CN103760241A - 船载共振柱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船载共振柱仪，是由扭转振动电磁驱动装置、纵向振动装置、平衡底座和检测装置组成，扭转振动电磁驱动装置是由四个分别置于四个驱动线圈中的扭转振动磁铁分别通过螺钉固定在正十字形摆臂的四个端点上，四个驱动线圈分别装在四个线圈套中，四个驱动线圈分别通过电缆线与电源连接组成四套扭转振动电磁驱动装置，四套扭转振动电磁驱动装置等角度分别固定在支撑内缸上。本发明解决了现有共振柱仪由于实验台架的摆动而影响其测试精度的问题，使广泛应用于岩土测试的共振柱仪器能够应用于海洋勘探船上，对所采集到的沉积物样品能及时检测和分析，不用再拿到陆地实验室检测和分析。省去了搬运和保管，节省了人力物力和时间。
Description
技术领域：
本发明涉及一种海洋资源勘探中及时对所采集的沉积物样品进行横波（S）和纵波（P）波速测量的装置，尤其是适用于勘探船上及时测量沉积物波速的装置。
背景技术：
共振柱试验的理论基础是波在土体中的传播理论——波动理论。在土试样上施加扭转或轴向振动力，改变振动频率，直至测出体系的共振频率为止。再根据共振频率及试件的几何尺寸，端部的限制条件等计算出试件的动力参数。
最早把共振柱技术引入土工试验的是日本工程师饭田（1938年）其后，香农（Shannon）、亚曼（Yamane）和迪特里奇（Dietrich,1959年）、威尔逊(Wilson)和迪特里奇等介绍了共振柱原理的某些新应用和新的共振设备。
近年来，共振法已逐渐成为室内测定土的动模量和阻尼指标的常规试验方法。美国、日本、德国等国已广泛应用了这种实验技术。近年来已发展到用计算机控制整个实验过程。
GZ-1型共振柱试验机于1982年4月制造完毕，即可用共振法测土的压缩模量和剪切模量，也可用自由振动法测土的剪切模量和阻尼。
共振柱仪由于其具有低频特性而广泛应用于岩土样品的地球物理参数性质测试当中。但是在海洋勘探中，勘探船船体会随着海水的波动而在一定范围内摆动，船体摇摆会使常规共振柱中待测样品的轴线偏离重力方向，导致重力或惯性力对待测样品产生附加力矩，从而显著降低待测样品共振频率的测试精度，进而降低波速测定精度。导致在使用常规共振柱仪对采用钻探手段获取的岩心样品进行地球物理特性测试时存在较大误差而不能应用。
而在海洋勘探中，当所采取的的沉积物样品到达甲板后，及时进行地球物理参数测量具有非常重要的意义。因此，设计适用于海洋勘探船用的共振柱仪用于对所采取的沉积物样品进行实时测试将减少由于储运过程中对样品物理参数改变导致的误差。由于上述原因现有的共振柱仪只适用于室内测试，不能用于船载。
发明内容：
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种适用于非静止环境的船载共振柱仪。
本发明涉及的船载共振柱仪主要由电磁驱动与检测系统、平衡底座系统构成。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
船载共振柱仪，是由扭转振动电磁驱动装置、纵向振动装置、平衡底座和检测装置构成：
所述的扭转振动电磁驱动装置是由四个分别置于四个驱动线圈22中的扭转振动磁铁20分别通过螺钉固定在正十字形摆臂29的四个端点上，四个驱动线圈22分别装在四个线圈套21中，四个驱动线圈22分别通过电缆线23与电源连接组成四套扭转振动电磁驱动装置，四套扭转振动电磁驱动装置等角度分别固定在支撑内缸15上；
所述的纵向振动装置是由线圈套47通过吊腿46固定于顶盖27上，驱动线圈52装在线圈套47之中，并用端盖48将其封装，磁铁49置于驱动线圈52之中，磁铁49固定在连接法兰53上，并通过尼龙连接棒51与加速度传感器50连接，电缆26与驱动线圈52连接构成；
所述的平衡底座由电机架3通过螺栓固定在左支腿4上，步进电机1固定在左电机架3上，步进电机1装有传动齿轮组2的小齿轮，左轴6端部上固定传动齿轮组2的大齿轮，左轴6通过左轴承5安装在左支腿4上，右轴17通过右轴承18安装在右支腿19上，左轴6和右轴17分别与平衡外框7两侧的法兰盘连接，后电机架36固定在平衡外框7上，步进电机35安装在后电机架36上，步进电机35输出轴上固定有传动齿轮组37的小齿轮，后轴40和前轴42通过后轴承38、后轴承盖39和前轴承44、前轴承盖43安装于平衡外框7上，后轴40和前轴42分别与平衡内框8两侧的法兰盘连接，单轴陀螺仪10和单轴陀螺仪14均固定于平衡内框8的底部，单轴陀螺仪10通过信号线与步进电机1连接，单轴陀螺仪14通过信号传输线与步进电机35连接构成；
