中探头上各传感器的对应数据，只需在数据采集系统中根据试验的要求，按设定的位移间隔进行采集即可，设定的记录深度间隔可根据地层情况进行调整，从而实现对小于5cm较薄夹层的辨识和探测。

由于本发明采用位移传感器的方式获取静力触探贯入深度信息，而且结构很简单，对试验操作方法无特殊的要求，可以方便地实现静力触探试验中辨识和测定小于5cm较薄夹层土的目的。

附图说明

图1是静力触探深度信号发生装置整体正视图

图2是静力触探深度信号发生装置左视图

图3是静力触探深度信号发生装置右视图

图4是带螺旋面的转盘正视图

图5是带螺旋面的转盘A-A剖面图

图6是带螺旋面的转盘上视图

如图所示：固定框架1、摩擦轮2、摩擦轮中轴3、摩擦轮中轴轴承4、带螺旋面的转盘5、带螺旋面的转盘固定孔6、螺旋面7、螺旋面上的导槽8、带螺旋面的转盘固定螺栓9、位移传感器10、位移传感器触杆11、位移传感器电缆12、位移传感器夹具13、位移传感器固定立柱14、U形框架15、双锥面导向轮16、双锥面导向轮中轴17、双锥面导向轮中轴轴承18、U形框架伸缩螺杆19、U形框架调整螺栓20、U形框架伸缩弹簧21、静力触探探杆22、数据采集系统23。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明静力触探深度信号发生装置整体正视图。进行试验前，先根据摩擦轮2的周长和螺旋面7的倾斜角不同，调整位移传感器10的标定系数，使摩擦轮2旋转一圈时，位移传感器触杆11在螺旋面7螺旋面上的导槽8中显示的位移变化值与摩擦轮2的周长相等。再根据静力触探探杆22的尺寸，通过U形框架调整螺栓20和U形框架伸缩螺杆19来调整U形框架15的位置，通过U形框架伸缩弹簧21使静力触探探杆22和双锥面导向轮16及摩擦轮2接触良好，并保证静力触探探杆22在双锥面导向轮16及摩擦轮2之间移动时，双锥面导向轮16以双锥面导向轮中轴17为中心在双锥面导向轮中轴轴承18内自由转动，摩擦轮2也能够以摩擦轮中轴3为中心在摩擦轮中轴轴承4内自由转动。然后将带螺旋面的转盘5通过带螺旋面的转盘固定孔6和带螺旋面的转盘固定螺栓9固定在摩擦轮中轴3上，并使螺旋面7背向固定框架1，再将位移传感器固定立柱14固定在固定框架1的相应位置，依次安装好位移传感器夹具13和位移传感器10，将位移传感器电缆12连接到数据采集系统23上，调整移传感器10与螺旋面7的相对位置，使位移传感器触杆11在螺旋面上的导槽8内滑动一圈所产生的位移变化量在位移传感器10的量程范围内。

在进行试验时，由于伸缩弹簧21提供的弹力将摩擦轮2贴紧静力触探探杆22，摩擦轮2就会随静力触探探杆22贯入而转动，摩擦轮2再通过摩擦轮中轴3和带螺旋面的转盘固定螺栓9带动带螺旋面的转盘5同步转动；由于位移传感器触杆11与螺旋面7上的螺旋面上的导槽8接触，当带螺旋面的转盘5转动时，位移传感器10的读数即发生变化。在静力触探探杆22贯入时，先将转盘上的导向槽8的最低点转到位移传感器的触杆11处，并将位移传感器10的初值调零，开始测读探头上各传感器的数据。这样，在摩擦轮2随静力触探探杆22转动时，位移传感器10就可以测定静力触探探杆22的贯入深度，当贯入深度达到摩擦轮2的周长值，即摩擦轮转动一圈后，再继续贯入时，位移传感器10的读数又会从0开始随静力触探探杆22的贯入而逐渐增加，继续贯入的深度达到摩擦轮2的周长值后，位移传感器10的读数又会重复上述过程，这样就可以实现贯入深度的连续测定，总的贯入深度即为摩擦轮2的转动整数圈数乘以摩擦轮2的周长值再加最后摩擦轮2不足一圈时位移传感器10的读数值。记录试验过程中探头上各传感器的对应数据，只需在数据采集系统23中根据试验的要求按设定的位移间隔进行采集即可，设置的记录深度间隔根据地层情况可在1mm到摩擦轮2的周长值之间进行调整。本发明采用位移传感器10与带螺旋面的转盘5相结合的方式，利用带螺旋面的转盘5和摩擦轮2随静力触探探杆22的贯入从而转动，并使位移传感器10的读数周期性地由0增加到摩擦轮2的周长值的特点，结合数据采集系统23中设定的数据采集位移间隔值，即可方便地实现静力触探探杆22的贯入深度的连续测定和采集，从而到达对小于5cm较薄夹层的辨识和探测的目的。且结构简单，操作方便。

Claims (3)

1.一种可调整深度间隔的深度信号发生装置，主要由固定框架、摩擦轮、摩擦轮中轴、与转动轴相连的带螺旋面的转盘、位移传感器、数据采集系统组成；其特征是摩擦轮(2)、摩擦轮中轴(3)的轴线与带螺旋面的转盘(5)的圆心重合，摩擦轮(2)的直径为25～35mm，带螺旋面的转盘(5)的直径为25～30mm，带螺旋面的转盘(5)通过带螺旋面的转盘固定螺栓(9)及摩擦轮中轴(3)和摩擦轮(2)连结，带螺旋面的转盘(5)上有深度和宽度为2～3mm的螺旋面上的导槽(8)，位移传感器触杆(11)与螺旋面上的导槽(8)接触，当带螺旋面的转盘(5)转动时，位移传感器(10)的读数即发生变化，根据摩擦轮(2)的周长和螺旋面(7)的倾斜角不同，可以调整位移传感器(10)的标定系数，使摩擦轮(2)旋转一周时，位移传感器(10)显示的位移变化值与摩擦轮(2)的周长值相等。螺旋面(7)的倾斜角为5～10°螺旋面上的导槽(8)的倾斜角与螺旋面(7)的倾斜角相等；设置的记录深度间隔根据地层情况可在1mm到摩擦轮(2)的周长值之间进行调整，在数据采集系统(23)中可根据试验的要求按设定的位移间隔值进行探头数据记录。

2.根据权利要求1所述的一种可调整深度间隔的深度信号发生装置，其特征是摩擦轮(2)和带螺旋面的转盘(5)是可以拆装的，且摩擦轮(2)和带螺旋面的转盘(5)的直径可根据需要进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种可调整深度间隔的深度信号发生装置，其特征是位移传感器(10)，可以根据试验的要求更换不同量程和精度位移传感器(10)。

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