CN102721488A - 一种压力传感颗粒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力传感颗粒。它是由石膏、水泥等脆性材料制作成的直径为1.0mm至30.0mm的圆球。标定方法是，首先预测所测物理模型部位的应力状态，将该颗粒埋置于标定试块中，采用三轴压缩试验模拟该应力状态，压缩标定试块对该压力传感颗粒进行标定。同批同规格的压力传感颗粒的标定值取为其中三个进行了标定的颗粒标定值的平均值。进行物理模型试验时，将压力传感颗粒埋设于物理模型内部，颗粒受压破坏时产生声发射，由声发射监测仪接收，此时所监测位置的压力值为该颗粒的标定值。
Description
所属领域：
本发明涉及一种压力传感颗粒，属于应力测量领域。
背景技术：
在岩土、土木工程等学科领域，开展物理模型试验经常需要测量模型材料内部的压力，目前常用的方法是埋设压力传感器，压力传感器又以电阻应变片式和振弦式为主。这种传感器用于测量模型材料内部压力存在两方面缺点：第一，传感器感知的压力信号需要通过导线传输到接收仪表，导线布置不方便，并且会对模型的应力场产生影响；第二，传感器本身体积较大，对所测位置的应力产生较明显的影响。
发明内容：
本发明提出一种压力传感颗粒，它是由石膏、水泥等材料制成的球状颗粒。将该颗粒布置到物理模型内部，不需要导线，它就可以将所承受的压力值信号传送到模型外的接收仪表。但一个颗粒只能传递一次荷载值，因为它是以自身破坏时发射出的声信号来传感的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
采用强度容易准确调控的石膏等脆性材料制作出直径2mm的标准圆球形颗粒，三向等压至一定压力值，颗粒会被压溃。颗粒被压溃时会产生强烈的声发射信号，由声发射仪捕捉采集，此时压力值就是颗粒三向等压强度。颗粒三向等压强度可通过调节制作颗粒材料的配比来调整，由其可制作出具有不同抗压能力的颗粒来满足试验需求。
物理模型试验中，所测部位的应力状态有可能不是三向等压状态。在这种情况下压力传感颗粒的标定荷载状态就不能采用三向等压应力状态，而要采用所监测部位的应力状态。标定的方法是：首先要预测所测部位的应力状态，将压力传感颗粒埋置于标定试块中，标定试块材料的强度应大于该颗粒材料强度的3倍，标定试块最小方向几何尺寸要大于该颗粒直径的3倍；然后采用三轴压缩试验压缩该试块模拟所预测应力状态的σ2和σ3，并使σ1＝σ2。逐渐升高σ1压缩试块，当标定试块内部的压力传感颗粒传出其破坏特征声发射信号时，对应的σ1值即为该压力传感颗粒的标定值。
标定完成后，被标定的颗粒就损坏了。物理模型试验中使用的是与被标定颗粒同批制作同样规格的剩余颗粒，其标定值按照如下方法确定：当3个被标定颗粒标定值相互之差小于或等于15％时，取3个被标定颗粒标定值的平均值为剩余颗粒的标定值；当3个被标定颗粒标定值相互之差大于15％时，舍弃这3个值，另取3个颗粒进行标定，直到3个被标定颗粒标定值相互之差小于或等于15％时为止，并以最终3个被标定颗粒标定值的平均值为剩余颗粒的标定值。
在物理模型制作时，将标定好的压力传感颗粒埋置于模型计划测量σ1的位置，随着模型的加载，当有压力传感颗粒破坏特征声发射信号传出时，由声发射接收仪接收声发射信号，并定位出压力传感颗粒所在的位置，此时，该位置的σ1值即为压力传感颗粒的标定值。
附图说明
图1是实施例的标定示意图。图1中，1.标定试块，2.压力传感颗粒。
图2是隧洞围岩物理模型试验示意图。图2中，1.隧洞，2.隧洞围岩，3.压力传感颗粒，4.围岩中计划要测量σ1的位置，5.声发射仪。
具体实施方式
如图1所示，图1为压力传感颗粒标定示意图。首先对压力传感颗粒所在物理模型位置的应力状态进行预测(图2中4)。采用数值模拟法，经预测得出该位置应力为σ2＝σ3＝1.0MPa，σ1＝2.5MPa。采用重量配比为水泥∶细沙∶水∶石膏＝40∶200∶24∶16、单轴抗压强度为1.65MPa的材料制作直径为5.0mm的压力传感颗粒20个；采用重量配比为水泥∶细沙∶水∶石膏＝50∶160∶16∶24、单轴抗压强度为6.3MPa的材料制作50mm×50mm×50mm标定试块9个。制作标定试块时，将同批同规格直径2.0mm的9个压力传感颗粒分别置于每个试块的中心。先取3个标定试块进行标定，标定时首先施加σ2＝σ3＝1.0MPa，σ1＝1.0MPa，并采用8通道的声发射仪进行监测。然后逐级增加σ1，每级增加0.1MPa。相邻两级荷载之间间隔5分钟。当σ1＝2.4MPa时，声发射仪接收到第一个试块内压力传感颗粒传出其破坏特征声发射信号，当σ1＝2.3MPa时，声发射仪接收到第二个试块内压力传感颗粒传出其破坏特征声发射信号，当σ1＝2.5MPa时，声发射仪接收到第三个试块内压力传感颗粒传出其破坏特征声发射信号。三个被标定颗粒的标定值相互之差均小于15％，因此剩余同批同规格颗粒的标定值取为三个被标定颗粒标定值的平均值，即2.4MPa。
如图2所示，图2是隧洞围岩物理模型试验示意图。在物理模型制作时将压力传感颗粒埋置于4处。当物理模型达到试验条件时开始试验。采用8通道的声发射仪进行监测。当声发射仪接收到压力传感颗粒传出其破坏特征声发射信号时，测得此时图2的4处σ1的值为2.4MPa。
Claims (5)
1.一种压力传感颗粒，其特征在于，埋设于物理模型内部，颗粒受压破坏时产生声发射，由声发射监测仪接收，此时所监测位置的压力值为该颗粒的标定值。
2.根据权利要求1所述的一种压力传感颗粒，其特征在于，颗粒为圆球形。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感颗粒，其特征在于，颗粒直径为1.0mm至30.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种压力传感颗粒，其特征在于，颗粒材料中含有石膏。
5.根据权利要求1所述的一种压力传感颗粒，其特征在于，颗粒材料中含有水泥。
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2012
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Patent Citations (3)
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