检测装置是由平衡内框8之上设有底座9，底座9的外凸台上装有承压缸16，承压缸16底部通过自密封管螺纹与底座9密封连接，底座9的内凸台上装有支撑内杠15，样品套41置于支撑内杠15之中，其下端固定在底座9上，样品套41上部盖有样品帽30，摆臂29和连接法兰53均通过螺钉固定在样品帽30上，摆臂29上安装有加速度传感器34，并通过传感器连接线28与外部进行数据交换，顶盖27通过螺栓固定在承压缸16上，线柱24、气水接头31、温度传感器25、压力传感器32分别安装在顶盖27上，各接线与对应的外部接线柱连接构成。
有益效果：本发明解决了现有共振柱仪由于实验台架的摆动而影响其测试精度的问题，使广泛应用于岩土测试的共振柱仪器能够应用于海洋勘探船上，对所采集到的沉积物样品能及时检测和分析，不用再拿到陆地实验室检测和分析。省去了搬运和保管，节省了人力物力和时间。
附图说明：
附图1船载共振柱仪主视图
附图2船载共振柱仪左视图
附图3附图1中A—A剖面俯视图
1步进电机，2传动齿轮组，3左电机架，4左支腿，5轴承，6轴，7平衡外框，8平衡内框，9底座，10单轴陀螺仪，11螺栓，12排水通道，13箍筋圈，14单轴陀螺仪，15支撑内缸，16承压外缸，17轴，18轴承，19右支腿，20扭转振动磁铁，21线圈套，22驱动线圈，23电缆线，24外部接线柱，25温度传感器，26电缆，27顶盖，28传感器连接线，29摆臂，30样品帽，31气水接头，32压力传感器，33气水输送管，34加速度传感器，35步进电机，36后电机架，37传动齿轮组，38后轴承，39后轴承盖，40后轴，41样品套，42前轴，43前轴承盖，44前轴承，45密封垫，46吊腿，47线圈套，48端盖，49磁铁，50加速度传感器，51尼龙连接棒，52驱动线圈，53连接法兰。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：
船载共振柱仪，是由扭转振动电磁驱动装置、纵向振动装置、平衡底座和检测装置组成：
所述的扭转振动电磁驱动装置是由四个分别置于四个驱动线圈22中的扭转振动磁铁20分别通过螺钉固定在正十字形摆臂29的四个端点上，四个驱动线圈22分别装在四个线圈套21中，四个驱动线圈22分别通过电缆线23与电源连接组成四套扭转振动电磁驱动装置，四套扭转振动电磁驱动装置等角度分别固定在支撑内缸15上；
所述的纵向振动装置是由线圈套47通过吊腿46固定于顶盖27上，驱动线圈52装在线圈套47之中，并用端盖48将其封装，磁铁49置于驱动线圈52之中，磁铁49固定在连接法兰53上，并通过尼龙连接棒51与加速度传感器50连接，电缆26与驱动线圈52连接构成；
所述的平衡底座由电机架3通过螺栓固定在左支腿4上，步进电机1固定在左电机架3上，步进电机1装有传动齿轮组2的小齿轮，左轴6端部上固定传动齿轮组2的大齿轮，左轴6通过左轴承5安装在左支腿4上，右轴17通过右轴承18安装在右支腿19上，左轴6和右轴17分别与平衡外框7两侧的法兰盘连接，后电机架36固定在平衡外框7上，步进电机35安装在后电机架36上，步进电机35输出轴上固定有传动齿轮组37的小齿轮，后轴40和前轴42通过后轴承38、后轴承盖39和前轴承44、前轴承盖43安装于平衡外框7上，后轴40和前轴42分别与平衡内框8两侧的法兰盘连接，单轴陀螺仪10和单轴陀螺仪14均固定于平衡内框8的底部，单轴陀螺仪10通过信号线与步进电机1连接，单轴陀螺仪14通过信号传输线与步进电机35连接构成；
检测装置是由平衡内框8之上设有底座9，底座9的外凸台上装有承压缸16，承压缸16底部通过自密封管螺纹与底座9密封连接，底座9的内凸台上装有支撑内杠15，样品套41置于支撑内杠15之中，其下端固定在底座9上，样品套41上部盖有样品帽30，摆臂29和连接法兰53均通过螺钉固定在样品帽30上，摆臂29上安装有加速度传感器34，并通过传感器连接线28与外部进行数据交换，顶盖27通过螺栓固定在承压缸16上，线柱24、气水接头31、温度传感器25、压力传感器32分别安装在顶盖27上，各接线与对应的外部接线柱连接构成。
船载共振柱仪通过左支腿4和右支腿19安装固定于实验平台上，将实验拟测样品装入样品套41中并将下端固定在底座9的凸台上，装入支撑内缸15使其下端面座入底座9上，将安装有扭转振动磁铁20、加速度传感器28的摆臂29和安装有磁铁49和加速度传感器50的连接法兰53依次固定在样品冒30上，并将样品套41套入样品冒30并使样品冒30的端面与拟测样品端面紧密接触。将装有驱动线圈22的线圈套21固定在支撑内缸15上，并保证扭转振动磁铁20位于驱动线圈22的中空部位，该过程共装四组，完成扭转振动部分的安装。将扭转振动部分装入承压缸16，使承压缸16底部通过自密封管螺纹与底座9密封连接，将外部线柱24、气水接头31、温度传感器25、压力传感器32分别安装于顶盖27上并保证密封垫圈装上，将安装有驱动线圈52的线圈套47通过吊腿46安装固定在顶盖27上，连接各接线与对应的外部接线柱，安放顶盖27于承压缸底端相应位置并保证磁铁49位于驱动线圈52的中空部位。连接各外部接线和管路，检查装置气密性。安装检查无问题后开启相关通道，启动装置，装置内部的相关参数通过传感器获取并传输至外部数据采集系统。调整输入驱动线圈22和驱动线圈52的交流电频率，获取测试样品的共振频率，从而计算出样品的横波速度Vs和纵波速度Vp，在样品发生共振后，切断驱动线圈22和驱动线圈52的供电后，采集样品的振动衰减曲线，通过衰减曲线获取品质因子。
安装于共振柱仪底座上的两套单轴陀螺仪10和14，在实验平台发生摆动时，由于陀螺仪系统具有定轴稳定性，单轴陀螺仪10和14分别感知实验平台两个方向的转角，并通过内置信号放大器电路控制步进电机1和步进电机35回转相应角度，使共振柱仪的中心轴线方向始终与重力方向保持一致，达到共振柱仪相对于地心静止的目的。
Claims (1)
1.一种船载共振柱仪，是由扭转振动电磁驱动装置、纵向振动装置、平衡底座和检测装置组成，其特征在于：
所述的扭转振动电磁驱动装置是由四个分别置于四个驱动线圈(22)中的扭转振动磁铁(20)分别通过螺钉固定在正十字形摆臂(29)的四个端点上，四个驱动线圈(22)分别装在四个线圈套(21)中，四个驱动线圈(22)分别通过电缆线(23)与电源连接组成四套扭转振动电磁驱动装置，四套扭转振动电磁驱动装置等角度分别固定在支撑内缸(15)上；
所述的纵向振动装置是由线圈套(47)通过吊腿(46)固定于顶盖(27)上，驱动线圈(52)装在线圈套(47)之中，并用端盖(48)将其封装，磁铁(49)置于驱动线圈(52)之中，磁铁(49)固定在连接法兰(53)上，并通过尼龙连接棒(51)与加速度传感器(50)连接，电缆(26)与驱动线圈(52)连接构成；
所述的平衡底座由电机架(3)通过螺栓固定在左支腿(4)上，步进电机(1)固定在左电机架(3)上，步进电机(1)装有传动齿轮组(2)的小齿轮，左轴(6)端部上固定传动齿轮组(2)的大齿轮，左轴(6)通过左轴承(5)安装在左支腿(4)上，右轴(17)通过右轴承(18)安装在右支腿(19)上，左轴(6)和右轴(17)分别与平衡外框(7)两侧的法兰盘连接，后电机架(36)固定在平衡外框(7)上，步进电机(35)安装在后电机架(36)上，步进电机(35)输出轴上固定有传动齿轮组(37)的小齿轮，后轴(40)和前轴(42)通过后轴承(38)、后轴承盖(39)和前轴承(44)、前轴承盖(43)安装于平衡外框(7)上，后轴(40)和前轴(42)分别与平衡内框(8)两侧的法兰盘连接，单轴陀螺仪(10)和单轴陀螺仪(14)均固定于平衡内框(8)的底部，单轴陀螺仪(10)通过信号线与步进电机(1)连接，单轴陀螺仪(14)通过信号传输线与步进电机(35)连接构成；
检测装置是由平衡内框(8)之上设有底座(9)，底座(9)的外凸台上装有承压缸(16)，承压缸(16)底部通过自密封管螺纹与底座(9)密封连接，底座(9)的内凸台上装有支撑内杠(15)，样品套(41)置于支撑内杠(15)之中，其下端固定在底座(9)上，样品套(41)上部盖有样品帽(30)，摆臂(29)和连接法兰(53)均通过螺钉固定在样品帽(30)上，摆臂(29)上安装有加速度传感器(34)，并通过传感器连接线(28)与外部进行数据交换，顶盖(27)通过螺栓固定在承压缸(16)上，线柱(24)、气水接头(31)、温度传感器(25)、压力传感器(32)分别安装在顶盖(27)上，各接线与对应的外部接线柱连接构成。
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